1、第三章 电磁感应一、电磁感应现象一、电磁感应现象读一读辨一辨一、划时代的发现阅读教材第46页“划时代的发现”部分,了解电磁感应现象发现过程,体会物理学家探究历程。1.哪位物理学家发现了电流的磁效应?答案:丹麦物理学家奥斯特在1820年发现了电流的磁效应。2.法拉第在1831年发现了什么现象,从而揭示了电与磁的进一步的关系,开辟了人类历史的新纪元?答案:电磁感应现象。读一读辨一辨二、电磁感应现象阅读教材第46页“电磁感应现象”部分,知道什么是电磁感应现象,了解电磁感应现象的发现对电磁学的发展所起的作用。1.什么是电磁感应现象?什么是感应电流?答案:闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时,导体
2、中就产生感应电流,物理学中把这类现象叫作电磁感应。由电磁感应产生的电流叫作感应电流。2.电磁感应现象的发现有什么意义?答案:电磁感应现象的发现为完整的电磁学理论奠定了基础,奏响了电气化时代的序曲。读一读辨一辨三、电磁感应的产生条件阅读教材第47页“电磁感应的产生条件”部分,了解电磁感应的产生条件的探究过程,熟记感应电流的产生条件。1.如何理解磁通量?答案:穿过一个闭合电路的磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路磁感线的多少”。2.感应电流产生的条件是什么?答案:闭合电路;磁通量发生变化。读一读辨一辨1.思考辨析。(1)不论用什么方法,只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就有电流产生。
3、()解析:感应电流的产生条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化。不论采用何种方法,只要满足上述条件,就可以产生感应电流。答案:(2)穿过闭合电路的磁通量只与磁场的强弱有关。()解析:磁通量可以描述为“穿过闭合回路的磁感线的条数的多少”。所以磁通量还与闭合回路的面积有关。答案:读一读辨一辨(3)只要穿过闭合回路的磁通量变大,闭合回路中才有感应电流产生。()解析:磁通量的变化可以是变大,也可以是变小。答案:读一读辨一辨2.探究讨论。(1)法拉第经过近十年的科学探索,终于发现了电磁感应现象,他关于“磁生电”的感悟是什么?答案:他感悟到“磁生电”是一种在变化、运动过程中才能出现的现象。(2)闭合电路的一部
4、分导体在磁场中运动时一定产生感应电流吗?答案:不一定。要看闭合电路的磁通量是否变化,如果闭合电路的磁通量不发生变化,就不会产生感应电流。问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二探究一探究一 对磁通量的理解对磁通量的理解如图所示,面积相同的线圈放在磁场中的不同位置,其中S1、S3与磁场垂直,S2与磁场方向有一个夹角,S4与磁场平行。思考后回答:(1)穿过哪个面的磁通量最大,哪个面的磁通量最小?(2)如果增大S4的面积,穿过其面积的磁通量是否增大?(3)是不是磁场越强,线圈的面积越大,穿过这个线圈的磁通量也就越大?问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二要点提示(1)S1最大,S4最小。(2)S4的磁通量
5、不变。(3)不能这样说,磁通量的大小不仅仅与磁场的强弱和线圈的面积有关,还与线圈放在磁场中的角度有关。例如,当线圈平面与磁场方向平行时,没有磁感线穿过它,此时,穿过该线圈的磁通量就为零。问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二1.磁通量的物理意义我们可以用“穿过闭合电路磁感线条数的多少”来形象地理解“穿过这个闭合电路的磁通量”,即穿过某一回路的磁感线条数越多,穿过这个回路的磁通量就越大,反之,就越小。例如,同一个平面,当跟磁场方向垂直时,穿过它的磁感线条数最多,磁通量最大;当跟磁场方向平行时,没有磁感线穿过它,即穿过它的磁通量为零;如果穿过两个面的磁感线条数相等,则穿过它们的磁通量相等。2.磁通量
6、的单位在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,符号是Wb。问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二3.磁通量的正负磁通量是标量,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,它的正负是这样规定的: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。4.磁通量变化的几种常见情况(1)闭合回路面积S的变化引起磁通量的变化如图所示,导体做切割磁感线运动使面积发生变化而改变了穿过回路的磁通量。问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二(2)磁感应强度的变化引起磁通量的变化如图甲所示,通过磁极的运动改变穿过回路的磁通量;图乙通过改变原线圈中的电
