2019高中物理 第一章 电磁感应 1 电磁感应的发现 2 感应电流产生的条件学案 教科版选修3-2

1．电磁感应的发现2．感应电流产生的条件[知识梳理]一、电磁感应的发现1．丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系．2．英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应．产生的电流叫做感应电流．二、感应电流产生的条件1．探究导体棒在磁场中运动是否产生感应电流(实验图如图1­1­1所示)图1­1­12.图1­1­23.大量实验证实，穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生．[基础自测]1．思考判断(1)白炽灯泡就是根据电磁感应现象发明的．(×) (2)“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象． (√) (3)麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在．(√)(4)线圈不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也无感应电流产生． (5)穿过电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流．(×)(6)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中有感应电流产生． 2．下列现象中，属于电磁感应的是( ) A ．小磁针在通电导线附近发生偏转 B ．通电线圈在磁场中转动C ．因闭合线圈在磁场中运动而产生的电流D ．磁铁吸引小磁针C [电磁感应是指“磁生电”的现象，而小磁针和通电线圈在磁场中转动反映了磁场力的性质，所以A 、B 、D 不属于电磁感应现象，C 属于电磁感应现象．]3．如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是( )【导学号：24622001】A B C DB [A 中线圈运动时，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流；C 、D 中线圈运动时穿过线圈的磁通量总为零，故无感应电流产生；只有B中，当线圈匀速转动时，穿过线圈的磁通量不断变化，故有电流产生，故选B.][合作探究·攻重难]1(1)B与S垂直时，Φ＝BS.(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1­1­3甲所示，Φ＝B⊥S＝(B sin θ)·S.也可以Φ＝BS⊥，S⊥为线圈在垂直于磁场方向上的投影面积，如图1­1­3乙所示，Φ＝BS⊥＝BS cos θ.甲乙图1­1­32．磁通量的变化大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图1­1­4(a)所示．(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图1­1­4(b)所示．(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图1­1­4(c)所示．(a) (b) (c)图1­1­4两个圆环A、B如图1­1­5所示放置，且圆环半径R A>R B，一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过A、B环的磁通量ΦA和ΦB的关系是( )图1­1­5A．ΦA>ΦB B．ΦA＝ΦBC．ΦA<ΦB D．无法确定思路点拨：①磁通量可以形象地理解为穿过线圈的磁感线的条数．②若该线圈内有磁感线穿进和穿出两种情况，可以把磁通量理解为穿过线圈的净磁感线条数．C[解题时要注意有两个方向的磁感线穿过圆环，磁通量应是抵消之后剩余的磁感线的条数．从上向下看，穿过圆环A、B的磁感线如图所示，磁感线有进有出，A、B环向外的磁感线条数一样多，但A环向里的磁感线条数较多，抵消的条数多，净剩条数少，所以ΦA<ΦB，C正确．]磁通量是标量，但有正、负之分.在所研究的闭合电路内有磁感线穿进和穿出两种情况时，若规定穿进的磁通量为正，则穿出的磁通量为负.[针对训练]1．(多选)彼此绝缘、相互交叉的两根通电直导线与闭合线圈共面，图中穿过线圈的磁通量可能为零的是( )AD[要使线圈中的磁通量为零，必须满足两根通电直导线关于线圈的中心轴线对称，并且两根通电直导线在线圈中磁场方向相反，故A、D正确．]2．如图1­1­6所示，有一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1 cm.现于纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均处于O处，线圈A的半径为1 cm,10匝；线圈B的半径为2 cm,1匝；线圈C的半径为0.5 cm,1匝．问：图1­1­6(1)在B减为0.4 T的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少？(2)在磁场转过90°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？转过180°角呢？【解析】(1)A、B线圈中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样．ΔΦ＝(B2－B)·πr2＝－1.256×10－4 Wb即A、B线圈中的磁通量都减少1.256×10－4 Wb(2)对线圈C，Φ1＝Bπr′2＝6.28×10－5 Wb当转过90°时，Φ2＝0，故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝0－6.28×10－5 Wb＝－6.28×10－5 Wb即线圈C的磁通量减少了6.28×10－5 Wb当转过180°时，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ3为负，有Φ3＝－Bπr′2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.256×10－4 Wb.即线圈C的磁通量减少了1.256×10－4 Wb.【答案】(1)A、B线圈的磁通量均减少了1.256×10－4 Wb(2)减少了6.28×10－5 Wb 减少了1.256×10－4 Wb1(1)电路必须是闭合电路．(2)穿过回路的磁通量发生变化．2．对产生感应电流条件的理解(1)不论用什么方法，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．(2)在闭合电路中有磁通量但不变化，即使磁场很强，磁通量很大，也不会产生感应电流．(3)产生感应电流的条件可以归纳为两个：一个是电路本身的属性，即电路必须是闭合的；另一个是穿过电路的磁通量必须发生变化．(多选)如图1­1­7所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若要使线框中产生感应电流，则线框的运动情况应该是 ( )图1­1­7A．