最新人教版高中物理选修11第三章《电磁感应现象》 1文档格式.docx
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1820年奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第由此受到启发,开始了“由磁生电”的探索,经过十年坚持不懈的努力,于1831年8月29日发现了电磁感应现象,开辟了人类的电气化时代。
本节课我们就来探究电磁感应的产生条件。
(二)进行新课
1、实验观察
(1)闭合电路的部分导体切割磁感线
在初中学过,当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流,如图4.2-1所示。
演示:
导体左右平动,前后运动、上下运动。
观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表1中。
如图所示。
学生:
观察实验,记录现象。
表1
导体棒的运动
表针的摆动方向
向右平动
向左
向后平动
不摆动
向左平动
向右
向上平动
向前平动
向下平动
结论:
只有左右平动时,导体棒切割磁感线,有电流产生,前后平动、上下平动,导体棒都不切割磁感线,没有电流产生。
还有哪些情况可以产生感应电流呢?
(2)向线圈中插入磁铁,把磁铁从线圈中拔出
如图4.2-2所示。
把磁铁的某一个磁极向线圈中插入,从线圈中拔出,或静止地放在线圈中。
观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表2中。
表2
磁铁的运动
N极插入线圈
S极插入线圈
N极停在线圈中
S极停在线圈中
N极从线圈中抽出
S极从线圈中抽出
只有磁铁相对线圈运动时,有电流产生。
磁铁相对线圈静止时,没有电流产生。
(3)模拟法拉第的实验
如图4.2-3所示。
线圈A通过变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端与电流表连接,把线圈A装在线圈B的里面。
观察以下几种操作中线圈B中是否有电流产生。
把观察到的现象记录在表3中。
表3
操作
现象
开关闭合瞬间
有电流产生
开关断开瞬间
开关闭合时,滑动变阻器不动
无电流产生
开关闭合时,迅速移动变阻器的滑片
只有当线圈A中电流变化时,线圈B中才有电流产生。
2、分析论证
通过上节课的学习我们就已经知道,“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
试以上面三个演示实验为例,对以上结论进行分析论证。
分组讨论,学生代表发言。
学生甲:
演示实验1中,部分导体切割磁感线,闭合电路所围面积发生变化(磁场不变化),有电流产生;
当导体棒前后、上下平动时,闭合电路所围面积没有发生变化,无电流产生。
学生乙:
演示实验2中,磁体相对线圈运动,线圈内磁场发生变化,变强或者变弱(线圈面积不变),有电流产生;
当磁体在线圈中静止时,线圈内磁场不变化,无电流产生。
(如图4.2-4)
学生丙:
演示实验3中,通、断电瞬间,变阻器滑动片快速移动过程中,线圈A中电流变化,导致线圈B内磁场发生变化,变强或者变弱(线圈面积不变),有电流产生;
当线圈A中电流恒定时,线圈内磁场不变化,无电流产生。
(如图4.2-5)
教师点评:
通过大家的论证,我们得出结论:
“磁生电”的确是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
3、归纳总结
大家回想一下什么是磁通量?
写出计算公式和它的单位。
说出磁通量的物理意义以及引起磁通量变化的因素。
(1)一个面积为S的平面垂直一个磁感应强度为B的匀强磁场放置,则B与S的乘积叫做穿过这个面的磁通量。
(2)公式:
Ф=B·
S
(3)单位:
韦伯(Wb)1Wb=1T·
1m2=1V·
s
(4)物理意义:
磁通量表示穿过这个面的磁感线条数。
对于同一个平面,当它跟磁场方向垂直时,磁场越强,穿过它的磁感线条数越多,磁通量就越大。
当它跟磁场方向平行时,没有磁感线穿过它,则磁通量为零。
(5)磁场变化、面积变化都会引起磁通量的变化。
请大家思考以上几个产生感应电流的实例,能否从本质上概括出产生感应电流的条件?