7、流从而改变磁场的强弱,进而改变穿过回路的磁通量。问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二(3)线圈平面与磁场方向夹角的变化引起磁通量的变化使穿过线圈的磁感线的条数发生变化,进而改变穿过回路的磁通量。例如在匀强磁场中闭合矩形线圈沿垂直于磁感线的固定轴OO转过90角的过程中,磁通量由0变到最大。温馨提示既然磁通量描述的是穿过某一面积的磁感线条数,所以磁通量与线圈的匝数无关。同样,磁通量的变化也与线圈的匝数无关。问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二【例题1】如图所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面,若使线框逐渐向右远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将()A.逐渐增大B.逐渐减小
8、C.保持不变D.不能确定解析:通电直导线产生的磁场的特点是离导线越远,磁场越弱。当线圈向右运动时,由于磁场减弱,穿过线圈的磁通量将减小,所以只有B项正确。答案:B问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二归纳总结解决本题要掌握两点知识:(1)通电直导线周围的磁场分布:通电直导线产生磁场的磁感线是一个一个的同心圆,且远离直导线时磁场逐渐减弱;(2)磁通量变化的影响因素:穿过一个闭合电路(或一个面)的磁通量与该线圈的面积、磁感应强度及该面与磁场方向的夹角有关,题中夹角和线圈的面积没有发生变化,而穿过线圈的磁场逐渐减弱,所以穿过线圈的磁通量逐渐减小。问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二变式训练1导学号66
9、824045(多选)如图所示,环形金属软弹簧所处平面与某一匀强磁场垂直,将弹簧沿半径方向向外拉成圆形,则以下措施不能使该金属弹簧中磁通量变化的是()A.保持该圆的周长不变,将弹簧由圆形拉成方形B.保持该圆的周长不变,将弹簧由圆形拉成三角形C.保持该圆的面积不变,将弹簧由圆形拉成方形D.保持该圆的面积不变,将弹簧由圆形拉成三角形问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二解析:本题考查的内容为对磁通量变化的理解。磁场不变,金属弹簧平面与磁场方向的夹角也不变,若面积大小变化,穿过金属弹簧的磁通量就变化;反之,磁通量就不会变化。周长不变,圆形变成方形或三角形时,面积肯定发生变化,故磁通量会变化。答案:CD探
10、究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究二探究二 对感应电流产生条件的理解对感应电流产生条件的理解奥斯特发现电流的磁效应后,许多物理学家提出了一个对应的问题:磁场也能产生电流吗?瑞士物理学家丹尼尔科拉顿对这个问题进行了探究:他将一个螺线管与电流计相连,为了避免强磁性磁铁的影响,他把电流计用长导线连着,放在另外一个房间。科拉顿没有助手,当他把磁铁投入螺线管中后,立即跑到另一个房间去观察。十分可惜,他未能观察到电流计指针的偏转。后来有位科学家感叹道:“可怜的科拉顿,在跑来跑去中丢失了良机。”你认为科拉顿的实验是否成功产生了感应电流?为什么他错失良机?探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析要点提示科拉顿
11、的实验成功地产生了感应电流,但因为感应电流只有在磁通量变化过程中才能产生,所以科拉顿跑动过程中电流已经消失,当然错失看到电流计指针偏转的良机。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析1.回路中有无感应电流的判断判断回路中是否有感应电流的依据:(1)回路是否闭合。(2)回路中的磁通量是否变化。这两个条件缺一不可。2.引起穿过闭合回路的磁通量变化的情况(1)磁场本身发生变化,即S不变、B变化,如磁场随时间或空间的变化而改变。(2)回路自身发生变化,即B不变、S变化,或B不变、S不变、变化。(3)磁场变化的同时,回路本身也发生变化。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析【例题2】导学号66824046(多
12、选)下列各项中,闭合矩形线圈中能产生感应电流的是()探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析解析:选项A中因为线圈平面平行于磁感线,穿过线圈的磁通量始终为零,所以无感应电流产生;选项B中,竖直向上运动过程中,线圈平面始终与磁感线平行,磁通量始终为零,故无感应电流产生;选项C中,线圈平面与磁感线平行,与选项B相同,故无感应电流产生;选项D中尽管线圈在转动,但B与S都不变,B又垂直于S,所以=BS始终不变,线圈中无感应电流;选项E中,图示状态=0,当转过90时=BS,所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化,因此转动过程中线圈中产生感应电流;选项F中,螺线管内通入交变电流,因此产生的磁场强弱、方向也
