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第四章电磁感应第1节划时代的发现第2节探究感应电流的产生条件第四章电磁感应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．(重点＋难点)3．知道感应电流的产生条件，并能解决实际问题．(重点)【基础梳理】一、划时代的发现1．丹麦物理学家_______发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为_____________，揭示了___现象与___现象之间存在密切联系．2．英国物理学家_______发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为_________．产生的电流叫做_________．奥斯特电流的磁效应电磁法拉第电磁感应感应电流二、感应电流的产生条件只要穿过_____导体回路的磁通量_________，闭合导体回路中就有感应电流．闭合发生变化【自我检测】判断正误(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)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)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．()√××√探究思考如图所示，条形磁铁A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针________(填“不偏转”或“偏转”)；若条形磁铁A在线圈B中保持不动，电流表G的指针________(填“不偏转”或“偏转”)．提示：偏转不偏转电磁感应现象1．电流的磁效应：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现通电导线能使放在导线附近的小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应．电流的磁效应说明电流能在其周围产生磁场(电生磁)．2．电磁感应现象1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”．法拉第把引起电流的原因概括为五类：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．他把这些现象定名为电磁感应，产生的电流叫感应电流．1820年4月的一天，丹麦科学家奥斯特在上课时，无意中让通电导线靠近小磁针，突然发现小磁针偏转．这个现象并没有引起在场其他人的注意，而奥斯特却是个有心人，他非常兴奋，紧紧抓住这个现象，经过深入地研究，反复做了几十次实验．关于奥斯特的实验，如图所示，下列操作中一定能够观察到小磁针偏转的是()A．通电导线AB东西放置，小磁针放在导线正下方，闭合开关B．通电导线AB南北放置，小磁针放在导线正下方，闭合开关C．导线AB东西放置，小磁针放在导线正下方，断开开关D．通电导线AB南北放置，小磁针放在AB的延长线上，改变电流大小[解析]奥斯特发现电流周围存在磁场，对小磁针有磁场力作用，但地磁场(指向南北)也对小磁针有磁场力作用，所以为了减小地磁场的影响，应将导线南北放置．根据通电导线周围磁场的分布情况可知，小磁针应放在通电导线的下方或上方，不能放在通电导线的延长线上．此时小磁针若偏转，则说明是通电导线产生的磁场引起的，故选项B正确．[答案]B电流的磁效应与电磁感应的区别与联系(1)电流的磁效应是指电流周围存在磁场，即“电生磁”；而电磁感应是指利用磁场产生电流，即“磁生电”．这是两种因果关系相反的现象，区别这两种现象的关键是看电流是条件还是结果．(2)电流的磁效应和电磁感应现象都揭示了电和磁的内在联系．如图所示实验装置中用于研究电磁感应现象的是()解析：选B.选项A是用来探究影响安培力的大小因素的实验．选项B是研究电磁感应现象的实验，观察线框在磁场中做切割磁感线运动时电流计指针是否会偏转，来判断是否产生了感应电流．选项C是用来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验．选项D是奥斯特实验，证明通电导线周围存在磁场．匀强磁场中磁通量的判断与计算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．命题视角1Φ和ΔΦ的定性分析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分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1ΔΦ2D．无法确定[解析]设闭合线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在位置1处比在位置2处要强，故Φ1Φ2.将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)．故选项C正确．[答案]C命题视角2对Φ和ΔΦ的计算如图所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为r.现于纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均处于O处，线圈A的半径为r，10匝；线圈B的半径为2r，1匝；线圈C的半径为r2，1匝．(1)在B减为B2的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少？(2)在磁场转过90°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？转过180°角呢？[解析](1)A、B线圈中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样．ΔΦ＝B2－B·πr2＝－Bπr22即A、B线圈中的磁通量都减少了Bπr22.(2)对线圈C，Φ1＝Bπr′2＝14Bπr2当磁场转过90°时，Φ2＝0，故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝－14Bπr2当转过180°时，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ3为负，有Φ3＝－14Bπr2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－12Bπr2.[答案](1)A、B线圈的磁通量均减少了Bπr22(2)减少了14Bπr2减少了12Bπr2求解磁通量变化量时应注意其变化是由何种原因引起的．另外还要注意：(1)求解磁通量的变化量时要取有效面积．(2)磁通量的变化与线圈的匝数无关．(3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正负不同．(2017·高考江苏卷)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．对感应电流产生条件的理解1．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必须明确以下两点：(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．2．判断穿过闭合导体回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导体回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．下图中能产生感应电流的是()[解析]根据产生感应电流的条件可判断：A选项中，电路没闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流．[答案]B(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可．(2)磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化也不会产生感应电流，磁通量虽然是零，但是如果在变化仍然可以产生感应电流．(多选)(2019·湖北宜昌检测)如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中，下列做法能使圆盘中产生感应电流的是()A．圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动B．圆盘以某一水平直径为轴匀速转动C．圆盘在磁场中向右匀速平移D．匀强磁场均匀增加解析：选BD.只有当圆盘中的磁通量发生变化时，圆盘中才会产生感应电流，当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动或圆盘在磁场中向右匀速平移时，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流，故选项A、C错误；当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动或匀强磁场均匀增加时，圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流，故选项B、D正确．