1、第三章 电磁感应,一、电磁感应现象,1.收集有关物理学史资料,了解电磁感应现象的发现过程,体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神。 2.知道磁通量,会比较“穿过不同闭合电路磁通量”的大小。 3.通过实验,了解感应电流的产生条件。,一,二,三,一、划时代的发现 电磁感应现象是英国物理学家法拉第在奥斯特发现电流磁效应的启发下,经过十年的不懈努力发现的。,一,二,三,二、电磁感应现象 1.概念 (1)电磁感应现象:闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线的运动时,导体中就产生电流,这种由磁产生电的现象叫电磁感应现象。 (2)感应电流:电磁感应现象中所产生的电流叫感应电流。 2.产生感应电流的
2、条件:只要穿过闭合电路的磁通量变化,闭合电路就有电流产生。 3.本质:磁生电。,一,二,三,奥斯特发现电流的磁效应以后,瑞士科学家科拉顿就一直做“磁生电”的实验,他的代表性实验是:把磁铁插入线圈中,看看是否有感应电流产生。为了排除磁铁移动对灵敏电流计的影响,他把电流计放在隔壁的房间里面,一切准备就绪,他把磁铁插入线圈中,然后急忙奔向隔壁,看看电流计的指针偏转了没有,结果总是大失所望。法拉第在科拉顿的启发下,重做磁铁插入线圈的实验,发现电流计的指针摆动了。一个划时代的伟大发现就这样从科拉顿的鼻尖下溜走,落在了法拉第的头上。请你思考一下,科拉顿的实验为什么没有成功? 提示:将磁铁插入线圈的过程中,
3、有感应电流产生,当他奔向隔壁时,磁铁已停在线圈中,磁通量不再变化,刚才产生的感应电流已不复存在,当然看不到指针摆动了。,一,二,三,三、磁通量 穿过某一个闭合回路的磁通量的大小用穿过磁感线条数的多少来表示,与回路的面积和磁场的磁感应强度的大小有关。请实践一次“探雷”活动:在一块较大的硬纸板下面放置一根条形磁铁充当“地雷”。你能借助几匝铜线圈与一个灵敏电流计组装成探雷器,确定“地雷”的位置吗? 提示:能。铜线圈通过条形磁铁上方时,穿过铜线圈的磁通量变化会在线圈中产生感应电流,所以可以通过灵敏电流计指针的转动确定“地雷”的位置。,一,二,三,一、对磁通量的认识 1.磁通量定义 穿过某一面积的磁感线
4、的条数,叫作穿过这个面积的磁通量。 (1)磁通量简称磁通,磁通量的符号是。 (2)磁通量是标量。 2.磁通量的计算 (1)穿过垂直于磁感应强度方向的单位面积的磁感线的条数,表示磁感应强度B。 (2)当面积S和磁感应强度垂直,且在匀强磁场中时,通过S的磁通量=BS(如图甲所示)。,一,二,三,(3)在匀强磁场中,若某个面积与磁感应强度方向不垂直,计算磁通量时,应先找出垂直于磁感线方向的面积。如图乙所示,平面abcd与竖直方向间夹角为,则水平方向的匀强磁场穿过面积abcd的磁通量应为 =BScos 。 Scos 即是面积S在垂直于磁感线方向的投影,我们称之为有效面积。 (4)如果一个线圈有n匝,线
5、圈平面的面积为S,当线圈垂直放置于磁感应强度为B的匀强磁场中时,穿过线圈的磁通量应为 =BS(与匝数n无关)。 (5)当空间中有不同强弱、方向的磁场同时存在时,通过某个面的磁通量等于各个磁场产生的磁通量的代数和,即 =1+2+,一,二,三,3.磁通量的单位 在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,简称韦,符号是Wb。 1 Wb=1 Tm2 4.磁通量的变化量 (1)表达式:=2-1。 式中2为变化后的磁通量,1为初始状态时的磁通量,该式为标量式。 (2)磁通量的正负:磁通量虽然有正负,但它是一个标量。它的正负是这样规定的:任何一个面都有正、反两面,规定磁感线从正面穿入磁通量为正,则磁感线从反面穿入
6、时磁通量为负,在求总的磁通量时要注意它们的正负。、的符号不同于矢量,不表示方向,当然也不表示大小,而是为了计算方便而引入的。 0表示磁通量增加。0表示磁通量减少。,一,二,三,特别提醒当不同的磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁感线条数为1,反向磁感线条数为2,则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数,即=1-2,该磁通量称为合磁通量。,一,二,三,二、理解产生感应电流的条件 1.不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生。 2.其条件可以归纳为两个:一个是电路本身的属性,即电路必须是闭合电路;另一个是穿过电路本身的磁通量发生变化,其主要内涵是体现在“变化”二
