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第四章电磁感应第1、2节划时代的发现探究感应电流的产生条件学习目标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产生感应电流的条件．3．会运用感应电流的产生条件判断是否有感应电流产生．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、电磁感应的探索历程1．“电生磁”的发现：1820年，丹麦物理学家1发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现：1831年，英国物理学家2发现了电磁感应现象．奥斯特法拉第3．法拉第的概括法拉第把引起感应电流的原因概括为五类(1)变化的3．(2)变化的4．(3)5的恒定电流．(4)6的磁铁．(5)在磁场中运动的7．电流磁场运动运动导体4．电磁感应法拉第把他发现的磁生电的现象叫做电磁感应，产生的电流叫8．5．发现电磁感应现象的意义(1)使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了9作为一门统一学科的诞生．(2)使人们找到了10的条件，开辟了人类的电气化时代．感应电流电磁学磁生电二、探究感应电流的产生条件1．探究导体棒在磁场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)实验结论导体棒静止无导体棒平行磁感线运动无导体棒切割磁感线运动有闭合回路包围的面积11时，回路中有电流产生；包围的面积12时，电路中无电流产生变化不变2．探究磁铁在通电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)实验结论N(或S)极插入线圈13____N(或S)极停在线圈中14____N(或S)极从线圈中抽出15____线圈中的磁场16时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场17时，线圈中无感应电流有无有变化不变3.模拟法拉第的实验(如图所示)实验操作实验现象(线圈B中有无电流)实验结论开关闭合瞬间18____开关断开瞬间19____开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动20____开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片21____线圈B中磁场22时，线圈B中有感应电流；线圈B中磁场23时，线圈B中无感应电流有有无有变化不变4.感应电流产生的条件：只要穿过闭合导体回路的24发生变化，闭合导体回路中就会产生感应电流．磁通量|基础小题·做一做|1．正误判断(1)闭合回路在磁场中运动时一定能产生感应电流．()(2)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生．()(3)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．()(4)磁通量的大小和线圈的匝数有关．()(5)穿过闭合电路的磁通量发生变化就能产生感应电流．()××××√2．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．它是指变化的磁场产生电流的现象C．它说明了电能生磁D．它揭示了电流受到安培力的原因解析：选B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；利用磁场产生电流的现象是电磁感应现象，变化的磁场产生电流的现象是电磁感应现象，故B正确；电磁感应现象说明，磁能生电，故C错误；电磁感应现象揭示了磁能生电，它并没有揭示电流受到安培力的原因，故D错误．3．下面所示的实验示意图中，用于探究电磁感应现象的是()解析：选B选项A是奥斯特实验，该实验证明了通电导线周围存在着磁场，利用电生磁现象制成了电磁铁，故不符合题意，故A错误；磁铁在进入线圈的过程，由于磁通量的变化，产生感应电流，这是用来探究电磁感应现象的，故B正确；闭合开关，线圈中有电流通过时，它就会运动起来，即说明通电导线在磁场中受力的作用，即是电动机的制作原理，故不符合题意，故C错误；闭合开关，导线中有电流通过时，它就会运动起来，即说明通电导线在磁场中受力的作用，即是电动机的制作原理，故不符合题意，故D错误．4．初中物理中学过：闭合电路的一部分导体切割磁感线时会产生感应电流；本节课又说：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就会产生感应电流．这两种说法有什么不同？提示：初中所学的闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动就能产生感应电流，实质上是该闭合电路的磁通量发生变化．但有时候，虽然导体切割磁感线，但磁通量不发生变化，不产生感应电流，故要产生感应电流，必须要求导体构成的闭合回路中磁通量发生变化，并不一定是切割磁感线运动．|核心知识·记一记|1．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．引起电磁感应现象的原因主要有五类，分别是变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．3．只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一磁通量及其变化量的计算|要点梳理|1．磁通量的计算(1)B与S垂直时：Φ＝BS，S为线圈的有效面积．如图甲所示．(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．如图乙、丙所示．(3)某线圈所围面积内有不同方向的磁场时，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，如图丁所示．2.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．3．磁通量的变化(ΔΦ＝Φ2－Φ1)大致可分为以下几种情况(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图甲所示．ΔΦ＝BS2－BS1＝B(S2－S1)＝B·ΔS.(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图乙所示．ΔΦ＝B2S－B1S＝(B2－B1)S＝ΔB·S.(3)磁感应强度B和线圈面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图丙所示．ΔΦ＝Φ2－Φ1.4．用磁感线的条数表示磁通量当回路中有不同方向的磁感线穿过时，磁通量是指穿过某一面磁感线的“净”条数，即指不同方向的磁感线的条数差．