高中物理第四章电磁感应第1节划时代的发现第2节探究感应电流的产生条件教学案新人教版

第1、2节 划时代的发现__探究感应电流的产生条件 1.奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象。 2．引起电磁感应现象的原因主要有五类，分别是变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。 3．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。

一、电磁感应的探索历程 1．“电生磁”的发现 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。 2．“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。产生的电流叫做感应电流。 二、磁通量的计算和物理意义 1．磁通量的计算 (1)公式：Φ＝BS。 (2)适用条件：①匀强磁场；②S是垂直磁场的有效面积。 (3)单位：韦伯，1 Wb＝1 T·m2。 2．磁通量的物理意义 (1)可以形象地理解为磁通量就是穿过某一面积的磁感线的条数。 (2)同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大，当它跟磁场方向平行时，磁通量为0。 三、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4­1­1所示)

图4­1­1 实验操作 实验现象(有无电流) 分析论证 导体棒静止 无 闭合电路包围的面积变化时，电路中有电流产

生；包围的面积不变时，电路中无电流产生 导体棒平行磁感线运动 无

导体棒切割磁感线运动 有

2．探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图4­1­2所示)

图4­1­2 实验操作 实验现象 (有无电流) 分析论证 N极插入线圈 有

线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流

N极停在线圈中 无 N极从线圈中抽出 有 S极插入线圈 有 S极停在线圈中 无 S极从线圈中抽出 有 3.模仿法拉第的实验(如图4­1­3所示)

图4­1­3 实验操作 实验现象(线圈B中有无电流) 分析论证 开关闭合瞬间 有 线圈B中磁场变化时，线圈

B中有感应电流；线圈B中磁场不变时，线圈B中无感应电流 开关断开瞬间 有

开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动 无 开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片 有

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。

1．自主思考——判一判 (1)有电流即生磁场。(√) (2)有磁场即生电流。(×) (3)静止的电荷周围也能产生磁场。(×) (4)磁通量计算公式Φ＝BS，可计算任何磁场的磁通量。(×) (5)导体棒切割磁感线不一定产生感应电流，但若垂直切割，则一定产生感应电流。(×) (6)穿过闭合回路的磁通量发生变化，一定产生感应电流。(√) 2．合作探究——议一议 (1)法拉第总结的引起感应电流的原因有哪些？ 提示：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。 (2)同一匀强磁场中两个面积不同的线圈，磁通量一定不同吗？ 提示：不一定，当两个线圈与磁场方向的夹角不同时，磁通量可能相同。 (3)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗？ 提示：不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。

磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算

1．对磁通量的正、负的理解 磁通量有正、负之分，其正、负是这样规定的：任何一个面都有正、反两面，若磁感线从正面穿入时磁通量为正值，则磁感线从反面穿入时磁通量为负值。 2．磁通量的变化量ΔΦ (1)当B不变，有效面积S变化ΔS时，ΔΦ＝B·ΔS。 (2)当B变化，有效面积S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。 (3)当B和S同时变化时，ΔΦ＝Φ末－Φ初≠ΔB·ΔS。

[典例] 如图4­1­4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4­1­4 (1)在B减为0.4 T的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化多少？ (2)在磁场转过30°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？ (3)在磁场转过180°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？ [思路点拨] 解答本题应把握以下三点： (1)磁通量与线圈匝数无关。 (2)当线圈平面与磁场不垂直时，应分解B或取S在与B垂直的平面上的投影面积。 (3)磁感线反向穿过线圈平面时，Φ为负值。 [解析] (1)由题意知线圈B与线圈A中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样。 ΔΦ＝(B2－B1)·πr2≈1.26×10－4 Wb。 所以，线圈A和线圈B中的磁通量都减少1.26×10－4 Wb。 (2)对线圈C，Φ1＝B·πr′2，当磁场转过30°时，Φ2＝B·πr′2cos 30°，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos 30°－1)＝－8.41×10－6 Wb。 所以，线圈C中的磁通量减少8.41×10－6 Wb。 (3)磁场转过180°后，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ2为负，有：Φ1

＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.26×10－4 Wb。

[答案] (1)都减少1.26×10－4 Wb (2)减少了8.41×10－6 Wb (3)1.26×10－4 Wb

匀强磁场中磁通量的计算 (1)B与S垂直时，Φ＝BS。B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积。 (2)B与S不垂直时，Φ＝B⊥·S。B⊥为B垂直于线圈平面的分量，如图所示，Φ＝B⊥·S＝Bsin θ·S。 1.如图4­1­5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，穿过的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，则( )

图4­1­5 A．ΦaB．Φa>Φb>Φc C．ΦaD．Φa>Φc>Φb 解析：选B 当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈垂直纸面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，因此穿过闭合线圈的净磁感线条数a最多，b次之，c最少，即Φa>Φb>Φc，选项B正确。 2.如图4­1­6所示，通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )

图4­1­6 A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1C．ΔΦ1＝ΔΦ2 D．无法确定 解析：选B 设线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在1处比在2处要强，若平移线框，则ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若转动线框，磁感线是从线框的正反两面穿过的，一正一负，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2。根据分析知：ΔΦ1选项B正确。 感应电流是否产生的判断 1．导体回路闭合、磁通量变化是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可。 2．穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况： (1)磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化。 (2)线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化。 (3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝Φ2－Φ1计算并判断磁通量是否变化。 (4)线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发生变化。

[典例] 如图4­1­7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且磁通量逐渐变大，则线框的运动情况应该是( )

图4­1­7 A．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] 解答本题时应把握以下两点： (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。 [解析] 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变小)，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，线框中的磁通量均不改变，不会产生感应电流。D中磁通量大小变小。 [答案] A

(1)如果电路不闭合，即使磁通量发生变化也不会产生感应电流。 (2)磁通量发生变化，其内涵主要体现在“变化”上。比如穿过电路的磁通量很大，若不变化，也不会产生感应电流。

1．(多选)下图均为闭合线框在匀强磁场中运动，请判断哪种情况能产生感应电流( ) 解析：选CD 产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，A、B没有磁通量的变化，所以没有感应电流，C、D是闭合回路，同时磁通量发生变化，所以产生感应电流。 2．如图4­1­8所示，条形磁铁以速度v向螺线管靠近，下面几种说法中正确的是( )

图4­1­8 A．螺线管中不会产生感应电流 B．螺线管中会产生感应电流 C．只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流 D．只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流 解析：选B 螺线管所在的回路是闭合的，当条形磁铁向螺线管靠近时，穿过闭合回路的磁通量发生变化，产生感应电流。 3．如图4­1­9所示，磁场中有一个闭合的弹簧线圈。先把线圈撑开[如图(a)]，然后放手，让线圈收缩[如图(b)]。线圈收缩时，其中是否有感应电流产生？为什么？

图4­1­9 解析：产生感应电流。因为弹簧线圈构成的回路为闭合导体回路，收缩时，穿过回路的磁通量变小，符合产生感应电流的两个条件。 答案：见解析