2019_2020学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步3电磁感应现象课件必修3.pdf

3 电磁感应现象 主题3 电磁场与电磁波初步 学科素养与目标要求 科学探究： 1.通过实验探究产生感应电流的条件. 2.通过实验探究决定感应电动势大小的因素. 物理观念： 1.知道什么是电磁感应现象，掌握产生感应电流的条件. 2.理解磁通量的概念. 3.掌握法拉第电磁感应定律，并会进行有关计算. NEIRONGSUOYIN 内容索引 自主预习 达标检测 课时对点练 预习新知 夯实基础 检测评价 达标过关 注重双基 强化落实 重点探究 启迪思维 探究重点 自主预习 一、电磁感应现象 1.划时代的发现 (1)奥斯特在1820年发现了 ，即“电能生磁”. (2)1831年，法拉第发现了 ，即“磁能生电”. 2.电磁感应现象：闭合导体回路的一部分在磁场中做切割磁感线的运动时，闭 合导体回路中就产生电流.物理学中把这类现象叫做 . 3.感应电流：由电磁感应产生的电流叫做 . 电流磁效应 电磁感应现象 电磁感应 感应电流 1.磁通量：用“穿过一个闭合导体回路的 条数的多少”来形象地理解 “穿过这个闭合导体回路的 ”. 2.感应电流的产生条件 只要穿过 导体回路的 发生变化，闭合导体回路中就有感应电流. 二、电磁感应的产生条件 磁感线 磁通量 闭合磁通量 1.感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫做 .在闭合回路中， 产生感应电动势的那部分导体相当于 . 2.产生条件：只要穿过电路的 发生改变，在电路中就产生感应电动势. 3.磁通量的变化量： . 4.磁通量的变化率：磁通量的变化量跟产生这个变化所用时间的 ，即单位 时间内 的变化量. 三、感应电动势 感应电动势 电源 磁通量 21 磁通量 比值 1.内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的 成 正比. 2.公式：E ，若有n匝线圈，则产生的感应电动势为：E . 3.国际单位：的单位是 (Wb)，t的单位是秒(s)，E的单位是 . 四、法拉第电磁感应定律 变化率 韦伯伏特 即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生.( ) (2)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. ( ) (3)感应电动势的大小与磁通量的变化量成正比.( ) (4)感应电动势的大小与磁通量变化的快慢有关，磁通量变化越快，感应电 动势越大.( ) × × 2.某线圈共10匝，已知通过线圈的磁通量在20 s内由30 Wb均匀增大到40 Wb， 则线圈产生的感应电动势为_ V.5 重点探究 一、磁通量 1.定义：物理学中把磁场中穿过某一面积S的磁感线条数定义为穿过该面积 的磁通量. 2.单位：韦伯，符号：Wb. 3.公式：BS(BS). 4.意义：表示穿过某一面积的磁感线条数的多少. 5.引起磁通量变化的原因 (1)B变S不变. (2)B不变S变(如闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动). (3)B不变S不变而B与S夹角变(如线圈转动). (4)B、S、中有两个量或三个量同时变. 例1 关于磁通量的概念，下列说法中正确的是 A.磁场中某处的磁感应强度越大，面积越大，则穿过线圈的磁通量一定就越大 B.放在某处的一个平面，穿过它的磁通量为零，则该处磁感应强度一定为零 C.磁通量的变化不一定是由于磁场的变化而引起的 D.磁场中某处的磁感应强度不变，放在该处线圈的面积也不变，则磁通量一定 不变 解析 磁通量的大小与磁感应强度的大小、面积的大小以及磁场和平面的夹角 有关，所以A、B、D错，C对. 针对训练1 磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”. 在图1所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈，穿过S1、S2、 S3的磁通量分别为1、2、3且都不为0.下列判断正确的是 A.1最大 B.2最大 C.3最大 D.1、2、3相等 解析 磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少，从题图中可看出穿 过S1的磁感线条数最多，穿过S3的磁感线条数最少. 图图1 二、产生感应电流的条件 1.实验探究感应电流产生的条件 (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2所示. 图图2 导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流表的指针，把观察到的现 象记录在表1中. 