向右平动(ad边还没有进入磁场)B．向上平动(ab边还没有离开磁场)C．以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)D．以ab边为轴转动(转角不超过90°)思路点拨：①产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化．②判断线框做各种运动时穿过线框的磁通量是否发生变化．AD[选项A和D所描述的情况，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大，D情况下S减小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流．而选项B、C所描述的情况中，穿过线框中的磁通量均不改变，不会产生感应电流．]判断是否产生感应电流的技巧(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可．(2)磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大若没有变化也不会产生感应电流，磁通量虽然是零，但是变化的，仍然可以产生感应电流．(3)磁通量与线圈的匝数无关，磁通量大小不受线圈匝数的影响．(4)磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．用公式求Φ、ΔΦ时，不必考虑线圈匝数n.[针对训练]3．(多选)在下列选项中，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是( )【导学号：24622002】CD[利用安培定则判断直线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线上各点为圆心的无数组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直线电流产生的磁场分布情况是靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱．所以，A中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为ΦA＝Φ出－Φ进＝0，且始终为0，即使切断导线中的电流，ΦA也始终为0，A中不可能产生感应电流；B中线圈平面与磁场平行，穿过B的磁通量也始终为0，B中也不能产生感应电流；C中穿过线圈的磁通量如图乙所示，Φ进>Φ出，即ΦC≠0，当切断导线中电流后，穿过线圈的磁通量ΦC减小为0，所以C中有感应电流产生；D中线圈的磁通量ΦD 不为0，当电流切断后，ΦD最终也减小为0，所以D中也有感应电流产生．] 4．(多选)如图1­1­8所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合电路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中有感应电流的是( )【导学号：24622003】图1­1­8A．线圈中通以恒定的电流B．通电过程中，使变阻器的滑片P做匀速移动C．通电过程中，使变阻器的滑片P做加速移动D．将开关突然断开的瞬间BCD[线圈中通以恒定的电流，铜环A中磁通量不变，铜环A中没有感应电流，A错；变阻器的滑片P做匀速、加速移动时，线圈中电流变化，铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，B、C对；将开关突然断开的瞬间，线圈中电流变为零，铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，D对．][当堂达标·固双基]1．六根绝缘的导线，在同一平面内组成四个相同的正方形，导线中通以大小相等的电流，方向如图1­1­9所示．在这四个正方形区域中，指向纸面向里且合磁通量最大的区域是( )图1­1­9A．ⅠB．ⅡC．Ⅲ D．ⅣA[由于是直线电流的磁场，六支电流在每个区域都有磁感线的分布，只有逐一分析六支电流在每个区域的合磁通量，才能进行比较。

假设每支电流的磁感线穿过相邻区域的有2条，穿过较远区域的有1条，这样可以作出穿过各区域的磁感线分布图，如图所示，分析可知选项A正确．]2．(多选)如图1­1­10所示，有一金属环和一条形磁铁，下列哪些过程环中会产生感应电流 ( )图1­1­10A．环不动，将磁铁插入环中B．环不动，将磁铁从环中拔出C．磁铁不动，将环套入磁铁D．磁铁在环中与环保持相对静止并一起向下运动ABC[环不动，将磁铁插入环中，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；环不动，将磁铁从环中拔出时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；磁铁不动，将环套入磁铁时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；把磁铁在环中与环保持相对静止并一起向下运动时，穿过线圈的磁通量不变，不能产生感应电流，故选A、B、C.]3．(多选)下图中能产生感应电流的是( )A BC DBD[根据产生感应电流的条件：A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量发生变化，有感应电流．]4．(多选)如图1­1­11所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是 ( )【导学号：24622004】图1­1­11A．将线框向左拉出磁场B．以ab边为轴转动C．以ad边为轴转动(小于60°)D．以bc边为轴转动(小于60°)ABC[将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分切割磁感线，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流；当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流；当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框内会产生感应电流．如果转过的角度超过60°(60°～300°)，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流；当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)．]5．边长l＝10 cm的正方形线框固定在匀强磁场中，磁场方向与线框平面间的夹角θ＝30°，如图1­1­12所示．磁感应强度随时间变化的规律为B＝(2＋3t) T，则第3 s内穿过线框的磁通量的变化量ΔΦ为多少？图1­1­12【解析】第3 s内就是从2 s末到3 s末，所以2 s末的磁场的磁感应强度为B1＝(2＋3×2) T＝8 T,3 s 末的磁场的磁感应强度为B2＝(2＋3×3) T＝11 T，则ΔΦ＝ΔBS sin θ＝(11－8)×0.12×sin 30° Wb＝1.5×10－2 Wb.【答案】 1.5×10－2 Wb。