第5章 第2节 电磁感应现象及其应用（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

电磁感应现象及其应用 (强基课 逐点理清物理观念) 第 2 节 课标要求 1.知道磁通量。 2.通过实验,了解电磁感应现象,了解产生感应电流的条件。 3.知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。 层级达标 学考 层级 1.初步形成磁通量的概念,能解决简单的实际问题。 2.能根据实验方案,验证电磁感应现象的知识,并能进行分析。 3.能体会到电磁技术的应用对人类生活和社会发展带来的影响。 选考 层级 1.理解磁通量的概念,掌握磁感应强度与磁通量的关系,综合所学知识解决实际问题。 2.能分析电磁感应的实验现象,发现其中规律,形成合理的结论。 3.能认识到电磁技术的应用对现代生活及社会带来的意义。 1 逐点清(一)　磁通量 2 逐点清(二)　电磁感应现象与应用 3 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(一)　磁通量 1.定义 (1)B为_________的磁感应强度,S为________磁场方向平面的面积。 (2)把磁感应强度B与面积S的______,称为穿过这个平面的磁通量。 2.计算公式:Φ=____。 此公式的适用条件: (1)_____ 磁场; (2)磁场与平面______。 多维度理解 匀强磁场 垂直于 乘积 BS 匀强 垂直 3.单位:国际单位是_____,简称___,符号为_____,1 Wb=1 T·m2。 4.磁通密度:磁感应强度又称_________,B=,其中Sn为垂直于磁场方向的面积,表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直于磁感线的单位面积的_______。 韦伯 韦 Wb 磁通密度 磁通量 [微点拨] 1.对磁通量的理解 (1)磁通量是标量,但是有正负。磁通量的正负不代表大小,只表示磁感线是怎样穿过平面的。即若以向里穿过某平面的磁通量为正,则向外穿过这个平面的磁通量为负。若穿过某平面的磁感线既有穿出,又有穿入,则穿过该平面的合磁通量为净磁感线的条数。 (2)磁通量与线圈的匝数无关,也就是说磁通量的大小不受线圈匝数的影响。同理,磁通量的变化量ΔΦ=|Φ2-Φ1|也不受线圈匝数的影响。所以,直接用公式求Φ、ΔΦ时,不必考虑线圈匝数n。 2.匀强磁场中磁通量的计算 (1)B与S垂直时:Φ=BS。 B指匀强磁场的磁感应强度,S为线圈在磁场中的面积。 (2)B与S不垂直时;Φ=BS⊥。S⊥为线圈在垂直于磁场方向上的投影面积,如图所示,Φ=BSsin θ。 3.磁通量变化的计算 (1)当B不变,有效面积S变化时,ΔΦ=B·ΔS。 (2)当B变化,S不变时,ΔΦ=ΔB·S。 (3)B和S同时变化,则ΔΦ=|Φ2-Φ1|。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。 [典例]　如图所示,有一个垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B0=0.8 T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O、半径为1.0 cm,现在纸面内先后放上圆线圈A、B、C,圆心均在O处,A线圈半径为1.0 cm、匝数为10匝;B线圈半径为2.0 cm、匝数为1匝;C线圈半径为0.5 cm、匝数为1匝。问(取π=3.14,=1.732) (1)在B0减为0.4 T的过程中,A和B中磁通量各改变多少? [答案]　1.256×10-4 Wb [解析]　A线圈半径为1.0 cm,正好和圆形磁场区域的半径相等,而B线圈半径为2.0 cm,大于圆形磁场区域的半径,故穿过A、B线圈的磁感线的条数相等。设圆形磁场区域的半径为R,对线圈A、B,磁通量的改变量ΔΦA=ΔΦB=|Φ2-Φ1|=(0.8-0.4)×3.14×(1×10-2)2 Wb=1.256×10-4 Wb。 (2)在磁场方向转过30°角的过程中,C中的磁通量改变多少? [答案]　8.4×10-6 Wb [解析]　题图中线圈平面与磁场方向垂直,即磁场方向与线圈平面夹角为θ1=90°,当磁场方向转过30°角时,磁场方向与线圈平面的夹角为θ2=60°,则Φ1'=B0πr2sin θ1,Φ2'=B0πr2sin θ2,磁通量的改变量ΔΦ=|Φ2'-Φ1'|=B0πr2(sin 90°-sin 60°)=0.8×3.14×(5×10-3)2×(1-0.866)Wb≈ 8.4×10-6 Wb。 1.关于磁通量,下列说法正确的是 (　 ) 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 全方位练明 C.磁通量的变化不一定是磁场的变化引起的 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,A、B、D错误,C正确。 √ 2.