7、字上。电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件,如果穿过电路的磁通量很大但不变化,那么也不会产生感应电流。使穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有如下几种情况: (1)磁感应强度B不变,闭合电路的面积S发生变化,=BS=B(S2-S1)。 (2)闭合电路的面积S不变,而闭合回路在非匀强磁场中运动的位置发生变化,引起回路所在处的磁感应强度不同。,一,二,三,(3)闭合电路的面积不变,但面积S与磁感应强度B的夹角改变而引起磁通量变化。 (4)闭合电路的面积不变、在磁场中位置不变,而磁感应强度随时间t发生变化。,一,二,三,三、产生电磁感应的常见类型 1.闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动 如图甲所
8、示,导体AB做切割磁感线运动时,线路中有电流产生,而若导体AB沿着磁感线方向运动时,线路中无电流产生。,一,二,三,2.磁铁在线圈中运动 如图乙所示,条形磁铁插入或拔出线圈时,线圈中有电流产生,但磁铁在线圈中静止不动时,线路中无电流产生。 3.改变螺线管AB中的电流 如图丙所示,将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动,当开关S闭合或断开时,电流计中有电流通过;若开关S一直闭合,当改变滑动变阻器的阻值时,电流计中也有电流通过。,一,二,三,特别提醒 导体做切割磁感线运动时,必须突出“一部分导体”。如图所示,线框abcd向右运动,在ab边进入磁场时,线框中仅有ab这一部分导体切割磁感线,线框内会有感
9、应电流;一旦整个线框全部进入磁场继续向右运动时,线框内磁通量不再变化,也就没有感应电流。所以,关键是抓住磁通量有无变化来判断。,类型一,类型二,磁通量变化的判断 【例1】两圆环A、B同心放置且半径 RARB,将一条形磁铁置于两环圆心处,且与圆环平面垂直,如图所示,则穿过A、B两圆环的磁通量的大小关系为( )A.AB B.A=B C.AB D.无法确定,类型一,类型二,解析:条形磁铁的磁感线是闭合曲线,在磁铁外部从N极出发到S极,在内部从S极到N极,所以磁铁内部的磁感线全部穿过两圆环,且方向向上,外部的磁感线部分穿过两圆环,方向向下,而且面积越大外部磁感线穿过圆环的越多,穿过两圆环的磁通量均为合
10、磁通量,所以圆环面积越小,合磁通量越大。 答案:C 题后反思磁通量发生变化的因素: (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与面积S之间的夹角发生变化。,类型一,类型二,产生感应电流的条件 【例2】如图所示,竖直放置的长直导线通有恒定电流,有一矩形线框与导线在同一平面内,在下列情况中,线框能产生感应电流的是( )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 E.线框以直导线为轴转动,类型一,类型二,解析:选项A中,因I增大而引起导线周围的磁场增强,使穿过线框的磁通量增大,线框中产生感应电流,故选项A正确。选项B中,因距离
11、直导线越远,磁感线分布越疏(如图甲所示),因此线框向右平动时,穿过线框的磁通量变小,线框中产生感应电流,故选项B正确。,类型一,类型二,选项C中,由图甲可知,线框向下平动时穿过线框的磁通量不变,故选项C错误。选项D可用一些特殊位置来分析。当线框在图甲所示位置时,穿过线框的磁通量最大;当线框转过90时,穿过线框的磁通量为零,因此可以判定线框以ab边为轴转动时磁通量一定变化,故选项D正确。选项E中,先画出俯视图如图乙所示,由图可看出,线框绕直导线转动时,在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变,因此无感应电流产生,故选项E错误。 答案:ABD 题后反思分析是否产生感应电流,关键就是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化,而分析磁通量是否有变化,就要搞清楚磁感线的分布,亦即搞清楚磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化。,
