物理选修3选修3-2第四章 电磁感应5 电磁感应现象的两类情况授课课件ppt

这是一份物理选修3选修3-2第四章 电磁感应5 电磁感应现象的两类情况授课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了答案为D，答案见解析等内容，欢迎下载使用。
电磁感应现象及其规律是本章的重点，教科书对电磁感应现象及其本质、规律的阐述分三个阶段逐步深入．教科书第1节“划时代的发现”，阐述法拉第发现电磁感应现象的过程．第2节“探究感应电流的产生条件”，通过几个典型实验的探究得出结论．第3节“楞次定律”，通过实验阐述楞次定律的内容，说明楞次定律与右手定则的关系．前3节是从感应电流角度来认识电磁感应现象，这是认识电磁感应现象的第一个阶段．
第6节“互感和自感”，阐述了两种具体的电磁感应现象，特别是自感现象的特点及应用．第7节介绍涡流及其广泛应用，前6节研究的是电路中的电磁感应现象，涡流是导体块中的感应电流．感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生的感应电动势的计算与其他学科知识相互渗透，同生活、生产实际及高科技成果紧密结合．在学习本章时，注意培养分析问题、应用知识解决实际问题的能力．
近年来高考对本章内容考查命题率较高的是感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算，且要求较高，其他象电磁感应现象与磁场、电路、力学、能量等知识相联系的综合题及图象问题在近几年高考中也时有出现；并且试题题型全面，选择题、计算题都有，预计今后几年对本章知识的考查重点仍将放在对楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用上．
“划时代的发现”这一节要从对过程与方法、情感态度与价值观这两方面教育价位来考虑．不要认为该内容不属于具体的物理知识而轻视对它的学习．现象的背后是本质，深刻理解现象背后的本质是掌握本章知识的重要方法．导线切割磁感线产生动生电动势的情形可由洛伦兹力搬运电荷来解释，而变化的磁场产生感生电动势则结合麦克斯韦的电磁场理论加以说明，可见要全面理解本章问题还需已学知识和未学知识相联系．
由于电磁感应的实际问题与电路知识、力学知识联系密切，在学习时应培养综合运用学过的知识分析并解决实际问题的能力．在学习的过程中，应善于从能量角度分析发生电磁感应时的能量转化过程，加强与生产、生活的联系，并且要抓住磁通量的变化是产生电磁感应的条件这个核心问题．
知识与技能1．收集资料，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态度和科学精神．2．通过实验探究产生感应电流的条件，体会实验探究在科学研究中的作用．
过程与方法1．用实验的方法获得产生感应电流的条件．2．用由感性到理性、由具体到抽象的认识方法分析出产生感应电流的条件．情感、态度与价值观1．了解自然现象之间的相互联系和转化，领略自然界的奇妙与和谐．2．体验实验操作的乐趣，提高观察、分析、归纳问题的能力．3．体验由实验“发现”规律的乐趣，养成探究物理规律的良好习惯，提高自身的科学素养.
在初中物理中已经学过，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应，电磁感应现象是怎样产生的？它的产生条件是什么？
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应．电流的磁效应的发现证实了电和磁存在着必然的联系，同时具有以下三个重要意义：
(1)突破了人类对电与磁认识的局限性，掀起了一场研究电与磁关系的革命．(2)在奥斯特电流的磁效应的影响下，法国物理学家安培研究了不同形状的电流产生的磁场，提出了判断电流产生的磁场的右手螺旋定则，并提出了著名的“分子电流”假说，揭示了磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷运动产生的．(3)奥斯特的发现激发了人们探索“磁生电”的方法，在“磁生电”这一思想的指引下，英国物理学家法拉第经过十年的不懈努力终于找到了“磁生电”的条件，于1831年发现了电磁感应现象.
1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“由磁产生电”的条件，把产生的电流叫感应电流．法拉第把引起电流的原因概括为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁场、在磁场中运动的导体(注意：“磁生电”是一种在运动变化过程中才出现的效应)．电磁感应现象的发现具有以下两重意义：
(1)电磁感应现象的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生．(2)电磁感应现象的发现使人们找到了“磁生电”的条件，开辟了人类的电气化时代.
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有效面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向上， 如图所示，Φ＝BSsinθ.