如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。 圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、 b两线圈的磁通量之比为 (　 ) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶4 D.4∶1 解析:由图像可知,穿过a、b两个线圈的磁通量均为Φ=B·πr2,因此穿过它们的磁通量之比为1∶1,A项正确。 √ 逐点清(二)　电磁感应现象与应用 1.电磁感应现象 (1)探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示) 多维度理解 实验操作 实验现象(有无电流) 分析论证 导体棒静止 无 闭合回路包围的面积变化时,回路中___电流产生;闭合回路包围的面积不变时,回路中____电流产生 导体棒平行磁感线运动 (与导轨不分离) 无 导体棒切割磁感线运动 (与导轨不分离) 有 有 无 (2)探究条形磁铁在螺线管中运动是否产生电流(如图所示) 实验操作 实验现象(有无电流) 分析论证 N极插入线圈 有 线圈中的磁场_____时,线圈中有感应电流;线圈中的磁场______时,线圈中无感应电流 N极停在线圈中 无 N极从线圈中抽出 有 S极插入线圈 有 S极停在线圈中 无 S极从线圈中抽出 有 变化 不变 (3)产生感应电流的条件:只要穿过闭合回路的________发生变化 ,闭合回路中就会产生电流。 (4)电磁感应:因穿过闭合回路的________变化而产生电流的现象。 (5)感应电流:___________中所产生的电流。 磁通量 磁通量 电磁感应 2.电磁感应的应用 (1)电磁感应现象的发现,进一步推动了电磁技术的发展,引领人类社会进入了______时代。 (2)电磁感应应用在计算机磁盘与磁记录、__________、动圈式话筒等。 电气 无线充电 [微点拨] 磁通量变化的两类情形 1.由于磁场变化而引起穿过闭合回路的磁通量的变化: (1)由于磁场和闭合回路的相对运动而改变闭合回路所在位置的磁场。如图甲所示,当磁铁向下移动时,通过线圈的磁通量增加。 (2)由于电流改变而改变闭合回路所在位置的磁场。如图乙所示,当直线电流I增大时,线圈abcd中的磁通量增加。 2.磁场不变,由于处在磁场中的闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化: (1)闭合回路与磁场的夹角保持不变,改变闭合回路的面积。如图甲所示,用力将闭合金属弹簧圈拉大的过程,线圈磁通量减小。 (2)闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动而使闭合回路磁通量改变。如图乙所示,当导体棒ab向右运动时,闭合回路的磁通量减小。 (3)由于闭合回路和磁场的夹角改变从而改变有效面积。如图丙所示,线框abcd绕OO'轴转动。 (4)由于磁场和处在磁场中闭合回路面积都发生变化时,引起穿过闭合回路的磁通量发生变化。 1.判断下列说法是否正确。 (1)只要有电流,电流周围就一定有磁场。 ( ) (2)只要有磁场,就一定有感应电流产生。 ( ) (3)只要磁场是变化的,闭合电路中就一定有感应电流产生。 ( ) (4)产生感应电流的原因都与变化和运动有关。 ( ) 全方位练明 √ × × √ 2.(2024·四川1月学考)如图所示,处于磁场中的导体棒和电流计连接成闭合回路。下列判断正确的是 (　　) A.导体棒沿着磁感线向上运动,有感应电流 B.导体棒沿着磁感线向下运动,有感应电流 C.导体棒垂直磁感线向左运动,有感应电流 D.导体棒垂直磁感线向右运动,无感应电流 √ 解析:导体棒沿着磁感线向上运动,导体棒没有切割磁感线,回路不会产生感应电流,故A错误;导体棒沿着磁感线向下运动,导体棒没有切割磁感线,回路不会产生感应电流,故B错误;导体棒垂直磁感线向左运动,导体棒切割磁感线,回路会产生感应电流,故C正确;导体棒垂直磁感线向右运动,导体棒切割磁感线,回路会产生感应电流,故D错误。 3.(选自粤教版教材课后练习)某同学将电流计、线圈A和线圈B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路。 (1)当接通、断开开关时,电流计的指针都没有偏转。请分析其可能的原因。 答案:开关不能控制含有电源的电路中电流的通断　 解析:因为图中的开关不能控制含有电源的电路中电流的通断,也就是A线的电路,当接通、断开开关时,电流计的指针都没有偏转。所以应该把开关接在线圈A所在的回路中。 (2)电路正常后,这套实验装置可以用于探究哪些物理问题? 答案:电磁感应现象 解析:电路正常后,本实验装置可以用于探究开关通断瞬间、滑动变阻器滑片移动过程中,线圈B中是否有感应电流产生,即观察电磁感应现象。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 1.我国是对磁现象认识最早的国家之一,公元前4世纪左右成书的《管子》中就有“上有慈石者,其下有铜金”的记载,“慈石”是指磁铁矿,“铜金”是指黄铁矿或黄铜矿,常与磁铁矿共生。