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1电磁感应的发现2感应电流产生的条件[课标解读]1.知道与电流磁效应和电磁感应现象相关的物理学史，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神.2.通过实验，探究和理解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是否有感应电流产生．01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升课时作业一、电磁感应现象的发现1．奥斯特实验的启迪1820年，从实验中发现了电流的磁效应．根据对称性，很多物理学家做了不少“磁生电”的实验都以失败而告终.1821年，全身心投入“磁生电”的研究中．奥斯特法拉第2．电磁感应现象的发现(1)1831年，英国物理学家发现了电磁感应现象，并将“磁生电”的现象分为五类：①变化中的；②变化中的；③运动中的；④运动中的；⑤运动中的．(2)由电磁感应现象产生的电流叫．法拉第电流磁场恒定电流磁铁导线感应电流3．电磁感应规律的发现及其对社会发展的意义(1)在发现感应电流之后，通过大量的实验，又归纳总结出电磁感应的规律，并发明了人类历史上第一台感应发电机．(2)电磁感应的发现不仅对物理学和现代技术的发展作出了划时代的贡献，而且对整个现代文明的发展有着深刻的影响；电磁感应的发现使人们发明了发电机、变压器、感应电动机等，在此基础上建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在．法拉第麦克斯韦[思考]电流的磁效应现象与电磁感应现象有什么区别？提示：它们是因果关系相反的两种现象，电流的磁效应是“电生磁”，而电磁感应是“磁生电”．二、探究感应电流产生的条件1．探究过程及现象探究1：导体在磁场中做切割磁感线的运动如图所示，将导轨、可移动导体棒ab放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路，把实验现象记录在下表中．实验操作实验现象(有无电流)导体棒静止导体棒左右运动导体棒上下运动无有无探究2：通过闭合回路的磁场发生变化如图所示，螺线管B套在螺线管A外边，螺线管A经过滑动变阻器和开关与电池相连构成直流电路，螺线管B接电流计构成闭合电路．将实验现象填入下表中．电流计指针的摆动情况观察操作螺线管B匝数少螺线管B匝数多螺线管A、B相互垂直开关接通瞬间摆动摆动摆动电流稳定摆动摆动摆动开关断开瞬间摆动摆动摆动滑动片快速推动摆动摆动摆动滑动片缓慢推动摆动摆动摆动轻微较大不不不不轻微较大不较大最大不轻微较大不2．探究结论穿过电路的磁通量时，这个闭合电路中就有感应电流产生．闭合发生变化[判断](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)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．()(3)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生．()提示：(1)×(2)×(3)√要点一对磁通量及其变化的理解1．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为线圈的面积．(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，在应用时可将S投影到与B垂直的方向上，或者S不动，将B分解为垂直于S和平行于S的两个分量，则Φ＝B⊥S，如图所示，Φ＝BSsinθ.2．穿过闭合导体回路的磁通量发生变化的几种情况(1)磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化，例如闭合导体回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＝Φ2－Φ1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．[例1](多选)闭合线圈按如图所示的方式在磁场中运动，则穿过闭合线圈的磁通量发生变化的是()[思路点拨](1)直线电流和条形磁铁周围的磁场分布有什么特点？(2)引起磁通量变化的因素有哪些？[解析]A图中，图示状态Φ＝0，转到90°过程中Φ增大，因此磁通量发生变化；B图中离直导线越远磁场越弱，磁感线越稀，所以当线圈远离导线时，线圈中磁通量不断变小；C图中条形磁铁周围的磁感线空间分布与线圈平面平行，在图示位置，线圈中的磁通量为零，在向下移动的过程中，线圈的磁通量一直为零，磁通量不变；D图中，随着线圈的转动，B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝BS始终不变．故正确选项为A、B.[答案]AB计算磁通量的变化量时，首先要明确引起磁通量变化的原因，然后再进行计算，通常有以下几种情况：(1)B不变，S变，则ΔΦ＝B·ΔS.(2)B变化，S不变，则ΔΦ＝ΔB·S.(3)B变，S也变，则ΔΦ＝B2S2－B1S1.(4)B不变，S不变，θ变化，则ΔΦ＝BS(sinθ2－sinθ1)．1．如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B.则穿过线圈的磁通量为()A.BL22B.NBL22C．BL2D．NBL2解析：与磁场方向垂直的面积：S＝L22，穿过线圈的磁通量为：Φ＝B·S＝BL22，故选A.答案：A2．如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，轨道回路中的磁通量一定变化的是()A．ab向右运动，同时使θ减小B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小C．ab向左运动，同时增大磁感应强度BD．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°θ90°)解析：依题意，磁通量Φ＝BScosθ，对于A选项，棒向右运动，S增大，同时θ减小，cosθ增大，则Φ一定增大；对于B选项，B减小，同时θ减小，cosθ增大，Φ可能不变；对于C选项，棒向左运动，S减小，同时B增大，Φ可能不变；对于D选项，棒向右运动，S增大，同时B增大，θ增大即cosθ减小，Φ可能不变．答案：A由公式Φ＝BSsinθ(θ为B与S的夹角)可以看出Φ的变化是由B、S或θ的变化引起的，因此在求磁通量的变化时要先弄清Φ的变化到底是由哪一个量的变化引起的，然后根据此量的变化情况分析磁通量的变化情况．要点二感应电流有无的判断1．产生感应电流的条件1电路为闭合电路.2穿过电路的磁通量发生变化.注意：(1)(2)两条必须同时满足，才能产生感应电流．2．判断感应电流有无的方法(1)明确电路是否为闭合电路.(2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化．