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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：ΔΦ＝.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Φ2－Φ1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：ΔΦ的单位是(Wb)，Δt的单位是秒(s)，E的单位是.四、法拉第电磁感应定律变化率ΔΦΔtnΔΦΔt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20s内由30Wb均匀增大到40Wb，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：Φ＝BS(B⊥S).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θ变(如线圈转动).(4)B、S、θ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√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5答案A、E中无感应电流；B、C、D中有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Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率的比较(1)Φ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Φ＝BS.知识深化ΔΦΔt(2)ΔΦ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ΔΦ＝Φ2－Φ1.(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)Φ－t图象上某点切线的斜率表示磁通量的变化率ΔΦΔtΔΦΔt.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.(2)公式：E＝nΔΦΔt.n为线圈的匝数，ΔΦ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Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然联系.(3)单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt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.ΔΦΔt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Φ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ΔΦ增大时，所产生的感应电动势也增大C.穿过线圈的磁通量Φ等于0时，所产生的感应电动势就一定为0D.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√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0.05s，第二次用0.1s.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2∶1图6解析由法拉第电磁感应定律得：E1E2＝ΔΦΔt1·Δt2ΔΦ＝Δt2Δt1＝21.(2)两次线圈中电流之比.答案2∶1解析由欧姆定律可得：I1I2＝E1R·RE2＝E1E2＝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E＝n两次ΔΦ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.ΔΦΔt.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50V图7达标检测解析根据磁通量公式Φ＝BS，因为题图中有效面积为12S，所以B项正确.121.(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.0B.BSC.BSD.2BS√图8123452.(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93.(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10解析由E＝nΔΦΔt可知，0～2s内E1＝4－02V＝2V4～5s内E3＝|0－3|1V＝3V，故C正确.2～4s内，E2＝|3－4|2V＝0.5V4.(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.2VB.0.5VC.3VD.2.5V√图11123455.(感应电动势的计算)一个有10匝的闭合导体线圈，若在0.01s内，通过线圈的磁通量由0.04Wb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40V12345解析E＝nΔΦΔt＝10×0.040.01V＝40V.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Φ1和Φ2表示穿过两环的磁通量，则有A.Φ1Φ2B.Φ1＝Φ2C.Φ1Φ2D.无法确定√1234567891011121314图1解析由题图知，穿过圆环1、2的磁感线条数相等，故Φ1＝Φ2.2.如图2所示，在同一平面内有四根彼此绝缘的直导线，分别通有大小相同、方向如图所示的电流，要使由四根直导线所围成的面积内的磁通量增加，则应切断哪一根导线中的电流A.切断i1B.切断i2C.切断i3D.切断i412345678910111213√14图23.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图3所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则A.ΔΦ1ΔΦ2B.ΔΦ1＝ΔΦ2C.ΔΦ1ΔΦ2D.无法确定√1234567891011121314图312345678910111213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