物理：4.1 2 划时代的发现 探究感应电流的产生条件(人教高中选修3-2)

穿过某一闭合回路的磁通量发生变化的原因主要有
两个：
(1)磁感应强度变化；
(2)闭合回路的面积变化或闭合回路的面积在垂直磁 场方向上的投影发生变化。
1．能够产生感应电流的现象叫做电磁感应。 2．产生感应电流的条件：
(1)闭合导体回路；
(2)回路中的磁通量发生变化。 3．磁通量的定义式为Φ＝BS，其中S为与B垂直的有效 面积，而且Φ与线圈的匝数无关。 4．磁通量虽为标量，但有正负之分，对一个线圈来讲，
[解析]
如果导线cd中无电流产生，则说明通过上面
的闭合线圈的磁通量没有发生变化，也就说明通过导线ab
段的电流没有发生变化。 显然，开关S闭合或断开的瞬间、 开关S闭合但滑动触头向左滑的过程、开关S闭合但滑动 触头向右滑的过程都会使通过导线ab段的电流发生变化， 使cd回路中磁通量变化，在cd导线中产生感应电流。因此 本题的正确选项应为D。 [答案] D
解析：由条件可知线圈A中电流不变，产生的磁场也恒定， 所以穿过线圈B的磁通量始终不发生变化，因此不论开关是 断开还是闭合，线圈B中均不会产生感应电流，电流表的指 针也不会发生偏转。因此正确选项是C。
答案：C
3．有一正方形闭合线圈，在足够大的匀强磁场中运动。 图4－1－5中能产生感应电流的是 ( )
间夹角发生变化，例如线圈在磁场中转动时。
(3)磁通量的变化量ΔΦ与磁通量Φ意义不同，大小也 没有必然的联系。感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ 的变化，即与ΔΦ有关。
[名师点睛]
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
2．法拉第心系“磁生电” (1)“磁生电”的发现：
1831年，英国物理学家法拉第发现了 电磁感应 现象。
(2)法拉第把引起感应电流的原因概括为五类： ①变化的电流； ②变化的磁场； ③运动的恒定电流；
④运动的磁场；
⑤在磁场中运动的导体。
(3)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。 3．探究感应电流的产生条件 (1)探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图4－1 －1所示)：
导线框在进入和穿出磁场的过程中有感应电流。当导线
框全部处于磁场中时，穿过导线框的磁通量不发生变化，
没有感应电流产生。根据几何关系易知C选项正确。 答案：C
(1)B与S垂直时(匀强磁场中)： Φ＝BS。B指匀强磁场的磁感应强度， S为线圈的面积。 图4－1－7
(2)B与S不垂直时(匀强磁场中)：Φ＝BS⊥。S⊥为线圈
－3
Wb, ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2×10
－3
Wb。
[答案] (1)0.2 T
(2)2×10－3 Wb
计算磁通量的变化量时，首先要明确引起磁通量变化的原因， 然后再进行计算，通常有以下几种情况： (1)B不变，S变，则ΔΦ＝B·ΔS； (2)B变化，S不变，则ΔΦ＝ΔB· S； (3)B变，S也变，则ΔΦ＝B2S2－B1S1； (4)B不变，S不变，θ变化，则ΔΦ＝BS(sin θ2－sinθ1)。
①电路为闭合导体电路 (1)产生感应电流的条件 ②穿过电路的磁通量发生变化
并且这两个条件必须同时满足，才能产生感应电流。 (2)判断感应电流有无的方法： ①明确电路是否为闭合导体电路。 ②判断穿过回路的磁通量是否发生变化。
穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：
a．磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化，例如闭合
磁场宽度为d，若使一个边长为L的正方
形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，
已知d＞L，则导线框通过磁场的过程中，图4－1－6 导线框中无感应电流的时间等于
d A. L d－L C. v L B.v d－2L D. v
(
)
解析：根据产生感应电流的条件可知：只要穿过闭合导
体回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流，因此
电路的一部分导体切割磁感线时。 b．线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化，例如线圈 与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生， 而螺线管中的电流变化时。
c．磁感应强度B和回路面积S同时发生变化，此时可由