实例1中,部分导体切割磁感线,磁场不变,但电路面积变化,从而穿过电路的磁通量变化,从而产生感应电流;
实例2中,导体插入、拔出线圈,线圈面积不变,但磁场变化,同样导致磁通量变化,从而产生感应电流;
实例3中,通断电的瞬间,滑动变阻器的滑动片迅速滑动的瞬间,都引起线圈A中电流的变化,最终导致线圈B中磁通量变化,从而产生感应电流。
从这三个实例看见,感应电流产生的条件,应是穿过闭合电路的磁通量变化。
同学们分析、总结得很好,引起感应电流的表面因素很多,但本质的原因是磁通量的变化。
因此,电磁感应现象产生的条件可以概括为:
只要穿过闭合电路的磁通量变化,闭合电路中就有感应电流产生。
(三)课堂总结多媒体辅助教学
打开计算机,演示自制CAI课件,重现探究过程,巩固、升华所学知识,实现从感性认识到理性认识的飞跃。
1、研究背景(从奥斯特发现电流磁效应开始,法拉第受到对称性思考的启发开始探究电磁感应产生的条件……)
2、实验一,部分导体切割磁感线运动(磁场不变,面积变化,产生感应电流)
3、实验二,磁体插入、把出线圈(面积不变、磁场变化,产生感应电流)
4、实验三,模拟法拉第的实验
5、实验总结(总结电磁感应产生的实质,实现从感性认识到理性认识的飞跃)
6、电磁感应现象遵守能量守恒(知识拓展)
7、典型例题(学以致用,巩固升华)
点评:
电脑模拟,形象直观,巩固升华。
★课余作业
1、学习兴趣小组课下按照课本第8页“做一做”栏目描述的实验《摇绳能发电吗?
》,并对实验结果进行讨论,写出实验报告,各小组互相交流、讨论。
2、书面完成P8“问题与练习”第5、6、7题;
思考并回答第1、2、3、4题。
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;
亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。
学生素质的培养就成了镜中花,水中月。
附:
备课资料袋
(一)实例探究
☆关于磁通量的计算
【例1】如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中有一面积为S的矩形线圈abcd,垂直于磁场方向放置,现使线圈以ab边为轴转180°
,求此过程磁通量的变化?
错解:
初态
,末态
,故
。
错解分析:
错解中忽略了磁通量的正、负。
正确解法:
初态中
,末态
,故
。
☆☆关于电磁感应现象产生的条件
【例2】在图所示的条件下,闭合矩形线圈中能产生感应电流的是()
解析:
产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化,引起磁通量变化的原因有:
(1)磁感应强度B发生变化
(2)线圈的面积S发生变化;
(3)磁感应强度B和面积S的夹角发生变化。
对于A选项因为线圈平面平行于磁感线,在以
为轴转动过程中,线圈平面始终与磁感线平行,磁通量始终为零;
B选项中,线框平面也与磁感线平行,磁通量为零,竖直向上运动过程中,线框平面始终与磁感线平行,磁通量始终为零,故无感应电流产生;
C选项中,线框边与磁感线平行,与B选项同,故无感应电流产生;
D选项随着线框的转动,B与S都不变,B又垂直于S,所以
始终不变,故D不对;
而E选项,图示状态
,转过90°
时
,因此产生感应电流。
F选项螺线管内通入交流电,电流大小方向在变,因此磁场强弱、方向也在变,所以穿过线框的磁通量发生变化,产生感应电流。
答案:
EF
【例3】
(综合性思维点拨)如图(甲)所示,有一通电直导线MN水平放置,通入向右的电流I,另有一闭合线圈P位于导线正下方且与导线位于同一竖直平面,正竖直向上运动。
问在线圈P到达MN上方的过程中,穿过P的磁通量是如何变化的?
在何位置时P中会产生感应电流?
