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4．1划时代的发现4．2探究感应电流的产生条件学习重点考查热度知道与电流磁效应和电磁感应现象相关物理学史★★★理解产生感应电流的条件，判断是否有感应电流产生★★★★理解磁通量的概念，掌握其运算方法★★★★基础梳理一、“电生磁”“磁生电”的发现1．两个基本实验物理实验科学家时间实验的条件现象物理意义电生磁奥斯特1820年导线南北旋转，小磁针在导线上方或者下方小磁针发生了偏转发现电与磁之间有关系磁生电法拉第1831年两个线圈绕在同一个铁环上，在给一个线圈通电或者断电的瞬间另一个线圈中产生了电流为以后的电磁研究打下基础2.法拉第发现电磁感应规律的科学探究过程二、磁通量1．磁通量在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，B与S的乘积叫做穿过这个平面的磁通量Φ，即Φ＝BS.若B与S不垂直，则Φ＝BSsinθ，θ为磁感线与平面的夹角．2．对磁通量的理解(1)磁通量的大小可以用穿过某个面的磁感线的条数来衡量．穿过的条数越多磁通量越大．磁通量有正负但正负不表示磁通量的方向，仅表示磁感线贯穿的方向，如果设磁感线从某一面穿入磁通量为正，则从另一面穿入磁通量为负．(2)磁通量虽有正负之分，但磁通量是标量．如果某面积内有不同方向的磁场时，应当分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后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．(3)磁通量与线圈的匝数无关．线圈为多匝时，磁通量的计算不受影响，因为穿过线圈的磁感线的条数不受线圈匝数影响．3．磁通量的单位在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb.指导如下：1Wb＝1T·m2＝1NA·m·m2＝1JA＝1A·V·sA＝1V·s.三、感应电流产生条件产生感应电流的条件的探究(1)闭合导体回路的一部分导体做切割磁感线运动的情况．如图所示．实验现象：导体棒在磁场中运动时，要注意仔细观察导体棒的运动方向和电流表的指针偏转情况并做好记录．实验操作实验现象(有无电流)分析论证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电路包围的面积变化时，电路中有感应电流产生；包围的面积不变时，电路中无感应电流产生总结：发现只有导体棒切割磁感线时，电流表的指针才会偏转，说明有感应电流产生。即闭合电路包围的面积变化时，电路中有感应电流产生。(2)磁铁在线圈中运动的情况．条形磁铁插入或拔出线圈时，线路中有电流产生，如图所示．实验现象：实验操作实验现象(有无电流)分析论证N极插入线圈有N极停在线圈中无N极从线圈中抽出有S极插入线圈有S极停在线圈中无S极从线圈中抽出有线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流产生；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流产生总结：线圈不动，无论是N极还是S极插入或者从线圈中抽出时，都有感应电流产生，而当磁极静止在线圈中不动时，线圈中没有感应电流产生。即线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流产生。(3)改变螺线管AB中电流的情况．如图所示．实验现象：实验操作实验现象(线圈B中有无电流)分析论证开关闭合瞬间有开关断开瞬间有开关保持闭合，滑动变阻器的滑片不动无开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片有线圈B中磁场变化时，有感应电流产生；磁场不变时，无感应电流产生总结：开关闭合，滑动变阻器滑片不动时，也就是电路中电流稳定时，线圈B中没有感应电流，其他三种情况中，电路中的电流发生变化，电流形成的磁场也在变化，所以线圈B中都有感应电流产生。即线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流产生。(4)归纳总结：从上面几个事例可以看出，产生感应电流的条件与磁场的变化有关系，也就是说，与磁感应强度的变化有关系；另外，与闭合导体回路包围的面积也有关系。