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一、电磁感应现象情景导入学习目标预览史料记载：“1831年8月29日这一天，法拉第在接通电池的一刹那，偶然看到图中的检流计指针动了一下，接着便回到了原位，然后就一直停住不动……”法拉第因此发现了电磁感应现象，你知道这种现象产生的原因吗？1.收集有关物理学史资料，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方法、科学态度和科学精神．2.知道磁通量，会比较“穿过不同闭合电路磁通量”的大小．3.通过实验，了解感应电流的产生条件.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、划时代的发现1．1820年丹麦物理学家发现了电流的磁效应，即“电能生磁”．2．1831年英国科学家发现了电磁感应现象，即“磁可以生电”．奥斯特法拉第[思考]电流的磁效应与电磁感应现象的区别是什么？提示：这两种现象因果关系相反，电流的磁效应是“电生磁”，而电磁感应现象是“磁生电”．二、电磁感应现象1．概念：闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就产生电流．物理学中把这种由产生的现象叫作电磁感应，由电磁感应产生的电流叫电流．2．意义(1)使人们对电现象与磁现象之间密切联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生．(2)电磁感应现象的发现为完整的电磁学理论奠定了基础，奏响了时代的序曲．磁电感应电气化3．磁通量穿过一个闭合电路的磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的多少”，它的大小与回路的面积和磁场的磁感应强度的大小和方向都有关．4．感应电流的产生条件只要穿过闭合电路的发生变化，闭合电路中就有感应电流发生．磁感线磁通量[判断](1)如果线圈不闭合，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也无感应电流．()(2)闭合电路中的一部分导体，若不做切割磁感线运动，则电路中就一定没有感应电流．()(3)穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化时一定能产生感应电流．()√×√要点一对磁通量的理解1．定义设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面如图所示，面积为S，把B与S的乘积叫作穿过这个平面的磁通量，用字母Φ表示．因为用磁感线可以形象地描述磁场，故也可用穿过某一面积的磁感线条数表示磁通量．2．影响磁通量大小的因素穿过一个闭合电路(或一个面)的磁通量与该面的面积、磁感应强度及该面与磁场方向的夹角有关：夹角一定时，面积越大，磁场越强，则磁通量越大；磁通量还随该面与磁场方向的夹角的改变而改变．3．磁通量的变化(1)面积不变磁场变化：由于磁场的变化而使穿过闭合电路的磁通量发生变化．如图甲所示，将条形磁铁插入空心螺线管内的过程．甲乙(2)磁场不变面积变化：由于闭合电路的面积S发生变化而引起磁通量的变化．如图乙所示，金属导体框架处在匀强磁场中，当导体棒ab左右滑动时，使左边闭合电路的面积发生变化，引起闭合电路中磁通量发生变化，从而产生感应电流．(3)面积及磁场都变化：磁场、闭合电路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化．[例1]如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量()A．是增加的B．是减少的C．先增加，后减少D．先减少，后增加[思路点拨]画出N极附近的磁感线，根据穿过线圈的磁感线条件判断．[解析]要知道线圈在下落过程中磁通量的变化情况，就必须知道条形磁铁在磁极附近磁感线的分布情况，条形磁铁在N极附近的分布情况如图所示，由图可知线圈中磁通量是先减少，后增加．D选项正确．[答案]D(1)磁通量是对某一特定的“面”而言的，是“面”的特征量(不是磁场的特征量)，没有特定的“面”，就无磁通量．(2)磁通量是标量，但有正负之分，磁通量的正负既不表示大小，也不表示方向，仅是为了计算方便而引入的，它的正负由“面”决定．任何一个面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入时磁通量为正值，则从反面穿入时磁通量为负值．1.如图所示，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．Φ1＞Φ2B．Φ1＝Φ2C．Φ1＜Φ2D．无法确定解析：由题图知，穿过圆环1、2的磁感线条数相等，故Φ1＝Φ2.答案：B要点二感应电流产生的条件产生感应电流的条件有以下两个：①闭合电路；②磁通量发生变化．产生感应电流的常见类型有以下几种．1．导体棒切割磁感线：导体棒ab切割磁感线时，闭合回路产生感应电流．(如图甲)2．条形磁铁插入或拔出：条形磁铁插入或拔出线圈时，回路中有电流产生，但磁铁在线圈中不动时，回路中无电流产生．(如图乙)3．电流变化：如图丙，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S闭合或断开时，回路E中产生电流．滑动变阻器滑动触头向左或向右滑动时，回路E中产生电流．[例2]如图所示，在有界匀强磁场中有一矩形线圈abcd垂直磁场放置，现使线圈做如下几种运动：(a)向上加速平移(未出磁场)；(b)匀速向右平移出磁场；(c)绕ab边转90°.其中线圈中能产生感应电流的是____________．[思路点拨]解此题的关键是看穿过闭合线圈的磁通量是否发生变化．[解析]要判断线圈中是否有感应电流产生，则需判断穿过线圈的磁通量是否发生变化．