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第一节电磁感应现象第2节研究产生感应电流的条件回顾选修31磁场的有关知识，然后回答下面几个问题．1．1820年，丹麦物理学家________用实验展示了电与磁的联系，说明了通电导线周围存在着磁场，这个现象叫做电流的______(填“热”或“磁”)效应．课前·自主学习2．(多选)(2016·成都期末)如图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿x方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿＋y方向，则()A．该通电导线一定不会沿平行Ox方向放置B．该通电导线一定平行Oz方向放置C．无论通电导线怎样放置，它总受到＋y方向的安培力D．沿＋x方向观察导线中的电流方向，应该为向右方向【答案】AD【解析】当通电导线与匀强磁场平行时，它不受安培力作用，而题意说导线受到安培力作用，说明导线一定不会沿平行Ox方向放置，因此选项A正确；根据左手定则确定的关系可知：安培力一定垂直于磁场方向和电流方向确定的平面，但电流方向不一定与磁场方向垂直，因此选项B错误；根据左手定则判定知：通电导线如果任意放置在xOz平面内，它受到的安培力，方向有沿＋y方向和－y方向两种可能，沿Ox方向观察，当电流向右时，安培力沿＋y方向；当电流向左时，安培力沿－y方向．因此选项C错误，选项D正确．一、电磁感应的探索历程1．磁生电：1820年，丹麦物理学家________发现了电流的磁效应．2．电生磁(1)“磁生电”的发现：1831年，英国物理学家________发现了电磁感应现象．(2)电磁感应与感应电流：法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与电流和磁场相联系．①变化的磁场．②变化的电流．③运动的恒定电流．④运动的磁铁．⑤在磁场中运动的导体．奥斯特法拉第3．电磁感应现象和感应电流：由________的现象，叫做电磁感应现象．由电磁感应现象产生的电流，叫感应电流．磁生电如果没有电流表，做产生感应电流的实验时，可以用什么方法检测导线中是否有感应电流产生呢？【答案】利用电流的磁效应，在南北方向的导线下放一个可旋转的小磁针．当导线中有电流时，小磁针就发生转动，当导线中无电流时，小磁针就指向南北方向．二、感应电流的产生条件1．实验探究探究1：导体棒在磁场中运动是否产生电流如下图所示，将可移动导体AB放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路．实验现象如下：实验操作实验现象(有无电流)实验探究结论导体棒静止____导体AB切割磁感线，通过闭合电路的磁通量____________，有感应电流产生导体棒平行磁感线运动____导体棒切割磁感线运动____无无有发生变化探究2：磁铁在螺线管中运动是否产生电流如下图所示，将螺线管与电流计组成闭合回路，把条形磁铁插入或拔出螺线管．实验现象如下：实验操作实验现象(线圈B中有无电流)实验探究结论N极插入线圈____将磁铁插入或拔出螺线管时，通过螺线管闭合回路的磁通量__________，有感应电流产生N极停在线圈中____N极从线圈中抽出____S极插入线圈____S极停在线圈中____S极从线圈中抽出____有无有有无有发生变化探究3：模拟法拉第的实验如下图所示，线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面．实验现象如下：实验操作实验现象(线圈B中有无电流)实验探究结论开关闭合瞬间____导体、磁场都没有发生相对运动，但螺线管A中的电流发生变化时，从而引起穿过螺线管B的磁通量__________，闭合螺线管B中有感应电流产生开关断开瞬间____开关闭合时，滑动变阻器不动____开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片____有有无有发生变化2．实验结论：只要穿过闭合电路的磁通量________，闭合电路中就有感应电流产生．【答案】发生变化闭合电路在磁场中运动一定产生感应电流吗？【答案】不一定．例如第一个实验中的导体平行于磁感线运动时就没有感应电流产生．原因是穿过闭合电路的磁通量没有变化.1．磁通量的计算方法课堂·优化整合磁通量与磁通量的变化B与S垂直Φ＝BS说明：B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积B与S不垂直Φ＝BS⊥(S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积)说明：磁场方向为水平方向，此时：Φ＝BSsinθ某面积内有不同方向的磁场ΔΦ＝|Φ1＋Φ2|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N匝线圈和前面计算方式一样，线圈匝数不会影响磁通量的计算N匝线圈同单匝线圈2.磁通量的变化在不同情形下的求解方法在匀强磁场中，磁通量Φ＝BS·sinα(α是B与S间的夹角)，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1有多种情形，主要有：情形方法①S、α不变，B改变ΔΦ＝ΔB·S·sinα②B、α不变，S改变ΔΦ＝ΔS·B·sinα③B、S不变，α改变ΔΦ＝B·S·(sinα2－sinα1)④B、S、α中有两个或三个一起变化分别计算Φ1、Φ2，再求ΔΦ＝Φ2－Φ1【特别提醒】(1)如果线圈平面翻转，即转过180°，穿过线圈的磁通量不是不变而是变化了2BS.(2)磁通量虽然有正负，但是没有方向，是标量．(3)线圈匝数虽然对磁通量没有影响，但是对产生的感应电流的大小有影响．如图所示，矩形线圈沿竖直方向在条形磁铁右端附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化．如果线圈沿着磁铁上方自左向右移动，穿过该线圈的磁通量如何变化？面积略大于磁铁截面积的矩形线圈M沿条形磁铁轴线方向自左向右移动，让磁铁穿过线圈，则该过程线圈的磁通量如何变化？例1解析：当矩形线圈沿竖直方向在条形磁铁右端附近移动时，从a→b过程，穿过线圈的磁场方向向下，且Φ由大减小到零；b→c过程，线圈内的磁场方向变为向上，且Φ由零逐渐增大．