2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第13章电磁感应与电磁波初步13.3电磁感应现象及应用(5)课件

13.3电磁感应现象及应用\n1.基本知识(1)“电生磁”的发现1820年,丹麦物理学家发现了电流的磁效应．(2)“磁生电”的发现1831年,英国物理学家发现了电磁感应现象．电磁感应的发现奥斯特法拉第\n(3)法拉第的概括法拉第把引起感应电流的原因概括为以下五类,它们都与相联系①变化中的②变化中的③中的恒定电流④中的磁铁⑤在磁场中运动中的这些现象叫电磁感应,产生的电流叫．变化和运动电流磁场运动运动导体感应电流\n(4)电磁感应现象利用变化或运动的磁场获得的现象．(5)感应电流在现象中产生的电流．电流电磁感应\n2．思考判断(1)白炽灯泡就是根据电磁感应现象发明的．(×)(2)“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象．(√)(3)麦克斯韦建立了电磁场理论,并预言了电磁波的存在．(√)3．探究交流很多科学家为什么在磁生电的研究中没有成功？【提示】很多科学家没有注意磁场的变化和导体与磁场之间的相对运动,只想把导体放入磁场中来获得电流,这实际上违反了能量转化和守恒定律.\n1.基本知识(1)探究导体棒在磁场中运动是否产生感应电流感应电流产生的条件图1－1－1\n实验操作实验现象(有无电流)分析论证导体棒静止_____电路的导体在磁场中做运动时,电路中有感应电流产生.导体棒平行磁感线运动_____导体棒切割磁感线运动_____无无有闭合一部分切割磁感线\n(2)探究通过闭合回路的磁场变化时是否产生感应电流．图1－1－2\n实验操作实验现象(线圈B中有无电流)分析论证开关闭合瞬间______线圈B中磁场时,线圈B中有感应电流；磁场时,线圈B中无感应电流开关断开瞬间____开关保持闭合,滑动变阻器滑片不动_____开关保持闭合,迅速移动滑动变阻器的滑片_____变化不变有有无有\n(3)产生感应电流的条件：大量实验证实,穿过电路的发生变化时,这个电路中就有感应电流产生．闭合磁通量闭合\n2．思考判断(1)导体相对磁场运动,导体内就一定产生感应电流．(×)(2)穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中一定会产生感应电流．(√)(3)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,电路中有感应电流产生．(√)\n3．探究交流只要闭合电路中的导体切割磁感线,就一定会产生感应电流,这种说法对吗？【提示】不对,如图所示,在匀强磁场中,闭合导线框在磁场中切割磁感线时,穿过回路的磁通量没有变,没有感应电流产生.\n【问题导思】1．穿过某个线圈的磁通量的大小与哪些因素有关？2．磁通量为零,磁感应强度一定也为零吗？3．如何计算磁通量及磁通量的变化量？磁通量的分析与计算\n1．匀强磁场中磁通量的计算(1)B与S垂直时：Φ＝BS,B指匀强磁场的磁感应强度,S为线圈的面积．(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥,S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积,在应用时可将S投影到与B垂直的方向上或者S不动,将B分解为垂直于S和平行于S两个分量,则Φ＝B⊥S,如图1－1－3所示Φ＝BSsinθ.图1－1－3\n(3)某面积内有不同方向的磁场时分别计算不同方向的磁场的磁通量,然后规定某个方向的磁通量为正,反方向的磁通量为负,求其代数和．\n2.非匀强磁场中磁通量的分析条形磁铁、通电导线周围的磁场都是非匀强磁场,通常只对穿过线圈的磁通量进行定性分析,分析时应兼顾磁场强弱、线圈面积和磁场与线圈的夹角等因素,并可充分利用磁感线来判断,即磁通量的大小对应穿过线圈的磁感线的条数,穿过线圈的磁感线的条数变化,则说明磁通量变化．\n如图1－1－4所示,有一个垂直于纸面向里的匀强磁场,B＝0.8T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为1cm.现在纸面内先后放上与磁场垂直的圆线圈,圆心均在O处,A线圈半径为1cm,10匝；B线圈半径为2cm,1匝；C线圈半径为0.5cm,1匝．问：(1)在B减为0.4T的过程中,A和B中磁通量改变多少？