由于闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫做磁通量，所以我们也可以用磁通量来描述感应电流的产生条件。以上实验及其他事实表明：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。注意：感应电流产生的条件(缺一不可)(1)回路要闭合；(2)穿过回路的磁通量发生变化。规律方法规律鸟瞰考点热度规律一：电生磁与磁生电★★★规律二：磁通量★★★规律三：产生感应电流的条件★★★★★规律四：电磁感应中能量的转化★★★规律一电生磁与磁生电1．奥斯特发现电生磁(1)实验方法：一根水平放置的直导线，沿南北方向平行地放在静止小磁针的正上方．(2)实验现象：当给导线通电时，小磁针立即发生偏转，如图所示，小磁针N极向纸面内旋转．(3)实验结论：通电导线在其周围能产生磁场．(4)电流磁效应：电流能使小磁针发生偏转，说明电流周围有磁场，因此称为电流的磁效应．(5)发现电流磁效应的意义：证实了电和磁间存在必然的联系，激发了人们对磁生电的探索．2．法拉第发现磁生电(1)法拉第对“磁生电”的思考：电流磁效应的发现引起了对称性思考，法拉第认为既然电流能够引起小磁针的运动，那么磁铁也会使导线产生电流．(2)法拉第概括了产生感应电流的五种原因：①变化的电流；②变化的磁场；③运动的恒定电流；④运动的磁铁；⑤在磁场中运动的导体．(3)电磁感应的定义：“磁生电”的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流．(4)发现电磁感应的意义：①电磁感应的发现使人们对电与磁内在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电磁感应的发现使人们找到了“磁生电”的方法．下列说法正确的是()A．只要有电流，周围就存在磁场B．最早发现电流周围存在磁场的科学家是安培C．如果在直导线下放置一自由小磁针，通电后小磁针必定发生偏转D．奥斯特发现电流的磁效应是偶然的，实际上电与磁没有什么联系【分析】明确电流磁效应发现历程，知道奥斯特发现电流磁效应的实验原理以及明确其发现的伟大意义．【解析】奥斯特最早发现电流的周围存在磁场，故A项正确，B项错误；由于地磁场的影响，只有导线产生的磁场与地磁场方向不相同时才能发生偏转，故C项错误；奥斯特发现电流的磁效应揭示了电场和磁场间存在某种关系，法拉第在此发现的启发下发现了电磁感应现象，进一步说明了电与磁之间的关系，故D项错误．【答案】A【点评】本题考查电流磁效应的意义，要注意明确电流的磁效应揭开了人类研究电磁关系的序幕．1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，在奥斯特实验中，将直导线沿南北方向水平放置，指针靠近直导线，下列结论正确的是()A．把黄铜针(用黄铜制成的指针)平行地放在导线的下方，通电后，黄铜针会转动B．把小磁针平行地放在导线的下方，给导线通以恒定电流，然后逐渐增大导线与小磁针之间的距离，小磁针转动的角度(与通电前相比)会逐渐减小C．把小磁针放在导线的延长线上，通电后，小磁针会转动D．把小磁针平行地放在导线下方，在导线与小磁针之间放置一块铝板，通电后，小磁针不会转动【分析】对于电流的磁效应，根据安培定则进行分析．注意磁场及磁场的应用，从而即可求解．【解析】铜不能被磁化，故不会被磁场所吸引；故A项错误；离导线越远的地方，磁场越弱，则逐渐增大导线与小磁针之间的距离，小磁针转动的角度(与通电前相比)会逐渐减小；故B项正确；根据安培定则可知，小磁针放在导线上的延长线上，小磁针所在位置没有磁场，故小磁针不会转动；故C项错误；由于铝板不能有效屏蔽磁场，故通电后小磁针会发生转动；故D项错误．【答案】B【点评】本题考查安培定则及能被磁化的材料，要注意正确掌握课本内容并能准确应用．从1822年至1831年的近十年时间里，英国科学家法拉第心系“磁生电”．在他的研究过程中有两个重要环节：(1)敏锐地觉察并提出“磁生电”的闪光思想；(2)通过大量实验，将“磁生电”(产生感应电流)的情况概括为五种：变化着的电流、变化着的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．结合你学过的相关知识，试判断下列说法正确的是()A．环节(1)提出“磁生电”思想是受到了麦克斯韦电磁场理论的启发B．环节(1)提出“磁生电”思想是为了对已经观察到的“磁生电”现象做出合理解释C．