高中物理课件 第1章 第1节 磁生电的探索

2．(对应要点二)如图1－1－10所示，矩形线圈与磁场垂
直，且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外。下述过
程中能使线圈产生感应电流的是 ( )
图1－1－10 A．以bc为轴转动45° B．以ad为轴转动45°
C．将线圈向下平移
D．将线圈向上平移
解析：线圈有没有产生感应电流关键看磁通量是否变 化或磁感线条数是否改变，以bc为轴转动45°，磁通
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一、电磁感应的探索历程 1．“电生磁” 1820年，丹麦物理学家 奥斯特 发现了电流的磁效应。 2．“磁生电”
1831年，英国物理学家 法拉第 发现了电磁感应现象。
二、探究感应电流的产生条件
1．实验探究
探究1：(如图1－1－1所示)
图1－1－1
实验操作 导体AB与磁场相对静止 导体AB平行于磁感线运 动(与导轨不分离) 导体AB做切割磁感线运
电路闭合，磁通量变化，是产生感应电流的两个必 要条件，缺一不可。其中磁感线的条数可用来形象地表 示一个回路的磁通量大小，所以判断穿过闭合电路的磁
通量是否变化时，可充分利用穿过闭合电路的磁感线的
条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化。
1．(对应要点一)如图1－1－9所示，a、 b、c三个闭合线圈放在同一平面内， 当线圈a中有电流I通过时，它们的磁 通量分别为Φa、Φb、Φc，下列说法
1．引起磁通量变化的原因是各不相同的，可能是 ________发生变化，或者是闭合电路在磁场中的 ________发生变化，也可能是闭合电路与磁场的夹角 发生变化。
答案：磁场
面积
2．发电的基本原理是电磁感应，发现“磁生电”现象的科
学家是 A．安培 C．法拉第 B．赫兹 D．奥斯特 ( )
解析：法拉第发现了电磁感应现象，而奥斯特在更早的
现于纸面内先后放上圆线圈，圆心均在 O处，A线圈半径为1 cm,10匝；B线圈半
图1－1－6
径为2 cm,1匝；C线圈半径为0.5 cm,1匝。问：
(1)在磁感应强度减为0.4 T的过程中，A、B线圈中的 磁通量改变多少？ (2)当磁场转过30°角的过程中，C线圈中磁通量改 变多少？
[审题指导]
解决此题的关键是理解磁通量Φ＝BS中
2. 如图1－1－8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 图1－1－8 )
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 [思路点拨]
新知预习·巧设计
第 1 章
第 1 节
名师课堂 ·一点通
要点一 要点二
创新演练 ·大冲关
随堂检测归纳小结 课下作业综合提升
1．了解电磁感应现象这一划时代发现 的曲折历程。
2．通过实验与探究知道什么是电磁感
应现象，掌握产生感应电流的条件。 3．理解磁通量并学会磁通量变化的分 析与计算。
[读教材·填要点]
有无电 流产生 无 无
实验探究结论
导体AB切割磁感线， 通过闭合回路的磁通 量 发生变化 ，有感
动(与导轨不分离)
有
应电流产生
探究2：(如图1－1－2所示)
图1－1－2
实验操作 将磁铁插入螺 线管时 磁铁静止在螺
有无电流产生
实验探究结论
有
将磁铁插入或拔出螺线管 时，通过螺线管闭合回路
线管中时
将磁铁拔出螺 线管时
而电磁感应现象是利用磁场产生感应电流即“磁生电”，是
两种因果关系相反的现象。 (2)感应电流产生的条件： ①电路闭合。 ②穿过电路的磁通量发生变化。
(3)分析是否产生感应电流，关键是分析穿过闭合线圈
的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，关键是分 清磁感线的分布，即分清磁感线的疏密变化和磁感线方向 的变化及有效磁场面积的变化。 (4)导体切割磁感线，不是产生感应电流的充要条件，
归根结底还得看穿过闭合回路的磁通量是否发生变化。
即使是闭合回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，如图1－1－7所示，abcd线框的一
部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部
分切割，但同样没有感应电流。 [名师点睛]
图1－1－7
导体切割磁感线是导体中产生感应电流的一种表面现 象，其根本原因是穿过闭合回路的磁通量发生变化。
时候发现了电流的磁效应，法拉第受奥斯特“电生磁”的
启发，在经历了多次失败后，终于悟出了“磁生电”的基 本原理。 答案：C
3. 用导线将灵敏电流表与金属棒连接
成一个磁生电的实验电路，如图
1－1－4所示，则下列哪种操作能 使指针偏转 ( ) 图1－1－4
A．使导体ab向左(或向右)移动 B．使导体ab向上(或向下)移动
中正确的是
A．Φa<Φb<Φc B．Φa>Φb>Φc C．Φa<Φc<Φb D．Φa>Φc>Φb