13、在变化,穿过线圈的磁通量发生变化,所以产生感应电流,故选项E、F正确。答案:EF探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析归纳总结判断是否产生感应电流的依据就是看产生感应电流的条件穿过闭合电路的磁通量是否变化。本题中引起磁通量变化的原因有:(1)磁感应强度B发生变化。(2)磁感应强度B和面积S的夹角发生变化。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析变式训练2(多选)如图所示,线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过,下列说法正确的是()A.进入匀强磁场区域的过程中,abcd中有感应电流B.在匀强磁场中加速运动时,abcd中有感应电流C.在匀强磁场中加速运动时,abcd中没有感应电流D.离开匀强磁场区域的过程
14、中,abcd中没有感应电流探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析解析:从回路中磁通量有无“变化”来判断是否产生感应电流,是触及本质的方法,也更能抓住要点得出正确结论。若从切割磁感线的角度考虑问题,必须全面比较闭合电路中各部分切割的情况。在有界的匀强磁场中,常常需要考虑闭合回路进场、出场和在场中运动的情况,无论abcd在匀强磁场中做匀速还是加速运动,穿过abcd的磁通量都没有发生变化。答案:AC探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析变式训练3(多选)如图所示装置,在下列各种情况中,能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是()A.开关S接通的瞬间B.开关S接通后,电路中电流稳定时C.开关
15、S接通后,滑动变阻器滑片滑动的瞬间D.开关S断开的瞬间探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析解析:开关S接通的瞬间,穿过铜质闭合线圈的磁通量从没有到有,发生了变化,产生感应电流,A正确;开关S接通后,电路中电流稳定时,穿过铜质闭合线圈的磁通量不变,不产生感应电流,B错误;开关S接通后,滑动变阻器滑片滑动的瞬间,电流发生变化,产生变化的磁场,使穿过铜质闭合线圈的磁通量发生变化,产生感应电流,C正确;开关S断开的瞬间,穿过铜质闭合线圈的磁通量从有到没有,发生了变化,产生感应电流,D正确。答案:ACD1 2 3 4 51.(物理学史)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
16、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:D1 2 3 4 52.(感应电流的产生条件)关于电磁感应现象的说法中,正确的是()A.只要穿过闭合电路中的磁通量不为零,闭合电路中就一定有感应电流产生B.穿过闭合电路中的磁通量减少,则电路中感应电流就减小C.穿过闭合电路中的磁通量越大,电磁感应现象越明显D.穿过闭合电路中的磁通量变化越快,电磁感应现象越明显解析:只有闭合电路的磁
17、通量发生变化时,才有感应电流,所以选项A错。感应电流的大小只与磁通量的变化快慢有关,与磁通量的大小、磁通量的变化量没有必然的关系。所以选项B、C错。答案:D1 2 3 4 53.(对磁通量的理解)关于磁通量的概念,下面的说法正确的是()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1 2 3 4 5解析:磁通量的大小不仅与磁感应强度及面积的大小有关,还与所研究电路所在平面和磁感应强
18、度的方向的关系有关,故A、B项错;磁通量的变化可能是因为磁场的变化引起,也可能因为面积的变化引起,或者两者均变或所研究电路所在平面与磁场方向关系变化而引起,所以C项正确;而D项中有可能线圈放置方向改变,也会引起磁通量改变,所以不正确。答案:C1 2 3 4 54.(电磁感应现象的理解)如图所示,线圈两端接在电流表上组成闭合电路。在下列情况中,电流表指针不发生偏转的是()A.线圈不动,磁铁插入线圈B.线圈不动,磁铁从线圈中拔出C.磁铁不动,线圈上、下移动D.磁铁插在线圈内不动解析:产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。线圈和电流表已经组成闭合回路,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就会产生感应电流,电流表指针就会发生偏转。在A、B、C三种情况下,线圈和磁铁发生相对运动,穿过线圈的磁通量发生变化,产生感应电流;而当磁铁插在线圈中不动时,线圈中虽然有磁通量,但磁通量不变化,不产生感应电流。答案:D1 2 3 4 55.(感应电流的产生条件的应用)如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为d。一边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域,若dl,求线圈中不产生感应电流的时间。
