2019年高中物理第一章电磁感应第一、二节电磁感应现象研究产生感应电流的条件讲义（含解析）粤教版选修3_2.doc

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1、- 1 -电磁感应现象 研究产生感应电流的条件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法拉第将“磁生电”的现象分为五类：(1)变化着的电流；(2)变化着的磁场；(3)运动的恒定电流；(4)运动的磁铁；(5)在磁场中运动的导体。3感应电流：由电磁感应现象产生的电流。4感应电流的产生条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。一、电磁感应现象1电生磁的发现奥斯特发现了电流的磁效应，揭示出通电导线周围有磁场，表明了电能生磁，从此揭开了研究电磁联系的序幕。2电磁感应现象的发现英国科学家法拉第经过长达十年的不懈努力，于 1831 年发现了电磁感应现象。3法拉第的概括法拉第把可以产生电磁感应的情况

2、概括为五类，即：变化着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁铁；在磁场中运动的导体。4电磁感应现象和感应电流由磁生电的现象，叫做电磁感应现象。由电磁感应现象产生的电流，叫做感应电流。二、探究产生感应电流的条件1利用蹄形磁铁的磁场(如图 111 所示)图 111实验操作实验现象(有无电流)分析论证导体棒静止 无 闭合电路包围的磁场的面- 2 -导体棒平行磁感线运动无导体棒切割磁感线运动有积变化时，电路中有电流产生；包围的磁场的面积不变时，电路中无电流产生2利用条形磁铁的磁场(如图 112 所示)图 112实验操作实验现象(有无电流)分析论证N 极插入线圈 有N 极停在线圈中 无N 极从线

3、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3利用通电螺线管的磁场(如图 113 所示)图 113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 有线圈 B 中磁场变化时，线圈B 中有感应电流；磁场不变时，线圈 B 中无感应电流- 3 -动变阻器的滑片4实验结论产生感应电流的条件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。

4、()(3)静止的电荷周围也能产生磁场。()(4)磁通量计算公式 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

5、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 及其变化量 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 (1)当 B 不变，有效面积 S 变化 S 时， B S。- 4 -(2)当 B 变化，有效面积 S 不变时， BS。(3)当 B 和 S 同时变化时， 末 初 B S。典例 如图 114 所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场， B08 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

6、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 05 cm,1 匝。问：图 114(1)在 B 减为 04 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， 为负值。解析 (1)由题意知线圈 B 与线圈 A 中的

7、磁通量始终一样，故它们的变化量也一样。 ( B2 B1) r212610 4 Wb。所以，线圈 A 和线圈 B 中的磁通量都减少 12610 4 Wb。(2)对线圈 C， 1 B r 2，当磁场转过 30时， 2 B r 2cos 30，故 2 1 B r 2(cos 301)84110 6 Wb。所以，线圈 C 中的磁通量减少 84110 6 Wb。(3)磁场转过 180后，磁感线从另一侧穿过线圈，若取 1为正，则 2为负，有： 1 B r 2， 2 B r 2，故 2 12 B r 212610 4 Wb。答案 (1)都减少 12610 4 Wb (2)减少了 84110 6 Wb (3)

8、12610 4 Wb匀强磁场中磁通量的计算(1)B 与 S 垂直时， 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， B S。 B 为 B 垂直于线圈平面的分量，- 5 -如图所示， B S Bsin S。 1如图 115 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 a、 b、 c，则( )图 115A a b cC a c b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

9、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 a b c，选项 B 正确。2如图 116 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 1和 2，则( )图 116A 1 2 B 1 2 B 1l，则线框中不产生感应电流的时间应等于( )图 5A Bdv lvC Dd lv d 2lv解析：选 C 当线框刚刚完全进入磁场时至线框刚刚出磁场时，通过线框的磁通量不发生变化，线框中不会产生感应电流，C 正确。7如图 6 所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈

10、 P，现用力从四周拉弹簧- 10 -线圈，使线圈包围的面积变大，则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法中，正确的是( )图 6A磁通量增大，有感应电流产生B磁通量增大，无感应电流产生C磁通量减小，有感应电流产生D磁通量减小，无感应电流产生解析：选 C 本题中条形磁铁磁感线的分布如图所示(从上向下看)。磁通量是指穿过一个面的磁感线的多少，由于垂直纸面向外的和垂直纸面向里的磁感线要抵消一部分，当弹簧线圈 P 的面积扩大时，垂直纸面向里的磁感线条数增加，而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的，故穿过这个面的磁通量将减小，回路中会有感应电流产生，选项 C 正确。8某同学做研究