解:
根据直流电流磁场特点,靠近导线处磁场强,远离导线处磁场弱。
把线圈P从MN下方运动到上方过程中的几个特殊位置如图(乙)所示,可知Ⅰ→Ⅱ磁通量增加,Ⅱ→Ⅲ磁通量减小,Ⅲ→Ⅳ磁通量增加,Ⅳ→Ⅴ磁通量减小,所以整个过程磁通量变化经历了增加→减小→增加→减小,所以在整个过程中P中都会有感应电流产生。
☆☆☆关于电磁感应现象的实际应用
【例4】如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。
铁芯上有两个线圈A和B。
线圈A跟电源连接,线圈B的两端接在一起,构成一个闭合回路。
在断开开关S的时候,弹簧E并不能立即将衔铁D拉起,因而不能使触头C(连接工作电路)立即离开,过一段时间后触头C才能离开,延时继电器就是这样得名的。
试说明这种继电器的原理。
线圈A与电源连接,线圈A中有恒定电流,产生恒定磁场,有磁感线穿过线圈B,但穿过线圈B的磁通量不变化,线圈B中无感应电流。
断开开关S时,线圈A中电流迅速减减小为零,穿过线圈B的磁通量也迅速减少,由于电磁感应,线圈B中产生感应电流,由于感应电流的磁场对衔铁D的吸引作用,触头C不离开;
经过一小段时间后感应电流减弱,感应电流磁场对衔铁D的吸引力减小,当弹簧E的作用力比磁场力大时,才将衔铁D拉起,触头C离开。
这是一道解释型论述题,关键是分析清楚题中有哪些过程及过程与过程间有哪些联系,分析清楚从现象的产生、发展、到结果,引起了哪几个物理量的变化以及怎样变化。
本题中当S闭合时,线圈A的磁场对衔铁D的吸引,使工作电路正常工作。
断开S时,线圈B中的感应电流的磁场,继续对衔铁D发生吸引力作用,但作用力逐渐减小直至弹簧将衔铁拉起,工作电路断开。
电磁感应现象与生活、生产、联系非常紧密,解答这种题的关键是从实际问题中提炼出我们所学过的物理模型,然后按相应方法求解。
(二)巩固练习
1.关于磁通量、磁通密度、磁感应强度,下列说法正确的是()
A.磁感应强度越大的地方,磁通量越大
B.穿过某线圈的磁通量为零时,由B=
可知磁通密度为零
C.磁通密度越大,磁感应强度越大
D.磁感应强度在数值上等于1m2的面积上穿过的最大磁通量
B答案中“磁通量为零”的原因可能是磁感应强度(磁通密度)为零,也可能是线圈平面与磁感应强度平行。
CD
2.下列单位中与磁感应强度的单位“特斯拉”相当的是()
A.Wb/m2 B.N/A·
m
C.kg/A·
s2 D.kg/C·
m
物理量间的公式关系,不仅代表数值关系,同时也代表单位。
ABC
3.关于感应电流,下列说法中正确的是()
A.只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就一定有感应电流
B.只要闭合导线做切割磁感线运动,导线中就一定有感应电流
C.若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动,闭合电路中一定没有感应电流
D.当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中一定有感应电流
D
4.在一长直导线中通以如图所示的恒定电流时,套在长直导线上的闭合线环(环面与导线垂直,长直导线通过环的中心),当发生以下变化时,肯定不能产生感应电流的是()
A.保持电流不变,使导线环上下移动
B.保持导线环不变,使长直导线中的电流增大或减小
C.保持电流不变,使导线在竖直平面内顺时针(或逆时针)转动
D.保持电流不变,环在与导线垂直的水平面内左右水平移动
画出电流周围的磁感线分布情况。
ABCD
5.如图所示,环形金属软弹簧,套在条形磁铁的中心位置。
若将弹簧沿半径向外拉,使其面积增大,则穿过弹簧所包围面积的磁通量将()
A.增大 B.减小
C.不变 D.无法确定如何变化
弹簧所包围的面积内既有条形磁铁的内部向左的磁感线,又有条形磁铁外部向右的磁感线,因此,磁通量为向左与向右的磁感线条数之差.因为磁感线是闭合的,所以条形磁铁内部磁感线条数与外部总的磁感线条数相等,显然,环的面积越大,返回的磁感线条数越多,因此,磁通量减小。
B
6.行驶中的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;
流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰;
降落伞在空中匀速下降;
条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生电流。
上述不同现象中所包含的相同的物理过程
A.物体克服阻力做功
B.物体的动能转化为其他形式的能量
C.物体的势能转化为其他形式的能量
D.物体的机械能转化为其他形式的能量
都是宏观的机械运动对应的能量形式——机械能的减少,相应转化为其他形式能(如内能、电能)。
能的转化过程也就是做功的过程。
AD
7.在无线电技术中,常有这样的要求:
有两个线圈,要使一个线圈中有电流变化时,对另一个线圈几乎没有影响。
图16-1-9中,最能符合这样要求的一幅图是()
解析:
线圈有电流通过时产生磁场,对其他线圈有无影响实质是是否引起电磁感应现象——即看穿过邻近线圈的磁通量有无变化.通过分析知D图中一个线圈产生的磁场很少穿过另一个线圈,因而是最符合要求的。
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