表1 导体棒的运动表针的摆动方向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不摆动 向前平动不摆动向下平动不摆动 结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有电流产生；前后平动、上 下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生. (2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出 如图3所示，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，或从线圈中抽出，或静止地 放在线圈中. 图图3 观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中. 表2 磁铁的运动表针的摆动方向磁铁的运动表针的摆动方向 N极插入线圈向右S极插入线圈向左 N极停在线圈中不摆动S极停在线圈中不摆动 N极从线圈中抽出向左S极从线圈中抽出向右 结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有电流产生；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所示，线圈A通过滑动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.观察以下四项操作中线圈B中是否有电流 产生. 图图4 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 开关断开瞬间有电流产生 开关闭合时，滑动变阻器的滑片不动无电流产生 开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有电流产生 结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生. 2.结论 不论用什么方法，不论何种原因，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. 3.产生感应电流的条件 (1)闭合电路；(2)磁通量发生变化. 例2 线圈在长直导线电流的磁场中做如图5所示的运动：A向右平动，B向下平 动，C绕轴转动(ad边向里)，D垂直于纸面向纸外做平动，E向上平动(E线圈有个 缺口)，判断线圈中有没有感应电流. 图图5 答案 A、E中无感应电流；B、C、D中有感应电流 解析 在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的.对 直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱. A向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故线圈中没有感应电流. B向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流. C绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化(开始时减少)，必产生感应电流. D离纸面越远，线圈中磁通量越少，线圈中有感应电流. E向上平动，穿过线圈的磁通量增加，但由于线圈没有闭合，因此无感应电流. 判断是否产生感应电流的关键是明确电路是否闭合，分清磁感线的疏密分布， 从而判断磁通量是否变化，而不是看磁通量的有无. 总结提升总结提升 三、法拉第电磁感应定律 如图是探究电磁感应的实验装置 1.图甲中观察磁铁N极插入或抽出线圈的过程中电流表指针的偏转情况，它说 明什么问题？ 导学探究 答案 说明电路中产生了感应电动势. 2.电流表指针的偏转程度与感应电动势的大小有什么关系？ 答案 指针偏转程度越大，感应电动势越大. 3.图乙中，闭合回路中部分导线以不同速度水平切割磁感线，观察电流表指针 偏转角度有何不同？ 答案 速度越大，指针偏转角度越大. 1.感应电动势 (1)由电磁感应产生的电动势叫感应电动势.在闭合电路中，产生感应电动势的 那部分导体相当于电源. (2)当电路闭合时，回路中有感应电流；当电路断开时，回路中没有感应电流， 但感应电动势仍然存在. 2.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率 的比较 (1)是状态量，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数，当磁 场与回路平面垂直时BS. 知识深化 (2)是过程量，它表示回路从某一时刻到另一时刻磁通量的改变量，即 21. (3) 表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化量，又称为磁通量 的变化率. (4)t图象上某点切线的斜率表示磁通量的变化率 3.法拉第电磁感应定律 (1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过该电路的磁通量的变化率成正比. n为线圈的匝数，是磁通量的变化量. 电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率 .