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第5章第2节 电磁感应现象及其应用
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标
课标要求1.知道磁通量,能用电磁感应说明电磁技术的一些应用。(物理观念)2.会通过分析推理进行磁通量的相关计算。(科学思维)3.通过实验了解电磁感应现象,了解产生感应电流的条件。(科学探究)4.能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。(科学态度与责任)
基础落实•必备知识全过关
一、磁通量1.磁通量(1)定义:设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向、面积为S的,我们把磁感应强度B与面积S的乘积称为穿过这个平面的磁通量,简称磁通,用Φ表示。(2)定义式:Φ=。(3)单位:,简称韦,符号为Wb。1Wb=1。垂直平面BS韦伯T·m2
(4)理解:①垂直穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度大小,因此穿过某个面的磁通量可理解为穿过该面的磁感线条数。②在匀强磁场中,如果面积为S的平面与磁场方向不垂直,则穿过S的磁感线条数和穿过S在于磁感线方向上的Sn的磁感线条数相等。2.磁通密度:由上式得,这表示磁感应强度等于穿过于磁感线的的磁通量,因此磁感应强度B又叫磁通密度,单位是。垂直投影垂直单位面积Wb/m2
二、电磁感应现象1.探究感应电流产生的条件(1)实验观察①导体棒在磁场中运动实验装置实验操作回路中有无电流导体棒静止或平行于磁感线运动导体棒做切割磁感线运动无有
②磁铁在线圈中运动实验装置实验操作线圈中有无电流条形磁铁在线圈中插入或拔出时条形磁铁在线圈中静止不动有无
③磁场与导体无相对运动实验装置实验操作线圈中有无电流开关S接通或断开开关S闭合,改变滑动变阻器阻值开关S一直闭合,且滑动变阻器触头位置不动(2)归纳结论:尽管通过磁场产生电流的方式各不相同,但穿过闭合电路的磁通量都发生了变化。有有无
2.电磁感应闭合回路的变化而产生电流的现象称为电磁感应,所产生的电流叫。3.通过磁场产生感应电流的条件:只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就会产生电流。三、电磁感应的应用1.磁可用来记录、等数字信息,还可用来记录其他信息。2.无线充电:利用电磁感应制成手机无线充电装置。3.动圈式话筒:话筒是把转化为的装置。磁通量感应电流声音影像声音电信号
易错辨析判一判(1)磁感应强度越大,线圈面积越大,则磁通量也越大。()(2)将一平面置于匀强磁场中的任何位置,穿过该平面的磁通量总相等。()×穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、回路所围面积以及两者夹角三个因素,即Φ=BScosα,若磁感线与线圈平面平行,则磁通量为零。×磁通量Φ=BScosα,取决于B、S和α,在B、S不变时,取决于α。
(3)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。()(4)穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生。()(5)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。()×产生感应电流的条件:一是闭合电路,二是磁通量变化。有磁通量而不变化,是不会产生感应电流的。×磁通量发生变化,而螺线管回路不闭合时,不会产生感应电流。×只有闭合电路的部分导体做切割磁感线的运动时,闭合回路中才会产生感应电流。
即学即用练一练如图所示,有一矩形闭合导体线圈,在范围足够大的匀强磁场中运动,下列图中能产生感应电流的是()
答案D解析A图中线圈水平运动,磁通量始终为零不变,故无感应电流产生,A错误;B图中线圈水平运动,磁通量不变,故无感应电流产生,B错误;C图中线圈绕轴转动,磁通量始终为零不变,故无感应电流产生,C错误;D图中线圈绕轴转动,磁通量不断变化,故有感应电流产生,D正确。
重难探究•能力素养全提升
探究一磁通量的理解与计算[情境探究]如图所示,一矩形线框从abcd位置移动到a'b'c'd'位置的过程中(线框平行于纸面移动),中间是一条电流向上的通电导线,请思考下列问题。(1)当线框靠近通电导线过程中,穿过它的磁通量怎样变化?(2)在移动过程中,当线框的一半恰好通过导线时,穿过线框的磁感线条数有何特点?此时的磁通量是多少?