(
)
图1－1－9
解析：当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈
的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，
其次是b，a中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通量 的计算，应该是：Φa>Φb>Φc。 答案：B
大小
计算
＝B2S2－B1S1
ΔΦ＝B·ΔS(B不变) 或ΔΦ＝S·ΔB(S不变)
磁通量Φ
穿过某个面有方向相反
磁通量的变化量ΔΦ
与磁场垂直的平面，开
的磁场，则不能直接用Φ 始时和转过180°时穿
说明 ＝B· S，应考虑相反方向 过平面的磁通量是不同 的磁通量抵消以后所剩 余的磁通量 的，一正一负，ΔΦ＝ 2BS而不是零
量不发生变化，无感应电流，所以A错。将线圈向上、
向下平移时线圈的磁通量也不发生变化，也无感应电 流，故C、D也错。 答案：B
(1)穿过闭合电路的磁通量发生变化是电路中产生
感应电流的唯一条件，也是普适条件，其中闭合电路
是产生感应电流的前提，而磁通量发生变化是产生感 应电流的根本。
(2)导体做切割磁感线运动不一定产生感应电流，因 为电路不一定闭合；闭合电路在磁场中运动也不一定产生 感应电流，因为磁通量可能不变。 (3)Φ、ΔΦ均与线圈匝数无关，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·ΔS ＝ΔB· S，与磁场垂直的平面开始时和转过180°时，Φ是 不同的，其ΔΦ＝2BS而不是零。
无
的磁通量 发生变化 ，有
感应电流产生
有
探究3：(如图1－1－3所示)螺线管A放在螺线管B内。
图1－1－3
实验操作 闭合开关的 瞬间
有无电流产生 有
实验探究结论 导体和磁场间并没有发生相对 运动，当螺线管A中的电流发
闭合开关，
A中电流稳 定后，滑动 变阻器电阻 变大 有
生变化时，螺线管B所处的磁
[名师点睛]
(1)Φ、ΔΦ均与线圈匝数无关，彼此之间也无直接
联系。 (2)磁通量的正、负号并不表示磁通量的方向，它的 符号仅表示磁感线的贯穿方向。 (3)对于穿过某一平面的双向磁场，Φ应表示的是合
磁通量的大小。
1. 如图1－1－6所示，一个垂直纸面 向里的匀强磁场，B ＝0.8 T，磁场有明
显的圆形边界，圆心为O，半径为2 cm。
变阻器电阻变小
断开开关的瞬间 有
化，螺线管B所在的闭合回路
中有感应电流产生
2. 实验结论
通过对以上三个实验的探究得出：只要穿过 闭合电路 的
磁通量 发生变化 ，闭合电路中就有感应电流产生。 三、电磁感应 1．电磁感应 因磁通量变化而产生 电流 的现象。
2．感应电流
电磁感应 所产生的电流。
[试身手·夯基础]
场 发生变化 ，从而引起了穿 过螺线管B的 磁通量 发生变 化，螺线管B所在的闭合回路 中有感应电流产生
实验操作
有无电 流产生
实验探究结论
闭合开关，A中电
流稳定后，滑动 变阻器电阻不变 闭合开关，A中电 流稳定后，滑动 有 无
导体和磁场间并没有发生相对
运动，当螺线管A中的电流发 生变化时，螺线管B所处的磁 场 发生变化 ，从而引起了穿 过螺线管B的 磁通量 发生变
明确磁感线 判断磁通量 判断是否产 → → 的分布特点 是否变化 生感应电流
[解析]
四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，
磁通量为零，线圈按A、B、D三种情况移动后，线框仍
与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感
应电流。C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生 变化，所以产生感应电流，C项正确。 [答案] C
S的意义，同时掌握ΔΦ＝Φ2－Φ1的计算方法。
[解析] (1)对A线圈，Φ1A＝B1πr12，Φ2A＝B2πr12。
磁通量改变量 |Φ2A－Φ1A|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4 Wb ＝1.256×10－4 Wb； 对B线圈， |Φ2B－Φ1B|＝(0.8－0.4)×3.14×(2×10－2)2 Wb ＝5.024×10－4 Wb。
实验(b)说明的是⑤，在磁场中运动的导体产生感应电流； 实验(c)说明的是①、②，变化的电流产生变化的磁场， 最终产生感应电流。 答案：见解析
磁通量Φ 物理 某时刻穿过磁场中某个 意义 面的磁感线条数 Φ＝B· S，S为与B垂直的 面积，不垂直时，取S在 与B垂直方向上的投影
磁通量的变化量ΔΦ 穿过某个面的磁通量的 差值 ΔΦ＝Φ2－Φ1
(2)8.415 2×10－6 Wb
用磁通量计算公式Φ＝BS计算时要注意三点：
(1)S是指闭合回路中包含磁场部分的有效面积，且S 必须与磁场方向垂直。 (2)磁通量虽是标量但有正、负之分，计算时要按代 数和的方法求总磁通量。 (3)磁通量及磁通量的变化量不受线圈匝数的影响。