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第一节电磁感应现象第二节产生感应电流的条件1．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．知道感应电流的产生条件．3．能够运用感应电流的产生条件判断感应电流能否产生．一、电磁感应的探索历程磁生电：1820年，丹麦物理学家发现了电流的磁效应．电生磁：(1)“磁生电”的发现：1831年，英国物理学家发现了电磁感应现象．(2)电磁感应与感应电流：法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与电流和磁场相联系．①变化的磁场．②变化的电流．③运动的恒定电流．④运动的磁铁．⑤在磁场中运动的导体．奥斯特法拉第电磁感应现象和感应电流：由的现象，叫做电磁感应现象．由电磁感应现象产生的电流，叫感应电流．磁生电二、探究感应电流的产生条件实验探究探究1：导体棒在磁场中运动是否产生电流如图1-1、2-1所示，将可移动导体AB放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路．实验现象如下：图1-1、2-1实验操作实验现象(有无电流)实验探究结论导体棒静止无导体AB切割磁感线，通过闭合电路的磁通量，有感应电流产生导体棒平行磁感线运动无导体棒切割磁感线运动有发生变化探究2：磁铁在螺线管中运动是否产生电流如图1-1、2-2所示，将螺线管与电流计组成闭合回路，把条形磁铁插入或拔出螺线管．实验现象如下：图1-1、2-2实验操作实验现象(线圈B中有无电流)实验探究结论N极插入线圈有将磁铁插入或拔出螺线管时，通过螺线管闭合回路的磁通量，有感应电流产生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极从线圈中抽出有发生变化探究3：模拟法拉第的实验如图1-1、2-3所示，线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面．实验现象如下：图1-1、2-3实验操作实验现象(线圈B中有无电流)实验探究结论开关闭合有导体、磁场都没有发生相对运动，但螺线管A中的电流发生变化时，从而引起穿过螺线管B的磁通量，闭合螺线管B中有感应电流产生开关断开有开关闭合时，滑动变阻器不动无开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有发生变化实验结论：只要穿过闭合电路的磁通量，闭合电路中就有感应电流产生．温馨提示能否产生感应电流的条件是闭合电路的磁通量是否发生变化，因此判断磁通量是否变化是问题的关键．发生变化一、磁通量及其变化磁通量的计算(1)B与S垂直时：Φ＝BS，B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积．如图1-1、2-4(a)．(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥＝B⊥·S，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积．B⊥为B在垂直于S方向上的分量．如图1-1、2-4(b)．(3)某线圈所围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，如图1-1、2-4(c)．图1-1、2-4磁通量的变化磁通量的变化：大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，闭合电路的面积S发生变化．如图1-1、2-5(a)．(2)闭合电路的面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图1-1、2-5(b)．(3)磁感应强度B和闭合电路的面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图1-1、2-5(c)．图1-1、2-5正确理解磁通量的标量性磁通量是标量，但有正负，其正负表示与规定的穿入方向相同或相反，穿过某一面的磁通量等于各部分磁通量的代数和．特别提醒利用磁感线的条数判断感应电流有无的方法穿过某回路的磁通量的大小与穿过该回路的磁感线的条数(回路中有不同方向的磁感线穿过时指不同方向的磁感线的条数差)是相对应的，所以可根据磁感线的条数是否变化判断磁通量是否变化．若磁通量发生变化，则产生感应电流，若磁通量无变化，就没有感应电流产生，对于非匀强磁场的情况，利用这种方法更为直观和方便．二、感应电流有无的判断感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时明确电路是否为闭合电路判断穿过回路的磁通量是否发生变化，穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况(1)磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化，例如闭合电路的一部分导体切割磁感线时．(2)线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化，例如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生，而螺线管中的电流变化时．(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝Φt－Φ0计算并判断磁通量是否变化．(4)线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发生变化，例如线圈在磁场中转动时．判断方法分析穿过闭合电路的磁通量是否发生了变化，在实际分析时，通常是先明确磁场的磁感线的分布，即磁感线的疏密变化及方向变化和有效面积是如何变化的，进而可判断出闭合电路中是否产生了感应电流．特别提醒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．三、对导体棒切割磁感线的理解导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化．在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：(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1-1、2-6所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体的速度方向与磁场方向在同一平面内而没有切割磁感线．图1-1、2-6(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1-1、2-7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．