在(a)中穿过线圈平面的磁感线始终与线圈平面垂直且线圈在磁场中的面积未发生变化，所以穿过线圈的磁通量没有变化，线圈中没有感应电流产生；在(b)中线圈平移出磁场的过程中，在磁场中的面积逐渐减少，穿过线圈的磁通量在减少，所以线圈中有感应电流产生．在(c)中，线圈从图示位置绕ab边转动90°的过程中，线圈面积不变，但磁感线与线圈平面的夹角越来越小，穿过线圈的磁感线条数在减少，即磁通量越来越小，线圈中有感应电流产生．[答案](b)(c)分析是否产生感应电流，关键就是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，应从“B”和“S”两个方面看，同时搞清磁场的分布特点．2.如图所示，开始时线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场中，一半在匀强磁场外，若要使线圈中产生感应电流，下列方法中不可行的是()A．将线框向左拉出磁场B．以ab边为轴转动(小于90°)C．以ad为轴转动(小于60°)D．以bc为轴转动(小于60°)解析：将线框向左拉出磁场的过程中，穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流．当线框以ab边为轴转动时，有效面积发生变化，磁通量变化，所以线框中将产生感应电流．当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流．当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积一半的乘积)．答案：D[随堂训练]1．物理学领域里的每次重大发现，都有力地推动了人类文明的进程．最早利用磁场获得电流，使人类得以进入电气化时代的科学家是()A．库仑B．奥斯特C．安培D．法拉第解析：法拉第发现了电磁感应现象，开启了人类进入电气化时代的大门；库仑得出了两点电荷之间的作用力关系；奥斯特发现电流可以产生磁场；安培发现了电流产生的磁场方向的判断法则——安培定则．答案：D2．关于磁通量的概念，下面的说法中正确的是()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．放在磁场中某处的一个平面，穿过它的磁通量为零，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产生的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：根据磁通量的定义，当平面与磁场垂直时，磁通量为磁感应强度B与面积S的乘积；当平面与磁场平行时，磁通量为零，可知A、B项错误；磁通量既与磁场有关，也与面积S有关，所以磁通量的变化不一定是由磁场的变化引起的，也可能是由于面积的变化引起的，C项正确；当平面与磁场的夹角发生变化时，穿过平面的磁感线的条数也会变化，D项错误．答案：C3.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图所示连接．在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转，由此可以推断()A．线圈A向上移动或滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动，都能引起电流计指针向左偏转B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转C．滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向解析：滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，线圈A中的电流减少，线圈B中的磁通量减小，闭合电路中产生感应电流，电流表指针向右偏转．当线圈A中的铁芯向上拔出或断开开关时，线圈B中的磁通量也减小，电流表指针向右偏转，本题选B.答案：B4.如图所示，导体ab处于蹄形磁铁的磁场中，下列情况中能使电流计的指针发生偏转的是()A．闭合开关，导体ab向上运动B．断开开关，导体ab向左运动C．闭合开关，导体ab向右运动D．断开开关，导体ab向下运动解析：产生感应电流的条件之一是电路必须闭合，因而在开关断开的情况下，无论导体ab如何运动，电流计指针都不会偏转，说明电路中没有感应电流产生．在电路闭合的情况下，ab必须做切割磁感线运动，电路中才会有感应电流产生，而蹄形磁铁两磁极间的磁感线是从N极指向S极，即由上向下．因而导体ab沿上、下方向运动时，其运动方向与磁感线平行，不切割磁感线，不会产生感应电流，因而正确选项应为C.答案：C5.如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直面内有一根通电直导线ef，且ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，穿过圆面积的磁通量将()A．逐渐变大B．逐渐减小C．始终为零D．不为零，但始终保持不变解析：由通电直导线ef产生的磁场对称性可知：进入圆的磁感线条数与穿出圆的磁感线条数相等，相互抵消，穿过圆的磁通量为零，当ef竖直向上平移时，穿过圆面积的磁通量始终为零，故选C.答案：C6.如图所示为一水平放置的条形磁铁，一闭合线框abcd位于磁铁的左端，线框平面始终与磁铁的上表面垂直，并与磁铁的端面平齐，当线框由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到达位置Ⅲ时，线框内磁通量变化情况如何？解析：条形磁铁的磁感线分布情况如图所示，其“中垂面”上磁感线分布较稀，两头较密，线框从左向右运动过程中，在“中垂面”上磁通量最少，即穿过线框的磁通量先减小后增大．答案：先减小后增大