而与的大小、的大小没 有必然联系. (3)单位：的单位是韦伯(Wb)，t的单位是秒(s)，E的单位是Wb/s，E的国际单 位是V. (4)电磁感应现象的本质：在电磁感应现象中，一定产生感应电动势，不一定产 生感应电流.能否产生感应电动势是电磁感应现象的本质. 例3 关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是 A.穿过线圈的磁通量最大时，所产生的感应电动势就一定最大 B.穿过线圈的磁通量的变化量增大时，所产生的感应电动势也增大 C.穿过线圈的磁通量等于0时，所产生的感应电动势就一定为0 D.穿过线圈的磁通量的变化率 越大，所产生的感应电动势就越大 解析 根据法拉第电磁感应定律可知， 与磁通量及磁通量的变化量没有必然联系. 当磁通量很大时，感应电动势可能很小，甚至为0. 当磁通量等于0时，其变化率可能很大，产生的感应电动势也会很大， 如图所示，t1时刻，最大，但E0； 例4 如图6所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05 s，第二次用 0.1 s.设插入方式相同，试求： (1)两次线圈中平均感应电动势之比； 答案 21 图图6 (2)两次线圈中电流之比. 答案 21 学科素养 分析本题时要紧抓法拉第电磁感应定律的表达式En 两次相 同，因此平均感应电动势之比等于时间的反比.通过本题的训练，进一步巩固了 对法拉第电磁感应定律的理解，体现了“物理观念”的学科素养. 针对训练2 如图7甲所示，某线圈共有50匝，若穿过该线圈的磁通量随时间的 变化如图乙所示，则a、b两点间的电压是多少？ 答案 50 V 图图7 解析 求a、b两点间的电压就是求线圈中的感应电动势 所以a、b两点间的电压为50 V. 达标检测 1.(磁通量的计算)如图8所示，面积为S的线圈平面与磁感应强度为B的匀强磁 场垂直，一半在磁场中，则穿过线圈的磁通量为 A.0 B. BS C.BS D.2BS 图图8 12345 2.(磁通量变化的定性分析)如图9所示，一环形线圈沿条形磁铁的轴线，从磁铁 N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点，A、B两点关于磁铁的中心对称，则 在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将 A.先增大，后减小 B.先减小，后增大 C.先增大，后减小、再增大，再减小 D.先减小，后增大、再减小，再增大 12345 图图9 3.(产生感应电流的条件)(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、 线圈A和B、蓄电池、开关，用导线连接成如图10所示的实验电路，闭合开关， 下列说法正确的是 A.线圈A插入线圈B的过程中，有感应电流 B.线圈A从线圈B拔出的过程中，有感应电流 C.线圈A停在线圈B中，有感应电流 D.线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小 1234 解析 由感应电流产生的条件知A、B选项正确，C选项错误； 在线圈A从线圈B拔出的过程中线圈B的磁通量减小，D选项正确. 5 图图10 4.(感应电动势的计算)穿过某单匝线圈的磁通量随时间的变化关系如图11所示， 在线圈内产生的感应电动势的最大值是 A.2 V B.0.5 V C.3 V D.2.5 V 图图11 12345 5.(感应电动势的计算)一个有10匝的闭合导体线圈，若在0.01 s内，通过线圈的 磁通量由0.04 Wb均匀地减小到零，则在这段时间内线圈产生的感应电动势为 多大？ 答案 40 V 12345 课时对点练 一、选择题 考点一 磁通量的理解与计算 1.如图1所示，虚线框内有匀强磁场，1和2为垂直磁场方向放置的两个圆环， 分别用1和2表示穿过两环的磁通量，则有 A.12 B.12 C.12 B.12 C.12. 将闭合线框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以1 |21|12；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，穿过闭合线框 的磁感线反向，所以2|(2)1|12(以原来磁感线穿过的方向为正 方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)，故正确选项为C. 123456789 1011121314 123456789 10111213 考点二 感应电流的产生条件 4.如图4所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路.在下列情况中，电流表指 针不发生偏转的是 A.线圈不动，磁铁插入线圈 B.线圈不动，磁铁从线圈中拔出 C.磁铁不动，线圈上、下移动 D.磁铁插在线圈内不动 14 图图4 123456789 1011121314 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，线圈和电流表 已经组成闭合电路，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就产生感应电流， 电流表指针就偏转.