这是关于磁的最早记载。关于磁通量和电磁感应现象,下列说法正确的是 (　 ) A.磁通量是矢量,不仅有大小而且有方向,磁感应强度越大,磁通量越大 B.若发生电磁感应现象,则穿过闭合回路的磁通量一定变化 C.电磁感应现象最先是由奥斯特通过实验发现的,此现象中机械能转化为电能 D.其他条件不变时,线圈面积S越大,则磁通量Φ也越大 √ 6 解析:磁通量是标量。在匀强磁场中,当磁感线与闭合回路垂直时,磁感应强度越大,磁通量越大,当磁感线与闭合回路平行时,磁通量Φ为零,A错误;由电磁感应现象的产生条件可知,B正确;电磁感应现象最先是由法拉第通过实验发现的,C错误;在匀强磁场中,只有线圈与磁场有一定夹角时,线圈面积S越大,磁通量Φ越大,当磁感线与闭合回路平行时,磁通量Φ为零,D错误。 1 2 3 4 5 1 5 6 2.图中的手机正在进行无线充电。充电底座接入的交变电流激发变化的磁场,使手机内产生感应电流,从而实现无线充电的功能。这种充电方式利用的原理是 (　 ) A.静电屏蔽 B.电荷守恒 C.电磁感应 D.尖端放电 解析:充电底座接入的交变电流激发变化的磁场,使手机中的受电线圈感应出电流,故手机无线充电利用的原理是电磁感应。故选C。 2 3 4 √ 1 5 6 3.(多选)如图所示,仅在矩形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,闭合圆形导线圈由位置1沿直线穿越磁场运动至位置2。关于能产生感应电流的过程,下列说法中正确的是 (　 ) A.线圈进入磁场过程 B.线圈完全进入磁场后至离开磁场前 C.线圈离开磁场的过程 D.线圈离开磁场后远离矩形区域的过程 2 3 4 √ √ 1 5 6 解析:线圈进入磁场过程,穿过线圈的磁通量增加,线圈中有感应电流,故A正确;线圈完全进入磁场后至离开磁场前,穿过线圈的磁通量不变,没有感应电流,故B错误;线圈离开磁场过程,穿过线圈的磁通量减小,线圈中有感应电流,故C正确;线圈离开磁场后远离矩形区域的过程,穿过线圈的磁通量为零,没有感应电流,故D错误。 2 3 4 1 5 6 4.如图所示,把一个铜环先后放入甲、乙两个足够大的磁场中,甲为匀强磁场,乙为非匀强磁场。磁场的中心轴AB、A'B'垂直铜环平面且通过圆心,OO'为圆环的竖直对称轴。下列说法正确的是 (　 ) 2 3 4 1 5 6 A.将铜环沿AB、A'B'方向移动,甲、乙两图中的铜环都有感应电流 B.将铜环绕OO'轴翻转,甲、乙两图中的铜环都有感应电流 C.将铜环绕轴AB、A'B'旋转,甲、乙两图中的铜环都有感应电流 D.将铜环沿垂直AB、A'B'方向上下来回移动,甲、乙两图中的铜环都有感应电流 2 3 4 √ 1 5 6 解析:将铜环沿AB、A'B'方向移动,甲图中铜环内的磁通量不变,没有感应电流,乙图中铜环内的磁通量发生变化,有感应电流,故A错误;将铜环绕OO'轴翻转,甲、乙两图中的铜环内磁通量都发生变化,都有感应电流,故B正确;将铜环绕轴AB、A'B'旋转,甲、乙两图中的铜环内的磁通量都不变,故都没有感应电流,故C错误;将铜环沿垂直AB、A'B'方向上下来回移动,甲图中的铜环内的磁通量不变,没有感应电流,乙图中的铜环内的磁通量变化,有感应电流,故D错误。 2 3 4 1 5 6 5.下列四幅图所描述的情境,线圈中能够产生感应电流的是 (　 ) A.甲图中,线圈与条形磁铁中心轴线在同一平面内且远离磁铁 B.乙图中,线圈在匀强磁场中垂直于磁场方向运动 C.丙图中,条形磁铁快速穿过有缺口的线圈 D.丁图中,线圈在通电直导线下方以虚线为轴转动 2 3 4 √ 1 5 6 解析:题图甲中,穿过回路的磁通量始终为零,不产生感应电流,故A错误;题图乙中,线圈在匀强磁场中垂直于磁场方向运动,穿过回路的磁通量始终不变,不产生感应电流,故B错误;题图丙中,线圈不是闭合回路,无法产生感应电流,故C错误;题图丁中,线圈在通电直导线下方以虚线为轴转动,穿过闭合回路的磁通量发生变化,有感应电流,故D正确。 2 3 4 1 5 6 6.(20分)我国的探月卫星在进入近地点的地月转移轨道时,假设卫星中有一边长为50 cm的正方形闭合导线框,由于卫星的姿势变化,其由水平方向转至竖直方向,此时地磁场磁感应强度B=4×10-5 T,方向如图所示(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。求: 2 3 4 1 5 6 (1)该过程中穿过导线框磁通量的改变量; 答案:1.4×10-5 Wb 解析:设导线框在水平位置时导线框平面的法线方向竖直向上,则穿过导线框的磁通量: Φ1=BScos 53°=6.0×10-6 Wb 2 3 4 1 5 6 当导线框转至竖直位置时,导线框平面的法线方向水平向右,与磁感线所成的角为143°,穿过导线框的磁通量: Φ2=BScos 143°=-8.0×10-6 Wb 该过程磁通量的改变量: ΔΦ=|Φ2-Φ1|=1.4×10-5 Wb。 2 3 4 1 5 6 (2)该过程导线框中有无感应电流产生。 答案:有感应电流产生 解析:因为该过程穿过闭合导线框的磁通量发生了变化,所以一定有感应电流产生。 2 3 4 $$