ΔΦ＝Φ1－Φ0计算并判断磁通量是否变化。
d．线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之
若规定磁场穿入时，磁通量为正，则磁场穿出时，磁通量为
负值，求磁通量变化时，应注意磁通量的正负。
来判断某过程中磁通量是否变化。
2.如图4－1－9所示，导线ab和cd互 相平行，则下列四种情况中，导线cd中 无电流的是 ( ) 图4－1－9
A．开关S闭合或断开的瞬间
B．开关S是闭合的，但滑动触头向左滑
C．开关S是闭合的，但滑动触头向右滑
D．开关S始终闭合，滑动触头不动
[思路点拨]
解答本题时可按以下思路进行：
将电流表、线圈A和B、蓄电池、开
关用导线连接成如图4－1－4所示的 实验电路，当它接通、断开开关时， 电流表的指针都没有偏转，其原因是 图4－1－4 ( )
例题2
如Hale Waihona Puke 图所示的 各种情况，哪 些能产生电磁 感应现象？
I
返回
A．线圈A和B之间是绝缘的，B线圈所在回路中没有电源， 所以B中不可能产生电流 B．线圈B中没有磁场 C．通过线圈A的电流是恒定的，穿过线圈B的磁通量不发 生变化 D．电流可以产生磁场，但磁场却不能产生电流
解答本题时应注意以下两点：
(1)磁通量Φ＝BS中的S应为线圈垂直于B的面积。
(2)穿过线圈的磁通量有正、负之分。
[解析]
(1)由磁通量的计算公式，Φ＝BS⊥＝BSsin θ，
1×10－3 Φ 可得 B＝ ＝ T＝0.2 T。 Ssin θ 1×10－2×sin 30° (2)若规定开始时穿过线圈的磁通量为正， 则转过 180° 时穿过线圈的磁通量为负，故 Φ1＝1×10－3 Wb，Φ2＝－ 1×10
1．知道与电流磁效应和电磁感应现象相关 的物理学史，体会人类探究自然规律的 科学态度和科学精神。 2．通过实验，探究和理解产生感应电流的 条件。 3．能够运用感应电流的产生条件判断是否 有感应电流产生。
［读教材·填要点］ 1．奥斯特梦圆“电生磁” 电流的磁效应显示了载流导体对 磁针 的作用力，揭 示了 电现象 与 磁现象 之间存在的某种联系。在奥斯特 实验中，通电导线必须 南北方向 放置，导线下面的小磁 针才发生偏转。
图4－1－1
实验操作
实验现象 (有无电流)
分析论证
导体棒静止 导体棒平行磁 感线运动 导体棒切割磁
无
闭合电路包围的面积 变化 时，
无
电路中有电流产生；包围的面
积 不变 时，电路中无电流产
感线运动
有
生
(2)探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图 4－1－2所示)：
图4－1－2
实验操作 ＴN极插入线圈 N极停在线圈中 N极从线圈中抽出
图4－1－5
解析：B、C、D中线圈均在切割磁感线，A中线圈不切割
磁感线，所以A中线圈没有感应电流产生。即使切割了磁
感线，也不能保证就能产生感应电流，比如B和C中的线
圈竖直边切割了磁感线，但闭合线圈的磁通量没有发生变 化，故B、C中的线圈也没有感应电流产生。 答案：D
4．如图4－1－6所示，一有限范围的匀强
在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S分解到与B
垂直的方向上，如图4－1－7所示，Φ＝BSsin θ。
(3)某面积内有不同方向的磁场时：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。
(4)线圈为多匝时，磁通量计算不受影响，因为穿过线
圈的磁感线的条数不受线圈匝数影响。
1.如图4－1－8所示，一矩形线圈 abcd的面积S为1×10－2 m2，它与匀强 磁场方向之间的夹角θ为30°，穿过 线圈的磁通量Φ为1×10－3 Wb。则： (1)磁场的磁感应强度B为多大？ (2)若线圈以ab边为轴翻转180°，求此过程穿过线圈的 图4－1－8
磁通量的变化大小ΔΦ为多少。
[思路点拨]
实验现象
(有无电流) 有 无 有
分析论证
线圈中的磁场 变化 时， 线圈中有感应电流；线
S极插入线圈
S极停在线圈中 S极从线圈中抽出
有
无 有
圈中的磁场不变 时，线
圈中无感应电流
(3)模仿法拉第的实验(如图4－1－3所示)：
图4－1－3
实验现象 实验操作 (线圈B中有 分析论证
无电流)
开关闭合瞬间 开关断开瞬间 开关保持闭合，滑动 变阻器滑片不动 有 有 无 线圈B中磁场 变化 时， 线圈 B中有感应电流； 磁场 不变 时，线圈B中
开关保持闭合，迅速
移动滑动变阻器的滑片
有
无感应电流
(4)归纳结论： 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。
［试身手·夯基础］ 1.发电的基本原理之一是电磁感应。发现电磁感应现 象的科学家是 A.安培 C．法拉第 答案：C B．奥斯特 D．麦克斯韦 ( )
2.某学生做观察电磁感应现象的实验，