要点提示(1)线框的面积不变,穿过的磁感线条数增多,磁通量增大。(2)当线框的一半恰好通过导线时,穿过线框垂直纸面向外的磁感线条数与垂直纸面向里的磁感线条数相同。此时的磁通量为零。
[知识归纳]1.磁通量的计算(1)公式:Φ=BS。适用条件:①匀强磁场;②磁感线与平面垂直。(2)在匀强磁场B中,若磁感线与平面不垂直,公式Φ=BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。例如图中的S,则有Sn=Scosθ,Φ=BScosθ。
2.磁通量的正、负(1)磁通量是标量,但有正、负,当磁感线从某一面上穿入时,磁通量为正值,则磁感线从此面穿出时即为负值。(2)若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁通量为Φ1,反向磁通量为Φ2,则穿过该平面的磁通量Φ=Φ1-Φ2。3.磁通量的变化量(1)当B不变,有效面积S变化时,ΔΦ=B·ΔS。(B、S相互垂直时)(2)当B变化,S不变时,ΔΦ=ΔB·S(B、S相互垂直时)。(3)B和S同时变化,则ΔΦ=Φ2-Φ1。
4.与磁感应强度的联系(1)磁感应强度B主要描述磁场中某点的磁场情况,与位置对应;而磁通量用来描述磁场中某一个给定面上的磁场情况,它与给定面对应。(2)由Φ=BS得,即为磁感应强度的另一定义式,表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。5.与磁感线条数的关系磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”,当有不同方向的磁感线同时穿过同一面积时,磁通量指的是合磁场的磁感线穿过其面积的条数,即此时的磁通量为合磁通量。
[应用体验]典例1如图所示,线圈平面与水平方向夹角θ=60°,磁感线竖直向下,线圈平面面积S=0.4m2,匀强磁场磁感应强度B=0.6T。(1)穿过线圈的磁通量Φ1为多少?把线圈以cd为轴顺时针转过120°角,则通过线圈磁通量的变化量为多少?(2)若θ=90°,穿过线圈的磁通量为多少?当θ为多大时,穿过线圈的磁通量最大?
解析(1)线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥=Scos60°=0.4×m2=0.2m2穿过线圈的磁通量Φ1=BS⊥=0.6×0.2Wb=0.12Wb。线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直,但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反,故此时通过线圈的磁通量Φ2=-BS=-0.24Wb。故磁通量的变化量ΔΦ=|Φ2-Φ1|=0.36Wb。(2)θ=90°时,线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥=0,据Φ=BS⊥知,此时穿过线圈的磁通量为零。当θ=0°时,线圈平面与磁场垂直,此时S⊥=S穿过线圈的磁通量最大。答案(1)0.12Wb0.36Wb(2)0θ=0°
针对训练1如图所示,半径为R的圆线圈共有n匝,其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面,若磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为()A.πBR2B.πBr2C.nπBR2D.nπBr2答案B解析Φ=BS中S是与磁场垂直的有效面积,所以Φ=πBr2。
探究二探究产生感应电流的条件[情境探究]如图所示,原线圈(小螺线管)接电源、开关和滑动变阻器,副线圈(大螺线管)接电流表,按照表中实验操作进行实验,观察有无感应电流产生,完成下表。
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①线圈B中磁场⑤时,线圈B中有感应电流;磁场⑥时,线圈B中无感应电流开关断开瞬间②开关保持闭合,滑动变阻器滑片不动③开关保持闭合,迅速移动滑动变阻器的滑片④有有无有变化不变
[知识归纳]1.产生感应电流的条件的理解(1)不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流。(2)只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。(3)磁通量变化ΔΦ与磁通量Φ意义不同,大小也没有必然的联系。感应电流的产生与Φ无关,只取决于Φ的变化,即与ΔΦ有关。