11、产生感应电流的条件的实验，将电流表、线圈 A 和 B、蓄电池、开关用导线接成如图 7 所示的实验电路，当他接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，请你帮他查出原因并改正。图 7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。应将电源、开关、滑动变阻器和 A 线圈串在一起，构成回路。 B 线圈与电流表构成另一回路。答案：见解析9(多选)如图所示，用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合，其中图A、B、C 中直导线都与圆形线圈在同一平面内， O 点为线圈

12、的圆心，图 D 中直导线与圆形线圈垂直，并与中心轴重合。则切断直导线中的电流时，圆形回路中能产生感应电流的是( )- 11 -解析：选 BC 对图 A 而言，因为通电直导线位于环形导线所在平面内，且与直径重合，因此穿过圆环的磁通量为零，所以当切断导线中的电流时，磁通量在整个变化过程中必为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生；对图 B 而言，因为磁通量为大小两个部分磁感线条数之差，当切断直导线中的电流时，磁通量为零，即此过程中磁通量有变化，故闭合回路中会有感应电流产生；同理分析可得图 C 中也有感应电流产生；对图 D 而言，因为环形导线与直导线产生的磁场的磁感线平行，故磁通量为零。当切断直导线中

13、的电流时，磁通量在整个变化过程中皆为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生，所以当切断直导线中的电流时，能产生感应电流的有 B、C 两种情况。10 (多选)如图 8 所示， A、 B 两回路中各有一开关 S1、S 2，且回路 A 中接有电源，回路 B 中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果中可能的是( )图 8A先闭合 S2，后闭合 S1的瞬间，电流计指针偏转BS 1、S 2闭合后，在断开 S2的瞬间，电流计指针偏转C先闭合 S1，后闭合 S2的瞬间，电流计指针偏转DS 1、S 2闭合后，在断开 S1的瞬间，电流计指针偏转解析：选 AD 回路 A 中有电源，当 S1闭合后，回路中有电流，产生磁场

14、，回路 B 中有磁通量。在 S1闭合或断开的瞬间，回路 A 中的电流从无到有或从有到无，产生的磁场发生变化，从而使穿过回路 B 的磁通量发生变化，此时若 S2是闭合的，则回路 B 中有感应电流，电流计指针偏转，所以选项 A、D 正确。11如图 9 所示，矩形线圈 abcd 左半边处在匀强磁场中，右半边在磁场外，磁感应强度为 B，线圈一半的面积为 S，初始时磁场垂直于线圈平面，求下列情况中线圈中磁通量的变化量：图 9- 12 -(1)以 ab 边为轴线圈转过 90。(2)以 ab 边为轴线圈转过 60。(3)以中线 ef 为轴线圈转过 180。解析：(1)线圈初始磁通量 1 BS，转过 90后，

15、 20，所以 2 1 BS，大小为 BS。(2)当线圈以 ab 边为轴转过 60时，矩形线圈恰好全部进入磁场， 2 B2Scos 60 BS，所以 2 10，说明磁通量未发生变化。(3)当线圈绕中线转过 180时，因为 1 BS，磁感线是垂直于线圈的正前面向里穿过的，当线圈绕中线转过 180时，线圈的正后面转到正前面，磁感线是从原正后面向里穿过的，故 2 BS，所以 2 12 BS，大小为 2BS。答案：见解析12如图 10 所示，在边长为 2l 的正方形区域内存在着磁感应强度为 B 的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，有一边长为 l 的正方形导线框沿垂直磁场的方向以速度 v 匀速通过磁场区域，从 ab 刚进入磁场开始计时。图 10(1)指出哪些时间段内有感应电流产生。(2)画出磁通量随时间变化的图像。解析：(1)线框进入磁场的过程，在 0 时间段内有感应电流产生，lv线框离开磁场过程在 时间段内有感应电流产生。2lv 3lv(2)磁通量随时间变化的图像如图所示。答案：见解析- 13 -