在A、B、C三种情况下，线圈和磁铁发生相对运动，穿过线 圈的磁通量发生变化，产生感应电流；而当磁铁插在线圈中不动时，线圈中虽 然有磁通量，但磁通量不变化，不产生感应电流，电流表指针不发生偏转. 5.在如图所示的条件下，闭合的矩形线圈中能产生感应电流的是 解析 A、C中线圈内的磁通量始终等于零， D中磁通量不发生变化，故均没有感应电流. 123456789 1011121314 6.如图5所示，在竖直向下的匀强磁场中(磁场范围足够大)，有一闭合导体环， 环面与磁场方向垂直，当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电 流的是 A.导体环保持水平方位在磁场中向上或向下运动 B.导体环保持水平方位向左或向右加速平动 C.导体环绕垂直环面、通过环心的轴转动 D.导体环以一条直径为轴，在磁场中转动 123456789 1011121314 图图5 7.(多选)实验装置如图6所示，在铁芯F上绕着两个线圈A、B.如果线圈A中的电 流i和时间t的关系如下图所示，在t1t2这段时间内，A、B、C、D四种情况中， 在线圈B中观察到感应电流的是 123456789 1011121314 图图6 解析 当线圈A中的电流发生变化，它产生的磁场也就发生变化，穿过闭合电 路的线圈B的磁通量也发生改变，从而产生感应电流. 考点三 法拉第电磁感应定律 8.(多选)如图7所示，让线圈由位置1通过一个匀强磁场的区域运动到位置2，下列 说法中正确的是 A.在线圈进入匀强磁场区域的过程中，线圈 中有感应电流，而且进入时的速度越大， 感应电流越大 B.整个线圈在匀强磁场中匀速运动时，线圈 中有感应电流，而且电流是恒定的 C.整个线圈在匀强磁场中加速运动时，线圈中有感应电流，而且电流越来越大 D.在线圈穿出匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且穿出时的速度越 大，感应电流越大 123456789 1011121314 图图7 123456789 1011121314 解析 线圈在进入和穿出磁场时，线圈中有感应电流，且运动速度越大，磁 通量变化越快，产生的感应电流越大，故A、D正确； 当线圈全部进入磁场后，穿过线圈的磁通量始终不变，没有感应电流，故B、 C错误. 9.穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地增加6 Wb，则 A.线圈中感应电动势每秒钟增加6 V B.线圈中感应电动势每秒钟减少6 V C.线圈中感应电动势保持不变 D.线圈中无感应电动势 123456789 1011121314 10.如图8所示为穿过某一闭合回路的磁通量随时间变化的图象，则 A.24 s内感应电动势最大 B.45 s内感应电动势小于02 s内的感应电动势 C.02 s内感应电动势为1 V D.24 s内感应电动势为2 V 123456789 1011121314 图图8 解析 由E 知，24 s内感应电动势为0,02 s内感应电动势为1 V,45 s内 感应电动势为2 V，选项C正确，A、B、D错误. 二、非选择题 11.如图9所示，桌面上放一单匝线圈，线圈中心上方一定高度处有一竖立的 条形磁体.当磁体竖直向下运动时，穿过线圈的磁通量将_(选填“变大” 或“变小”).在上述过程中，穿过线圈的磁通量变化了0.1 Wb，经历的时间 为0.5 s，则线圈中的感应电动势为_V. 图图9 123456789 1011121314 变大 0.2 解析 当磁体竖直向下运动时，磁场增强，穿过线圈的磁感线的条数增多， 磁通量将变大； 123456789 1011121314 12.一个200匝、面积为20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面垂 直，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中穿过线圈的磁通 量的变化量是_Wb；磁通量的平均变化率是_Wb/s；线圈中 的感应电动势的大小是_V. 123456789 1011121314 8×1041.6×102 3.2 解析 (B2B1)S 0.4×20×104 Wb8×104 Wb 13.如图10所示，一单匝线圈从左侧进入磁场.在此过程中， (1)线圈的磁通量将如何变？ 图图10 123456789 1011121314 答案 变大 解析 线圈从左侧进入磁场的过程中，穿过线圈的磁感线的条数增加，线圈的 磁通量变大. (2)若上述过程所经历的时间为0.1 s，线圈中产生的感应电动势为0.2 V，则线圈 中的磁通量变化了多少？ 答案 0.02 Wb 123456789 1011121314 14.一面积S4×102 m2、匝数n100匝的线圈放在匀强磁场中，磁感线垂直于 线圈平面，磁感应强度随时间的变化率 2 T/s.穿过线圈的磁通量的变化率 是多少？线圈中产生的感应电动势是多少？ 答案 8×102 Wb/s 8 V 解析 穿过线圈的磁通量的变化率与匝数无关， 123456789 1011121314