2.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下四种情况B不变、S变例:闭合电路的一部分导体切割磁感线时B变、S不变例:线圈与条形磁铁发生相对运动时B和S都变注意:此时可由ΔΦ=Φt-Φ0计算并判断磁通量是否变化B和S大小都不变,但二者之间的夹角变例:线圈在匀强磁场中转动时3.感应电流有无的判断流程
[应用体验]典例2在如图所示的各图中,闭合线框中能产生感应电流的是()A.甲和乙B.甲和丙C.乙和丁D.丙和丁
答案A解析甲中磁通量周期性变化,乙中磁通量减小,丙中磁通量为0且不变,丁中磁通量始终不变,故能产生感应电流的是甲和乙,A正确。
规律方法判断是否产生感应电流的技巧(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件,二者缺一不可。(2)磁通量发生变化,其主要内涵体现在“变化”上,磁通量很大,若没有变化,也不会产生感应电流,开始磁通量虽然是零,但是变化的,仍然可以产生感应电流。(3)产生感应电流的实质是其他形式的能转化为电能。
针对训练2(多选)如图所示,下列情况能产生感应电流的是()A.如图甲所示,导体棒AB顺着磁感线运动B.如图乙所示,条形磁铁插入或拔出线圈时C.如图丙所示,小螺线管A插入大螺线管B中不动,开关S一直接通时D.如图丙所示,小螺线管A插入大螺线管B中不动,开关S一直接通,当改变滑动变阻器的阻值时
答案BD解析A中导体棒顺着磁感线运动,穿过闭合电路的磁通量没有发生变化,无感应电流,A错误;B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加,拔出线圈时线圈中的磁通量减少,都有感应电流,B正确;C中开关S一直接通,电路中为恒定电流,螺线管A产生的磁场稳定,螺线管B中的磁通量无变化,线圈中不产生感应电流,C错误;D中开关S接通,滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化,螺线管A的磁场发生变化,螺线管B中磁通量发生变化,线圈中产生感应电流,D正确。
学以致用•随堂检测全达标
1.在如图所示磁场中,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Φ1、Φ2、Φ3且都不为0。下列判断正确的是()A.Φ1最大B.Φ2最大C.Φ3最大D.Φ1、Φ2、Φ3相等答案A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,所以Φ1>Φ2>Φ3。
2.(多选)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,在下列情况中线框产生感应电流的是()A.导线中的电流变大B.线框向右平动C.线框向下平动D.线框以AB边为轴转动答案ABD
3.(多选)如图所示,处在匀强磁场中的线圈怎样运动或变化,线圈中才能产生感应电流()A.把线圈从磁场中拉出B.以线圈的任意直径为轴转动C.用力拉线圈的四周使其面积发生变化D.线圈沿自身所在的平面在磁场区域内做加速运动
答案ABC解析题中的磁场为有界的匀强磁场,把线圈从磁场中拉出,改变的是磁场中线圈的有效面积,磁通量改变产生感应电流;以线圈的任意直径为轴转动,改变的是线圈平面与磁场方向间的夹角,磁通量改变产生感应电流;线圈面积变化时,磁通量变化,产生感应电流;线圈沿自身所在的平面做加速运动,在离开磁场前,穿过线圈的磁感线条数不发生变化,即磁通量不变,不产生感应电流,A、B、C正确,D错误。
4.下列物理现象属于电磁感应的是()A.通电导线周围产生磁场B.录音机录制声音时使电流信号录入磁带C.磁带经过录音机的磁头时,还原出电流信号D.电流经过导体时导体发热答案C解析导线通电后能产生磁场,是电流的磁效应现象,不是电磁感应现象,故A错误;录音机使电流信号录入磁带,是电流的磁效应,不是电磁感应现象,故B错误;磁带经过录音机的磁头时,还原出电流信号,线圈在磁场中磁通量变化,导致电路中产生感应电流,是电磁感应现象,故C正确;电流经过导体时导体发热,这是电流的热效应,不是电磁感应现象,故D错误。
本课结束
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