(2)在磁场转过30°角的过程中,C中磁通量改变多少？图1－1－4\n【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)确定线圈与磁场的位置(状态)．(2)确定初、末状态时的磁通量．(3)由|Φ2－Φ1|计算磁通量的改变量．\n【解析】(1)对A线圈：ΦA1＝B1πr2,ΦA2＝B2πr2.磁通量的改变量：ΔΦA＝|ΦA2－ΦA1|＝(0.8－0.4)×3.14×10-4Wb＝1.256×10-4Wb对B线圈：ΦB1＝B1πr2,ΦB2＝B2πr2.其中r为磁场的半径磁通量的改变量：ΔΦB＝|ΦB2－ΦB1|＝(0.8－0.4)×3.14×10-4Wb＝1.256×10-4Wb.\n(2)对C线圈：ΦC1＝B1πr,磁场转过30°,线圈仍全部处于磁场中,线圈面积在垂直磁场方向的投影为πrcos30°,则ΦC2＝B1πrcos30°.磁通量的改变量：ΔΦC＝|ΦC2－ΦC1|＝B1πr(1－cos30°)＝0.8×3.14×(5×10-3)2×(1－0.866)Wb≈8.4×10-6Wb.【答案】(1)1.256×10-4Wb1.256×10-4Wb(2)8.4×10-6Wb\n与磁通量有关的计算题的处理1．线圈为多匝时,磁通量计算不受影响,因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响．2．若某面积内的磁场不是匀强磁场,但将该面积划分为几块后,每一块都是匀强磁场,可用公式Φ＝BS⊥对每一块进行计算,然后求代数和,若每一块都不是匀强磁场,则高中阶段只能根据磁感线的条数对磁通量进行定性判断．3．若线圈面积S1大于磁场区域面积S2,那么Φ＝BS中的S应指闭合回路中处于磁场中的那部分的有效面积即S2.\n1．如图1－1－5所示,ab是水平面上一个圆线圈的直径,在过ab的竖直平面内有一根通电直导线ef.已知ef平行于ab,当ef竖直向上平移时,电流磁场穿过圆线圈面积的磁通量将()A．逐渐增大B．逐渐减小C．始终为零D．不为零,但保持不变图1－1－5\n【解析】利用安培定则判断电流产生的磁场,作出如图所示俯视图,考虑到磁场具有对称性,可以知道,穿进圆线圈的磁感线的条数与穿出圆线圈的磁感线条数是相等的,故选C.【答案】C\n【问题导思】1．产生感应电流需要满足什么条件？2．引起磁通量发生变化的因素有哪些？3．导体切割磁感线就一定能产生感应电流吗？对感应电流的产生条件的理解\n1．判断回路中是否有感应电流的依据(1)回路是否闭合．(2)回路中的磁通量是否变化．这两个条件缺一不可．\n2．引起穿过闭合回路的磁通量变化的方式(1)磁场不变,闭合电路的面积发生变化,例如课本图1－2－1的实验．(2)闭合电路的面积不变,磁场发生变化,例如课本图1－2－2的实验．(3)线圈平面和磁场方向的夹角θ发生变化,引起穿过线圈的磁通量发生变化．即B、S不变,θ变化．以后学到的交流电的产生即属于该情况．(4)磁场、线圈面积都发生变化,引起穿过线圈的磁通量变化．在高中阶段几乎不涉及这种情况．\n1．是否产生感应电流,关键分析穿过闭合回路的磁通量是否变化,与磁通量的大小无关．2．磁通量的变化,也可以从穿过闭合回路的磁感线的条数是否变化来分析．\n如图1－1－6所示,竖直放置的长直导线ef中通有恒定电流,有一矩形导体线框abcd与长直导线在同一平面内．在下列情况中线圈产生感应电流的是()A．导线中电流变大B．线框向右平动C．线框向下平动D．线框以ab边为轴转动图1－1－6\n【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)分析通电直导线ef周围的磁场分布特点．(2)理解平动、转动的意义．【解析】对A选项,因I增大而引起导线周围磁场的磁感应强度增大,故A正确．对B选项,因离开直导线方向越远,磁感线分布越疏,因此线框向右平动时,穿过线框的磁通量变小,故B正确．\n对C选项,因为线框向下平动时穿过线框的磁通量不变,故C错．对D选项,可用一些特殊位置来分析,当线框在如题图所示位置时,穿过线框的磁通量最大,当线框转过90°时,穿过线框的磁通量最小,因此可以判定线框以ab边为轴转动时磁通量一定变化,故D正确．【答案】ABD\n2．在一通电长直导线附近放置一个导线圆环．当切断长直导线中的电流时在图1－1－7中导线圆环里能产生感应电流的是：甲长直导线穿过导线环中心,和导线环所在平面垂直,乙长直导线对称地放在导线环的上面,丙长直导线放在导线环旁边()图1－1－7\nA．