[特别提醒](1)ΔΦ与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)磁感线的条数可用来形象地表示一个回路的磁通量大小，所以判断穿过闭合电路的磁通量是否变化时，可充分利用穿过闭合电路的磁感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化．[例2](多选)如图所示，A、B两回路中各有一开关S1、S2，且回路A中接有电源，回路B中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果可能的是()A．先闭合S2，后闭合S1的瞬间，电流计指针偏转B．S1、S2闭合后，在断开S2的瞬间，电流计指针偏转C．先闭合S1，后闭合S2的瞬间，电流计指针偏转D．S1、S2闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转[思路点拨](1)回路B中若有电流，开关S2必须闭合．(2)S1闭合后，回路B中有磁场．S1闭合或断开瞬间，回路B中的磁通量变化．[解析]回路A中有电源，当S1闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路B中有磁通量，在S1闭合或断开的瞬间，回路A中的电流从无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，从而使穿过回路B的磁通量发生变化，产生感应电动势，此时若S2是闭合的，则回路B中有感应电流，电流计指针偏转，所以选项A、D正确．[答案]AD(1)判断有无感应电流产生时首先确定是否有磁感线穿过线圈平面，再根据具体情况如开关通断、变阻器阻值的变化来确定电流的变化情况，然后判断磁通量是否变化．(2)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，即观察穿过闭合电路的磁感线的条数是否发生变化．1.(多选)如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直．导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好．这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则可能()A．v1v2B．v1v2C．v1＝v2D．无法确定解析：只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流．故选项A、B正确．答案：AB2.如图所示，环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置．若将弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过弹簧所围面积的磁通量将()A．增大B．减小C．不变D．无法确定如何变化解析：穿过弹簧所围面积的磁通量应为合磁通量，磁铁内部由S极指向N极的磁通量不变，而其外部由N极指向S极的磁通量随面积的增大而增大，故合磁通量减小，选项B正确．答案：B电路闭合，磁通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可．电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量很大但不变化，那么无论有多大，都不会产生感应电流．[随堂训练]1．下列现象中，属于电磁感应现象的是()A．磁场对电流产生力的作用B．变化的磁场使闭合电路产生感应电流C．插入通电螺线管中的软铁棒被磁化D．电流周围产生磁场解析：电磁感应现象是人们利用磁场产生电流的现象，而A项是磁场对电流的安培力作用；C项为磁化现象；D项为电流的磁效应．答案：B2．关于电磁感应，下列说法中正确的是()A．导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流B．导体做切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流C．闭合电路在磁场中做切割磁感线的运动，电路中一定会产生感应电流D．穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流解析：选项A、B中没有强调是闭合电路，选项C中穿过闭合电路的磁通量不一定变化．答案：D3.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量．如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1＞ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1＜ΔΦ2D．无法确定解析：第一次将线框由位置1平移到位置2，磁感线从线框的同一侧穿入，ΔΦ1为前后两位置磁通量的绝对值之差．第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线从线框的另一侧穿入，ΔΦ2为前后两位置磁通量的绝对值之和，故ΔΦ1ΔΦ2，选项C正确．答案：C4.绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接，G为电流计，则下列判断正确的是()A．开关S闭合瞬间，G的示数不为零B．保持开关S闭合状态，G的示数不为零C．保持开关S闭合，移动变阻器R0滑动触头的位置，G的示数为零D．断开开关S的瞬间，G的示数为零解析：当线圈Ⅰ中的电流发生变化时，其产生的磁场发生变化，则通过线圈Ⅱ的磁通量就发生变化，线圈Ⅱ中会产生感应电流，故A选项正确．答案：A5.磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内，有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd沿垂直于磁感线方向、以速度v匀速通过磁场，如图所示．从ab边进入磁场算起：(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图像；(2)判断线框中有无感应电流．解析：(1)线框穿过磁场的过程可分为三个阶段：进入磁场阶段(只有ab边在磁场中)，在磁场中运动阶段(ab、cd边都在磁场中)，离开磁场阶段(只有cd边在磁场中)．线框进入磁场阶段：t为0到lv，线框进入磁场中的面积按线性增加，S＝lvt，最后Φ＝Bl2.线框在磁场中运动阶段：t为lv到2lv，穿过线框的磁通量为Φ＝Bl2，保持不变．线框离开磁场阶段：t为2lv到3lv，穿过线框的磁通量按线性减少，最后为零．Φ-t图像如图所示．(2)线框进入磁场阶段，穿过线框的磁通量增加，有感应电流产生；在磁场中运动阶段，穿过线框的磁通量不变，无感应电流产生；离开磁场时，穿过线框的磁通量减少，有感应电流产生．