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第四章电磁感应学案1划时代的发现探究感应电流的产生条件目标定位1.知道奥斯特发现了电流的磁效应、法拉第发现了电磁感应现象.2.知道磁通量和磁通量变化量的含义.3.知道感应电流的产生条件.知识探究自我检测一、划时代的发现问题设计哲学家康德说过，各种自然现象之间是相互联系和相互转化并且是和谐统一的.你能举出一些例子吗？这对奥斯特有什么启发？答案摩擦生热表明了机械运动向热运动的转化，而蒸汽机则实现了热运动向机械运动的转化.深受其影响的奥斯特认为电与磁之间可能存在着某种联系，并最终发现了电流的磁效应.知识探究要点提炼1.奥斯特梦圆“电生磁”1820年，丹麦物理学家发现载流导体能使小磁针，这种效应称为电流的.2.法拉第心系“磁生电”1831年，英国物理学家发现了现象，即“磁生电”现象.产生的电流叫做电流.他把引起电流的原因概括为五类：变化的、变化的、运动的恒定电流、运动的、在磁场中运动的导体.奥斯特转动磁效应法拉第电磁感应感应电流磁场磁铁二、磁通量及其变化问题设计如图1所示，框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.试求：(1)框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？图1答案BS(2)若框架绕OO′转过60°，则穿过框架平面的磁通量为多少？答案12BS(3)若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？答案－BS(4)若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量变化量为多少？答案－2BS要点提炼1.磁通量(1)定义：闭合导体回路的与垂直穿过它的磁场的的乘积叫磁通量，符号为Φ.在数值上等于穿过投影面的磁感线的.图2(2)公式：Φ＝.其中S为回路平面在垂直磁场方向上的面积，也称为有效面积.所以当回路平面与磁场方向之间的夹角为θ时，磁通量Φ＝，如图2所示.面积磁感应强度条数BS投影BSsinθ(3)单位：韦伯，简称韦，符号Wb.(4)注意：①磁通量是标量，但有正、负之分.一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁通量就为“＋”，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“”.②磁通量与平面的匝数(填“有关”或“无关”).－无关2.磁通量的变化量ΔΦ(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝.(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝.(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.特别提醒计算穿过某面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量Φ1＝BS，当平面转过180°后，磁通量Φ2＝－BS，磁通量的变化量ΔΦ＝－2BS.B·ΔSΔB·SΦ2－Φ1三、感应电流的产生条件问题设计1.实验1：如图3所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中电流产生(填“有”或“无”).图3有无2.实验2：如图4所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中电流产生.(填“有”或“无”)图4有无3.实验3：如图5所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S接通或断开时，电流表中电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器滑动触头不动时，电流表中电流产生(填“有”或“无”).图5有有无4.上述三个实验产生感应电流的情况不同，但其中肯定有某种共同的原因，完成下表并总结产生感应电流的条件.实验1闭合电路中磁感应强度B不变，闭合电路的面积S①共同原因：⑥电路中⑦发生变化实验2闭合电路中磁感应强度B②，闭合电路的面积S③实验3闭合电路中磁感应强度B④，闭合电路的面积S⑤变化变化不变变化不变闭合磁通量总结实验1是通过导体相对磁场运动改变磁通量；实验2是磁体即磁场运动改变磁通量；实验3通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”.要点提炼1.产生感应电流的条件：穿过电路的发生变化.2.特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：闭合磁通量(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6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.图6(2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动，如图丁.如果由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去.延伸思考电路不闭合时，磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象？答案当电路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象.典例精析一、磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算例1如图7所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一金属线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化情况是()A.先减小后增大B.始终减小C.始终增大D.先增大后减小图7解析线框在磁铁两端的正上方时穿过该线框磁通量最大，在磁铁中央时穿过该线框的磁通量最小，所以该过程中的磁通量先减小后增大，故A对.答案A例2匀强磁场的磁感应强度B＝0.8T，矩形线圈abcd的面积S＝0.5m2，共10匝，开始时B与线圈所在平面垂直且线圈有一半在磁场中，如图8所示.求：图8(1)当线圈绕ab边转过60°时，线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量；解析当线圈绕ab边转过60°时，Φ＝BS⊥＝BScos60°＝0.8×0.5×Wb＝0.2Wb(此时的线圈正好全部处在磁场中).在此过程中S⊥没变，穿过线圈的磁感线条数没变，故磁通量变化量ΔΦ＝0.12答案0.2Wb0(2)当线圈绕dc边转过60°时，线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量.解析当线圈绕dc边转过60°时，Φ＝BS⊥，此时没有磁感线穿过线圈，所以Φ＝0；在图示位置Φ1＝B·＝0.2Wb，转过60°时Φ2＝0，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－0.2Wb，故磁通量改变了－0.2Wb.S2答案0－0.2Wb二、产生感应电流的分析判断及实验探究例3如图9所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是()A.开关S接通的瞬间B.开关S接通后，电路中电流稳定时C.开关S接通后，滑动变阻器触头滑动的瞬间D.开关S断开的瞬间图9ACD针对训练如图10所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则()A.断开开关S，ab中有感应电流B.闭合开关S，ab中有感应电流C.无论断开还是闭合开关S，ab中都有感应电流D.无论断开还是闭合开关S，ab中都没有感应电流图10解析两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动，若断开开关S，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则回路中无感应电流，故选项A、C错误；若闭合开关S，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则回路中有感应电流，故选项B正确、D错误.答案B例4在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图11所示.它们是①电流表；②直流电源；③带铁芯的线圈A；④线圈B；⑤开关；⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱).试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线).图11答案连接电路如图所示课堂要点小结12341.(对电磁感应现象的认识)下列关于电磁感应现象的认识，正确的是()A.它最先是由奥斯特通过实验发现的B.它说明了电流周围存在磁场C.它说明了闭合回路中磁通量变化时会产生电流D.它说明了电流在磁场中会受到安培力自我检测1234解析奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，故A错误；电流周围存在磁场是电流的磁效应，故B错误；变化的磁场产生电流的现象是电磁感应现象，故C正确；电磁感应现象并没有说明电流在磁场中会受到安培力的原因，故D错误.答案C12342.(对磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解)如图12所示一矩形线框，从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)()A.一直增加B.一直减少C.先增加后减少D.先增加，再减少直到零，然后再增加，然后再减少图121234解析离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小；故A、B、C错误，D正确，故选D.答案D12343.(产生感应电流的分析判断)如图13所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是()A.将线框向左拉出磁场B.以ab边为轴转动(小于90°)C.以ad边为轴转动(小于60°)D.以bc边为轴转动(小于60°)图131234解析将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分切割磁感线，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流.当线框以ab边为轴转动(小于90°)时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流.1234当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框内会产生感应电流.如果转过的角度超过60°(60°～300°)，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流.当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积).答案ABC12344.(产生感应电流的分析判断)如图14所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是()图141234A.线圈中通以恒定的电流B.通电时，使滑动变阻器的滑片P做匀速移动C.通电时，使滑动变阻器的滑片P做加速移动D.将电键突然断开的瞬间1234解析只要通电时滑动变阻器的滑片P移动，电路中电流就会发生变化，变化的电流产生变化的磁场，铜环A中磁通量发生变化，有感应电流；同样，将电键断开瞬间，电路中电流从有到无，仍会在铜环A中产生感应电流.答案A