|例题展示|【例1】如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，穿过它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，则()A．ΦaΦbΦcB．ΦaΦbΦcC．ΦaΦcΦbD．ΦaΦcΦb[解析]磁通量可以形象地理解为穿过回路的磁感线的条数；若该回路面积内有磁感线穿进和穿出两种情况，可把磁通量理解为穿过回路的净磁感线的条数．当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈垂直纸面向里的磁感线条数一样多，向外的磁感的条数c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此穿过闭合线圈的净磁感线条数a最多，b次之，c最少，即ΦaΦbΦc.选项B正确．[答案]B【例2】如图所示的线框，面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成θ角，当线框转过90°到如图所示的虚线位置时，规定初位置时穿过线框的磁通量为正值。试求：(1)初、末位置穿过线框的磁通量的大小Φ1和Φ2；(2)磁通量的变化量ΔΦ的大小．[解析](1)如图所示，把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解，得B上＝Bsinθ，B左＝Bcosθ，Φ1＝B上S＝BSsinθ，Φ2＝－B左S＝－BScosθ.(2)开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsinθ；当线框按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动θ时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90°时，磁通量从另一面穿过，变为“负”值，为Φ2＝－BScosθ.所以，此过程中磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－BSsinθ＝－BS(cosθ＋sinθ)．[答案](1)BSsinθ－BScosθ(2)－BS(cosθ＋sinθ)[易错警示],求磁通量及其变化量大小的三点提醒(1)求磁通量及其变化量时要取有效面积．(2)磁通量及其变化量大小与线圈匝数无关．(3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正负不同．|对点训练|1．如图所示，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．先增大后减小解析：选A线框在磁铁两端的正上方时穿过该线框的磁通量最大，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正确．2．(2017·江苏卷)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∶1B．1∶2C．1∶4D．4∶1解析：选A由题图可知，穿过a、b两个线圈的磁通量均为Φ＝B·πr2，因此磁通量之比为1∶1，A项正确．3.如图所示，一矩形线圈abcd的面积S为1×10－2m2，它与匀强磁场方向之间的夹角θ为30°，穿过线圈的磁通量Φ为1×10－3Wb.则：(1)磁场的磁感应强度B为多大？(2)若线圈以ab边为轴翻转180°，则此过程穿过线圈的磁通量的变化大小ΔΦ为多少？解析：(1)由磁通量的计算公式，Φ＝BS⊥＝BSsinθ，可得B＝ΦSsinθ＝1×10－31×10－2×sin30°T＝0.2T.(2)若规定开始时穿过线圈的磁通量为正，则转过180°时穿过线圈的磁通量为负，故Φ1＝1×10－3Wb，Φ2＝－1×10－3Wb，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2×10－3Wb.答案：(1)0.2T(2)2×10－3Wb★要点二感应电流有无的判断|要点梳理|1．导体回路闭合、磁通量变化是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可．2．穿过闭合导体回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．(2)线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化．(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．|例题展示|【例3】为观察电磁感应现象，某学生将电流表、螺线管A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路．当接通和断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是()A．开关位置接错B．电流表的正、负极接反C．线圈B的3、4接头接反D．蓄电池的正、负极接反[解析]因感应电流产生的条件是闭合电路中的磁通量发生变化，由电路图可知，把开关接在B与电流表之间，因与1、2接头相连的电路在接通和断开开关时，电流不改变，所以不可能有感应电流，电流表也不可能偏转，开关应接在A与电源之间．[答案]A【例4】如图所示，A中线圈有一小缺口，B、D中匀强磁场区域足够大，C中通电导线位于水平放置的圆形闭合线圈某一直径的正上方．其中能产生感应电流的是()[解析]图A中线圈没闭合，无感应电流；图B中闭合电路中的磁通量增大，有感应电流；图C中的导线在圆形闭合线圈的正上方，不论电流如何变化，穿过线圈的磁感线都相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；图D中回路磁通量恒定，无感应电流．[答案]B[规律方法],(1)判断闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流时，一定注意“部分导体”“切割”的含义．(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．|对点训练|1．(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B线圈中拔出过程中，有感应电流C．线圈A停在B线圈中，有感应电流D．线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小解析：选ABD线圈A插入线圈B的过程中，导致穿过线圈B的磁通量发生变化，则有感应电流，故A正确；同理，当线圈A从B线圈中拔出过程中，导致穿过线圈B的磁通量发生变化，则有感应电流，故B正确；线圈A停在B线圈中，穿过线圈B的磁通量不变，没有感应电流，故C错误；线圈A拔出线圈B的过程中，穿过线圈B的磁通量减小，线圈B产生感应电流，故D正确．2．法拉第在1831年发现了“磁生电”现象．如图，他把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导线连通，导线下面平行放置一个小磁针