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．4．线圈为多匝时，不影响磁通量的计算，因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响．
5．磁通量的变化(1)磁通量的变化方式①磁场不变，闭合电路的面积发生变化，即B不变，S变；②闭合电路的面积不变，磁场发生变化，即S不变，B变；③线圈平面和磁场方向的夹角θ变化时，引起线圈的磁通量发生变化，即B、S不变，θ变化；④磁场和线圈的面积都发生变化，引起磁通量的变化，在高中不涉及定量的分析和计算．
(2)如何求磁通量的变化量①磁感应强度B不变，有效面积S变化，则ΔΦ＝Φt－Φ0＝B·ΔS.如图所示，金属三角形框架MON与导体棒DE构成回路，处在匀强磁场中与磁场垂直，若B＝从O点出发，向右以1 m/s的速度匀速运动4s时，回路中磁通量的变化是：ΔΦ＝Φt－Φ0＝B·ΔS＝0.8 Wb.
②磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则穿过回路中的磁通量的变化是：ΔΦ＝Φt－Φ0＝ΔB·S.在图中，若令S＝8 m2保持不变，而B从0.1 T变到0.8 T，则穿过回路的磁通量的变化ΔΦ＝Φt－Φ0＝ΔB·S＝5.6 Wb.
③磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况，则穿过回路中的磁通量的变化ΔΦ＝Φt－Φ0≠ΔB·ΔS.在图中，若令S0＝8 m2变到St＝18 m2，而B从0.1T变到0.8 T，则穿过回路的磁通量的变化ΔΦ＝Φt－Φ0＝(14.4－0.8) Wb＝13.6 Wb.
B与S垂直时，Φ＝BS中，S为线圈在B中的有效面积．如图所示，若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1>S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分“有效面积”．
1．只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流．感应电流产生的条件可分为两条：一是电路闭合；二是穿过回路的磁通量发生变化，二者缺一不可．
2．分析是否产生感应电流的思路方法判断闭合电路中是否有感应电流产生，应牢牢抓住磁通量是否变化这一理论依据，而引起磁通量变化的常见原因有：①穿过闭合电路的磁感应强度B发生变化．②闭合电路S发生变化．③磁感应强度B和面积S的夹角发生变化．
判断穿过闭合电路的磁通量是否变化时，可充分利用磁感线来进行定性判断．即通过观察穿过闭合电路的磁感线的条数是否变化判断某过程中磁通量是否变化．
(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割．如图所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线．
(2)即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流．如图所示，对于图甲，尽管导体“切割”了磁感线(匀强磁场)，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；对于图乙，导体框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；对于图丙，闭合导体在非匀强磁场中运动，“切割”了磁感线，同时穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流．
(3)即使是闭合电路的部分导体做切割磁感线的运动，也不能保证一定存在感应电流，如图所示，abcd线框的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但同样在线框中没有感应电流.
例1　如图所示的线框，面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成θ，当线框转过90°到如图所示的虚线位置时，试求：(1)初、末位置穿过线框的 磁通量的大小Φ1和Φ2；(2)磁通量的变化量ΔΦ.
答案：(1)BSsinθ　－BScsθ(2)－BS(csθ＋sinθ)分析：由磁通量的定义和公式Φ＝BS中B与S的垂直关系可知．解题时要注意分析与磁场相垂直的投影面积或与面积相垂直的磁感应强度分量，同时要注意判断磁通量的正负．
解析：(1)法一：在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Ssinθ，所以Φ1＝BSsinθ.在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥′＝Scsθ.由于磁感线从反面穿入，所以Φ2＝－BScsθ.
法二：如图，把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解，得B上＝Bsinθ，B左＝Bcsθ∴Φ1＝B上 S＝BSsinθ，Φ2＝－B左 S＝－BScsθ.
(2)开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsinθ；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动θ时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90°时，磁通量从另一面穿过，变为“负”值，Φ2＝－BScsθ.所以，此过程中磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScsθ－BSsinθ＝－BS(csθ＋sinθ)．
反思提升：解答该类题目时，要注意磁感线是从平面的哪一面穿入的，当规定从某一面穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就为负值，并准确地把初、末状态的磁通量表示出来，然后按照求代数和的方法求出磁通量的变化(磁通量是有正、负的标量)．
变式训练1－1　如图为一水平放置的条形磁铁，一闭合线框abcd位于磁铁的左端，线框平面始终与磁铁的上表面垂直，并与磁铁的端面平齐，当线框由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到达位置Ⅲ时，线框内磁通量变化情况如何？
答案：先减小后增大解析：条形磁铁的磁感线如图所示，其“中垂面”上磁感线分布较稀，两头较密，线框从左向右运动的过程中，在“中垂面”上磁通量最小，即穿过线框的磁通量先减小后增大.
例2　如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直．导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好．这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则可能(　　)A．v1>v2　　　　B．v1