1、11.1 电磁感应划时代的发现目标定位 1.知道奥斯特发现了电流磁效应、法拉第发现了电磁感应现象.2.知道磁通量和磁通量变化量的含义.3.知道感应电流的产生条件.一、划时代的发现传统的英格兰科学研究方法中有一种叫做对称思维的方法.在奥斯特发现电流磁效应之后，学术界提出了什么新课题？答案 根据对称思维的方法，学术界开始了对“把磁转变为电”的研究.要点总结1.新课题的提出：奥斯特发现了电流的磁效应，即“电能转化为磁”.根据对称思维的方法，法拉第在 1822 年提出了自己的新课题：“把磁转变为电”.2.深入探究得真谛：法拉第把这种由磁得到电的现象叫做电磁感应现象.产生的电流叫做感应电流.他把引起电流
2、的原因概括为：变化的电流、变化的磁场、运动的磁铁、在磁场中运动的导体等.二、磁通量及其变化如图 1 所示，框架的面积为 S，匀强磁场的磁感应强度为 B.试求：图 1(1)框架平面与磁感应强度 B 垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？(2)若框架绕 OO转过 60，则穿过框架平面的磁通量为多少？(3)若从图示位置转过 90，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？(4)若从图示位置转过 180，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？答案 (1) BS (2) BS (3) BS (4)2 BS12要点总结1.磁通量(1)定义：闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫磁通量，符号为 .在2
3、数值上等于穿过投影面的磁感线的条数.(2)公式： BS.其中 S 为回路平面在垂直磁场方向上的投影面积，也称为有效面积.所以当回路平面与磁场方向之间的夹角为 时，磁通量 BSsin_ ，如图 2 所示.图 2(3)单位：韦伯，简称韦，符号是 Wb.(4)注意：磁通量是标量，但有正、负之分.一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁通量就为“” ，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“”.磁通量与线圈的匝数无关(填“有关”或“无关”).2.磁通量的变化量 (1)当 B 不变，有效面积 S 变化时， B S.(2)当 B 变化， S 不变时， BS.(3)B 和 S 同时变化，则 2 1，
4、但此时 B S.特别提醒：计算穿过某平面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量 1 BS，当平面转过 180后，磁通量 2 BS，磁通量的变化量 2 BS.例 1 如图 3 所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场， B0.8 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 3(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 90角的过
5、程中，线圈 C 中的磁通量变化了多少？转过 180角呢？答案 (1) A、 B 线圈的磁通量均减少了 1.256104 Wb(2)减少了 6.28105 Wb 减少了 1.256104 Wb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. ( B B) r21.25610 4 Wb即 A、 B 线圈中的磁通量都减少 1.256104 Wb(2)对线圈 C， 1 B r 26.2810 5 Wb3当转过 90时， 20，故 1 2 106.2810 5 Wb6.2810 5 Wb当转过 180时，磁感线从另一侧穿过线圈，若取 1为正，则 3为负，有 3 B r 2，故 2
6、3 12 B r 21.25610 4 Wb.例 2 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图 4 所示，通有恒定电流的导线 MN 与闭合线框共面，第一次将线框由位置 1 平移到位置 2，第二次将线框绕 cd 边翻转到位置 2，设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为 1和 2，则( )图 4A. 1 2 B. 1 2C. 1 2.将闭合线框从位置 1 平移到位置 2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以 1| 2 1| 1 2；将闭合线框从位置 1 绕 cd 边翻转到位置 2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以 2|( 2) 1| 1 2(以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一
7、面穿过的方向为负方向)，故正确选项为 C.三、感应电流的产生条件1.实验 1：如图 5 所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生.(填“有”或“无”)图 52.实验 2：如图 6 所示，导体 AB 做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体 AB 顺着磁感线运动时，线路中无电流产生(填“有”或“无”).4图 63.实验 3：如图 7 所示，将小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，当开关 S 接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关 S 一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器滑动触头不动时，电
8、流表中无电流产生(填“有”或“无”).图 74.上述三个实验产生感应电流的情况不同，但其中肯定有某种共同的原因，完成下表并总结产生感应电流的条件.实验 1闭合电路中磁感应强度 B变化，闭合电路的面积 S不变实验 2闭合电路中磁感应强度 B 不变，闭合电路的面积 S变化实验 3闭合电路中磁感应强度 B变化，闭合电路的面积 S不变共同原因：闭合电路中磁通量发生变化总结：实验 1 是磁体即磁场运动改变磁通量；实验 2 是通过导体相对磁场运动改变磁通量；实验 3 通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电
9、流”.要点总结1.产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化.2.例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：(1)导体是否将磁感线“割断” ，如果没有“割断”就不能说切割.如图 8 所示，甲、乙两图中，导线是真“切割” ，而图丙中，导体没有切割磁感线.5图 8(2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动，如图丁.如果由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去.例 3 下图中能产生感应电流的是( )答案 B解析 A 选项中，电路没有闭合，无感应电流；B 选项中，面积增大，通过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C
10、 选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消， 恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流.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，但是如果在变化仍然可以产生感应电流.例 4 金属矩形线圈 abcd 在匀强磁场中做如图所示的运动，线圈中有感应电流的是( )答案 A解析 在选项 B、C 中，线圈中的磁通量始终为零，不产生感应电流；选项 D 中磁通量始终6最大，保持不变，也没有感应电流；选项 A 中，在线圈转动过程中，磁通量做周期性变化，产生感应电流，故 A
11、正确.1.(电磁感应现象的发现与认识)在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，一段时间后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接.往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化答案 D解析 同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件，电路中才会产生感应电流，本题中的 A、B 选项都不会使得电路中的磁通量发生变化，并不满
12、足产生感应电流的条件，故都不正确.C 选项中磁铁插入线圈时，虽有短暂电流产生，但未能及时观察，C 项错误.在给线圈通电、断电瞬间，会引起穿过另一线圈的闭合电路磁通量发生变化，产生感应电流，因此 D 项正确.2.(对磁通量的理解)如图 9 所示， a、 b 是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量 a、 b的大小关系为( )图 9A. a bB. a b，故 A 正确.3.(感应电流的产生条件)(多选)如图 10 所示，竖直放置的长直导线通有恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面内，在下列情况中线框产生感应电流的是( )图 10A.导线中的电流变大
13、B.线框向右平动C.线框向下平动D.线框以 AB 边为轴转动答案 ABD4.(感应电流的产生条件)如图 11 所示，绕在铁心上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，在铁心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 中没有感应电流的是( )图 11A.线圈中通以恒定的电流B.通电时，使滑动变阻器的滑片 P 匀速移动C.通电时，使滑动变阻器的滑片 P 加速移动D.将开关突然断开的瞬间答案 A解析 只要通电时滑动变阻器的滑片 P 移动，电路中电流就会发生变化，变化的电流产生变化的磁场，铜环 A 中磁通量发生变化，有感应电流；同样，将开关断开瞬间，电路中电流从8有到无，仍会在铜环 A 中产生感应电流.