只有甲B．只有乙C．只有丙D．只有甲和丙【解析】甲图中切断电流前后穿过导线圆环的磁通量均为零,磁通量没变,甲中没有感应电流．乙图中由对称性可知,切断电流前后穿过圆环的磁通量也均为零,乙中也没有感应电流．而丙图中,切断电流前Φ≠0,切断电流后Φ＝0,故丙中有感应电流产生,所以选C.【答案】C\n甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转,当它们以相同的角速度开始转动后,由于阻力作用,经相同的时间后便停止转动．若将两环置于磁感应强度为B的大小相同的匀强磁场中,甲环转轴与磁场方向垂直,乙环转轴与磁场方向平行,如图1－1－8所示,当甲、乙两环同时以相同的角速度开始旋转后,则下列判断中正确的是()综合解题方略——电磁感应中的能量问题\n甲　　　　　乙图1－1－8A．甲环先停下B．乙环先停下C．两环同时停下D．无法判断两环停止的先后\n【审题指导】解答本题时可按以下思路分析【规范解答】两环在相同的匀强磁场中旋转,由题图可知甲环在旋转的过程中磁通量是变化的,甲环中产生感应电流,有部分机械能转化为电能；乙环中的磁通量是不变的,所以乙环中无感应电流产生,即无机械能转化为电能,因此甲环先停下．【答案】A\n1．自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献．下列说法正确的是()A．奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系B．欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系\nC．法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系D．焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系【解析】奥斯特发现的电流的磁效应表明了电能生磁,A正确．欧姆定律描述了电流与电阻、电压或电动势之间的关系,焦耳定律才揭示了热现象与电现象间的联系,B错误,D正确．法拉第发现的电磁感应现象表明了磁能生电,C正确．【答案】ACD\n2．关于磁通量的概念,以下说法中正确的是()A．磁感应强度越大,穿过闭合回路的磁通量也越大B．磁感应强度越大,线圈面积越大,则磁通量也越大C．穿过线圈的磁通量为零,但磁感应强度不一定为零D．穿过线圈的磁通量为零,磁感应强度也一定为零【解析】磁通量的多少是由磁感应强度、线圈的面积以及二者的位置关系共同决定的,仅磁感应强度大或者线圈面积大,不能确定穿过线圈的磁通量就大,故A、B错误；当线圈平面与磁场方向平行时,穿过线圈的磁通量为零,但是磁感应强度不为零,故C正确,D错误．【答案】C\n3．如图有一正方形闭合线圈,在范围足够大的匀强磁场中运动,下列四个图所示情况中能产生感应电流的是()\n【解析】本题中的线圈都是闭合的,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就会产生感应电流．对A和C选项,磁感线始终与线圈平面平行,不论线圈运动到什么位置,穿过线圈的磁通量总是为零(没有发生变化),故不会产生感应电流．对选项B,穿过线圈的磁通量始终为某一定值没有发生变化,因此也不会产生感应电流．对D选项,在图示位置时穿过线圈的磁通量为零,当线圈从图示位置转动后,穿过线圈的磁通量会出现先增加,后减少,再增加,再减少的往复循环变化,所以线圈中会产生感应电流,故选D.【答案】D\n4．如图1－1－9所示,为两个同心圆环,当一有限匀强磁场垂直穿过A环面时,A环磁通量为Φ1,此时B环磁通量为Φ2,有关磁通量的大小说法正确的是()图1－1－9\nA．Φ1<Φ2B．Φ1＝Φ2C．Φ1>Φ2D．不确定【解析】尽管B环的面积大于A环的,但两环有磁场的有效面积相等,故Φ1＝Φ2,B对．【答案】B\n5．如图1－1－10所示,线框水平向右通过有限匀强磁场的过程中,线框中产生感应电流的情况为(线框宽度小于磁场宽度)()A．进磁场时有电流B．出磁场时有电流C．在磁场中运动时有电流D．整个过程中都有电流图1－1－10\n【解析】当线框进磁场时,磁通量向里且增加,而出磁场时线框的磁通量减小,所以进、出磁场时都有感应电流产生,A、B选项正确；线框在磁场中运动时,磁通量不变,没有感应电流产生,C、D选项错．【答案】AB