当线圈平面平行磁铁，沿条形磁铁轴线方向在磁铁上方自左向右移动时，线圈的磁通量由大逐渐减小到零，然后又由零逐渐增大；圈内的磁场方向由向右上方变为向右下方．在线圈M沿条形磁铁轴线从磁铁左端向右移至磁铁中央过程中，圈内的磁场方向向左，Φ由小增至最大，在从条形磁铁中央向右移至右端过程中，Φ由最大逐渐减小，圈内的磁场方向不变．答案：见解析►题后反思判断磁通量如何变化：首先，确定磁场的磁感线情况，包括磁感线的方向和疏密；其次，从初末位置的磁感线情况确定磁通量的初末变化情况，包括方向变化和大小变化．1.如下图所示，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？【答案】减小【解析】注意弹簧套所在处存在两个方向的磁场，即磁铁的内部磁场和外部磁场，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，内部磁场的磁通量不变，而外部磁场的磁通量却增大，故Φ＝|Φ内|－|Φ外|，应减小．1．感应电流产生的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化．2．磁通量的变化(1)S⊥(S⊥为线圈平面在垂直于磁感线方向上的投影面积)不变，磁感应强度发生变化，即ΔΦ＝ΔB·S⊥，如图甲．感应电流有无的判断(2)磁感应强度不变，S⊥发生变化，ΔΦ＝ΔS⊥·B，其中S⊥发生变化的情况又分为两种形式：①处在磁场中的闭合回路面积发生变化，引起磁通量发生变化，如图乙；②闭合回路面积不变，但与磁场的夹角发生变化，从而引起投影面积发生变化，如图丙．(3)磁感应强度和投影面积均发生变化．这种情况较少见，此时应采用公式ΔΦ＝Φ2－Φ1进行分析．甲乙丙【特别提醒】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．即通过观察穿过闭合电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．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导体棒ab、cd，这两个导体棒的运动速度分别为v1、v2，方向如下图所示，则下列四种情况，ab棒中没有感应电流通过的是()A．v1v2B．v1v2C．v1≠v2D．v1＝v2例2解析：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生．题中导轨位于匀强磁场中，只要满足v1≠v2，回路的面积就发生变化，从而磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生．答案：D►题后反思确定回路→回路面积是否变化→磁通量是否变化→依据条件判断2．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闭合线圈某一直径的正上方．其中能产生感应电流的是()AB【答案】B【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中的导线在圆环直径的正上方，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，也无电流；图D中回路磁通量恒定，无感应电流．故本题只有选项B正确．CD1．导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化．2．在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割．如下图所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线．对导体切割磁感线的理解及注意的问题甲乙丙(2)即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流．如下图所示，对于图甲，尽管导体“切割”了磁感线(匀强磁场)，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；对于图乙，导体框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；对于图丙，闭合导体在非匀强磁场中运动，切割了磁感线，同时穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流．甲乙丙(3)即使是闭合电路的部分导体做切割磁感线运动，也不能保证一定存在感应电流，如右图所示，线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但同样在线框中没有感应电流．由以上讨论可知，导体切割磁感线不是导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合回路的磁通量是否发生变化．金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动，线圈中有感应电流的是()例3ABCD解析：在选项B、C中，线圈中的磁通量始终为零，不产生感应电流；选项D中磁通量始终最大，保持不变，不发生变化，也没有感应电流；选项A中，在线圈转动过程中，磁通量做周期性变化，产生感应电流，故A正确．答案：A3．(2018·新绛期中)如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是()A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动【答案】C【解析】保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，故A错误；保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，故B错误；线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动，磁通量周期性地改变，故一定有感应电流，故C正确；线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，故D错误．