1、11 电磁感应的发现 2 感应电流产生的条件学习目标 1.理解什么是电磁感应现象及产生感应电流的条件.2.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验.3.了解磁通量的定义及变化.一、奥斯特实验的启迪1820 年,奥斯特从实验中发现了电流的磁效应.二、电磁感应现象的发现1831 年,英国物理学家法拉第发现了“磁生电”现象,他把这种现象命名为电磁感应,产生的电流叫感应电流.三、感应电流产生的条件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.即学即用1.判断下列说法的正误.(1)若把导线东西放置,当接通电源时,导线下面的小磁针一定会发生转动.( )(2)奥斯特发现了电流的磁效应;法拉第发
2、现了电磁感应现象.( )(3)小磁针在通电导线附近发生偏转的现象是电磁感应现象.( )(4)通电线圈在磁场中转动的现象是电流的磁效应.( )2.如图 1 所示,条形磁铁 A 沿竖直方向插入线圈 B 的过程中,电流表 G 的指针 (填“不偏转”或“偏转”);若条形磁铁 A 在线圈 B 中保持不动,电流表 G 的指针 (填“不偏转”或“偏转”).图 12答案 偏转 不偏转一、磁通量及其变化导学探究 如图 2 所示,闭合导线框架的面积为 S,匀强磁场的磁感应强度为 B.图 2(1)分别 求 出 B S(图 示 位 置 )和 B S(线 框 绕 OO 转 90)时 , 穿 过 闭 合 导 线 框 架
3、平 面 的 磁 通量 .(2)由图示位置绕 OO转过 60时,穿过框架平面的磁通量为多少?这个过程中磁通量变化了多少?答案 (1) BS 0 (2) BS 减少了 BS12 12知识深化1.匀强磁场中磁通量的计算(1)B 与 S 垂直时, BS.(2)B 与 S 不垂直时, B S, B 为 B 垂直于线圈平面的分量.如图 3 甲所示, B S(Bsin )S.也可以 BS , S 为线圈在垂直磁场方向上的投影面积,如图乙所示, BS BScos .图 32.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 4(a)所示.(2)有效面积 S 不变,磁感
4、应强度 B 发生变化.如图(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(c)所示.3图 4例 1 如图 5 所示,有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B,磁场有明显的圆形边界,圆心为 O,半径为 r.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 r,10 匝;线圈 B 的半径为 2r,1 匝;线圈 C 的半径为 ,1 匝.r2图 5(1)在 B 减为 的过程中,线圈 A 和线圈 B 中的磁通量变化了多少?B2(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?答案 (1) A、
5、B 线圈的磁通量均减少了 (2)减少了 B r2 减少了 B r2B r22 14 12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) r2B2 B r22即 A、 B 线圈中的磁通量都减少了B r22(2)对线圈 C, 1 B r 2 B r214当磁场转过 90时, 20,故 1 2 1 B r214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 r2,故 2 3 1 B r2.14 121.磁通量与线圈匝数无关.2.磁通量是标量,但有正、负,其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反.4例 2 磁通量是研究电磁感应现象的重
6、要物理量,如图 6 所示,通有恒定电流的长直导线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的大小分别为 1和 2,则( )图 6A. 1 2 B. 1 2C. 1 2.将闭合线框从位置 1 平移到位置 2,穿过闭合线框的磁感线方向不变,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,穿过闭合线框的磁感线反向,所以 2|( 2) 1| 1 2(以原来磁感线穿过的方向为正方向,则后来从另一面穿过的方向为负方向),故正确选项为 C.二、感应电流产生的条件导学探究 (1)如图 7
7、 所示,导体 AB 做切割磁感线运动时,线路中 电流产生,而导体 AB 顺着磁感线运动时,线路中 电流产生.(填“有”或“无”)图 7(2)如图 8 所示,当条形磁铁插入或拔出线圈时,线圈中 电流产生,但条形磁铁在线圈中静止不动时,线圈中 电流产生.(填“有”或“无”)图 8(3)如图 9 所示,将小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动,当开关 S 闭合或断开时,电流表中 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 电流通过;而开关一直闭合,滑动变阻器的滑动触头不动时,电流表中 电流通过.(填“有”或“无”)5图 9总结:上述三个实验中,什么情况下产生了感应电流?产生感
8、应电流时共同特点是什么?答案 (1)有 无 (2)有 无 (3)有 有 无实验一中:导体棒切割磁感线运动,引起回路面积发生变化,从而引起了磁通量的变化,产生了感应电流.实验二中:磁铁插入或拔出线圈时,引起线圈中的磁场变化,从而引起了磁通量的变化,产生了感应电流.实验三中:开关闭合、断开、滑动变阻器的滑动触头移动时, A 线圈中电流变化,从而引起穿过 B 的磁通量变化,产生了感应电流.三个实验共同特点是:产生了感应电流时闭合回路的磁通量发生了变化.知识深化1.感应电流产生条件的理解不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流;反之,只要产生了感应电流,那么电路一定
9、是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化.2.注意区别 与 :感应电流的产生与 无关,只取决于 的变化,即与 有关. 与 的大小没有必然的联系.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 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.61.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
10、感应电流.针对训练 (多选)如图 10 所示装置,在下列各种情况中,能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈 A 中产生感应电流的是( )图 10A.开关 S 闭合的瞬间B.开关 S 闭合后,电路中电流稳定时C.开关 S 闭合后,滑动变阻器滑片滑动的瞬间D.开关 S 断开的瞬间答案 ACD1.(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
11、,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 11 所示,矩形线框 abcd 放置在水平面内,磁场方向与水平方向成7 角,已知 sin ,回路
12、面积为 S,磁感应强度为 B,则通过线框的磁通量为( )45图 11A.BS B. BS C. BS D. BS45 35 34答案 B解析 根据磁通量的定义,可得通过线框的磁通量 BSsin ,代入数据解得 BS,45所以 B 选项正确.3.(对磁通量的理解)如图 12 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 12A. a bB. a b,故 A 正确.4.(感应电流的产生条件)(多选)如图 13 所示,竖直放置的长直导线通有恒定电流,有一矩8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 13A.导线中的电流变大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 ABD