图1-1、2-7(3)即使是闭合电路的部分导体做切割磁感线运动，也不能保证一定存在感应电流，如图1-1、2-8所示，线框abcd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．图1-1、2-8由以上讨论可知，导体切割磁感线不是导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合回路的磁通量是否发生变化．【典例1】如图1-1、2-9所示，线框与通电直导线均位于水平面内，当线框abcd由实线位置在水平面内向右平动逐渐移动到虚线位置，穿过线框的磁通量如何变化？磁通量的变化定性分析图1-1、2-9解析直线电流I产生的磁场的磁感线的形状是以导线上的点为圆心的在竖直平面内的一组组同心圆，在电流I的右边磁感线的方向垂直水平面向里，在电流I的左边磁感线的方向垂直水平面向外．磁感线的疏密分布是越靠近导线磁感线越密，离导线越远磁感线越稀疏．答案线框的水平平动，可分为三个阶段．第一阶段，从实线位置开始至bc边到达直导线位置，穿过线框的磁通量逐渐增大．第二阶段，从bc边抵达直导线处开始至ad边到达直导线为止，由于向外的磁感线逐渐减少，向里的磁感线逐渐增多，所以穿过线框的总磁通量先减少(当ab、dc两边中点连线与直导线重合时，磁通量为零)后增大．第三阶段，从ad边离开直导线向右运动开始至线框抵达虚线位置为止，穿过线框的磁通量逐渐减少．借题发挥(1)有相反方向的磁场穿过某一面的磁通量的判断：首先弄清哪个方向的磁通量大，再看它们各自的变化，进而判断总磁通量的变化．(2)利用磁感线的净条数判断磁通量的增、减变化．判断磁通量的变化更加直观．【变式1】(单选)如图1-1、2-10所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，ef中的电流I产生的磁场穿过圆面积的磁通量将()．A．逐渐增大B．逐渐减小C．始终为零D．不为零，但保持不变图1-1、2-10解析利用安培定则判断直线电流产生的磁场，考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿过线圈的磁感线的条数与穿出线圈的磁感线条数是相等的，故选C.答案C【典例2】如图1-1、2-11所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度B＝0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，则在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？磁通量及其变化的定量计算图1-1、2-11解析线圈横截面为正方形时的面积：S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10－2m2.穿过线圈的磁通量：Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb.截面形状为圆形时，其半径r＝4L2π＝2Lπ.截面积大小S2＝π2Lπ2＝425πm2.穿过线圈的磁通量：Φ2＝BS2＝0.50×425πWb＝2.55×10－2Wb.所以，磁通量的变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.答案5.5×10－3Wb借题发挥磁通量Φ＝BS的计算有几点要注意：(1)S是指闭合回路中包含磁场的那部分的有效面积；(2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量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，不必去考虑线圈匝数n.【变式2】一矩形线圈的面积S为10－2m2，它和匀强磁场方向之间的夹角为30°，穿过线圈的磁通量为10－3Wb，问(1)磁场的磁感应强度为多少？(2)若线圈以一条边为轴翻转180°，则穿过线圈磁通量的变化大小为多少？(3)若线圈平面和磁场方向之间的夹角变为0°，那么穿过线圈的磁通量变为多少？解析(1)因为Φ＝BSsinα所以B＝ΦSsinα＝10－310－2×sin30°T＝0.2T.(2)若翻转前磁通量为Φ1＝10－3Wb，则翻转后磁通量为Φ2＝－10－3Wb，则ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－10－3Wb－10－3Wb＝－2×10－3Wb，即磁通量变化的大小为2×10－3Wb.(3)α＝0，则Φ＝BSsinα＝0.答案(1)0.2T(2)2×10－3Wb(3)0产生感应电流的条件【典例3】(2011·湛江高二检测)如图1-1、2-12所示，在正方形线圈的内部有一条形磁铁，线圈与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO′，关于线圈中产生感应电流的下列说法中，正确的是()．A．当磁铁向纸面外平移时，线圈中产生感应电流B．当磁铁向上平移时，线圈中产生感应电流C．当磁铁向下平移时，线圈中产生感应电流D．当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕OO′轴转动时，线圈中产生感应电流产生感应电流的条件图1-1、2-12解析由条形磁铁周围磁感线的分布特点可知，当磁铁平动时，穿过正方形线圈的磁通量始终为零不发生变化，故线圈中不产生感应电流，故A、B、C错；当磁铁转动时，穿过正方形线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流．D对．答案D借题发挥本题应充分利用磁感线的条数与磁通量的关系，根据穿过线圈的磁感线的净条数，判断磁通量是否变化，进而判断是否产生感应电流，在涉及磁铁磁场时，应把握几点：(1)要明确条形磁铁产生磁场的磁感线分布特点．(2)穿过线圈的磁通量也包括磁铁内部的磁感线．【变式3】(单选)(2010·台州高二检测)如图1-1、2-13所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是()．图1-1、2-13A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动解析四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，线圈按A、B、D三种情况移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流．C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确．答案C磁通量的变化定性分析1．(单选)如图1-1、2-14所示，是用导线做成的圆形回路与一直导线构成的几种位置组合，下列组合中，切断直导线中的电流时，穿过闭合回路中磁通量变化