环节(2)中五种“磁生电”的条件都可以概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”D．环节(2)中“在磁场中运动的导体”这种情况不符合“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”这一条件【分析】明确物理学史，根据所学电磁感应现象进行分析，明确磁生电的条件．【解析】磁生电的思想是法拉第在奥斯特的电生磁的现象而得出的启发，故A项错误；提出这种思想时是无法对这种现象作出合理解释的，故B项错误；综合各种现象可以发现，五种“磁生电”的条件都可以概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”，故C项正确；“在磁场中运动的导体”如果能产生感应电流，导体应接在电路中，组成闭合回路，并且回路中的磁通量一定要发生变化时才能产生感应电流，故D项错误．【答案】C【点评】本题考查电磁感应现象发现的历程及其条件，要注意正确理解“磁通量变化”这一条件与初中所学“切割”相联系．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．规律二磁通量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＝B⊥S.B⊥为B垂直于线圈平面的分量，如图所示，Φ＝B⊥S＝Bsinθ·S.也可将S取为线圈平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，如图所示，在水平方向的匀强磁场中，线圈ABCD与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过线圈ABCD的磁通量应为Φ＝BScosθ.Scosθ即为线圈在垂直在磁感线方向上的投影，我们称之为“有效面积”(图中阴影部分)．2．磁通量变化量的计算Φ的定量计算Φ＝BS，S为有效面积，磁场为匀强磁场．(1)在确定磁通量变化时，对选定的面要先确定是穿入还是穿出为正，计算磁通量变化时，要带着正负号进行标量计算．(2)非匀强磁场磁通量的变化一般通过磁感线定性分析．非匀强磁场分析磁通量及其变化时，要把磁感线画出来，再定性分析磁通量及其变化．进而分析是否有电流产生．3．穿过闭合导线回路的磁通量发生变化的几种情况：B不变、S变例：闭合电路的一部分导体切割磁感线时计算式：ΔΦ＝B·ΔSB变、S不变例：线圈与磁体之间发生相对运动时计算式：ΔΦ＝ΔB·SB和S都变可通过ΔΦ＝Φt·Φ0计算并判断磁通量是否变化B和S大小都不变，但二者之间的夹角发生变化例：线圈在磁场中转动时4.利用磁感线定性判断磁通量的变化：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．(多选)如图所示是等腰直角三棱柱，其中底面ABCD为正方形，边长为L，它们按图示位置放置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B.下面说法中正确的是()A．通过ABCD平面的磁通量大小为L2·BB．通过BCFE平面的磁通量大小为22L2·BC．通过ADFE平面的磁通量大小为零D．通过整个三棱柱的磁通量为零【分析】磁通量的公式为Φ＝BScosθ，注意夹角是平面与磁场垂直方向的夹角．【解析】通过ABCD平面的磁通量大小等于通过BEFC平面的磁通量，为φ＝BSsin45°＝22BL2，故A错误，B正确；ADFE平面和磁场平行，所以磁通量为零，故C项正确；因整个三棱柱是封闭的，故整个三棱柱的磁通量为零；故D项正确；故选B、C、D三项．【答案】BCD【点评】本题要理解并掌握磁通量的一般计算式Φ＝BScosθ，知道公式中Scosθ表示和垂直磁场平面的投影面积．如图所示，环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置，若沿其半径向外拉弹簧，使其面积增大，则穿过弹簧的磁通量将如何变化？【解析】注意弹簧面所在处有两个方向的磁场，即磁铁的内磁场和外磁场，它们各自产生正负不同的磁通量，总的磁通量等于两者绝对值之差，当拉大弹簧面积时，内磁场的磁通量不变，而外磁场的磁通量增加(穿过弹簧圈的外部磁感线增多)，故Φ＝|Φ内|－|Φ外|应减少．【答案】减少如图中A、B是两个相互垂直的线框，两线框相交点恰是两线框的中点，两线框互相绝