第一節電磁感應現象第二節產生感應電流的條件學習目標重點難點1．能記住什么是電磁感應現象；2．能記住產生感應電流的條件；3．進一步認識磁通量的概念，能結合實例對磁通量的變化進行定性和定量的判斷．重點：導體中產生感應電流的條件的得出．難點：產生感應電流的條件的理解．一、電磁感應現象1．奧斯特實驗揭示了通電導線周圍有磁場．法拉第發現了電磁感應現象，揭示了磁確實能產生電．2．由磁生電的現象叫做電磁感應現象，由電磁感應現象產生的電流叫做感應電流．預習交流1科拉頓為什么沒有觀察到電磁感應現象？答案：在科拉頓實驗中，電磁感應現象已經發生，科拉頓之所以沒有觀察到實驗現象，是因為他將反映有感應電流產生的電流計放到了另一房間，而電磁感應現象僅在磁鐵插入線圈的瞬間產生，即只在穿過閉合線圈的磁通量發生變化時產生。二、產生感應電流的條件1．引起磁通量變化的原因是各不相同的，可能是閉合電路或閉合電路一部分的磁感應強度發生變化，或者是閉合電路在磁場中的面積發生變化，也可能是閉合電路與磁場的夾角發生變化．2．不論何種原因，只要使穿過閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就有感應電流產生．預習交流2把一個銅環放在勻強磁場中，使環的平面與磁場的方向垂直，如圖（a），如果使環沿著磁場的方向移動，銅環是否產生感應電流？為什么？如果磁場是不均勻的，如圖（b），是否產生感應電流？為什么？答案：（a）中無感應電流，（b）中有感應電流，因為（a）中磁場是均勻的，穿過閉合銅環中的磁通量不發生變化，而（b）中磁場是不均勻的，當銅環在（b）中沿磁場方向運動時，磁通量發生了變化．一、導體在磁場中做切割磁感線的運動1．如圖所示的N、S極間的磁感線分布，具有什么特點？答案：如題圖所示的N、S極間，除邊沿外，為勻強磁場．其間的磁感線為由N極指向S極的均勻分布的磁感線．2．如上題圖所示，當導體ab在磁場中分別垂直于磁感線與沿著磁感線運動時，是否均有感應電流產生？答案：當導體ab垂直磁感線運動時，有感應電流產生；當導體ab沿著磁感線運動時，沒有感應電流產生．3．“當閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，電路中有感應電流產生．”此句話中的“切割”是否就是指導體ab垂直磁感線運動？答案：導體ab垂直磁感線運動只是導體ab切割磁感線的一種形式．只要導體ab不沿磁感線方向運動．即導體ab的運動方向不與磁感線方向平行，導體ab就一定會切割磁感線，一般我們將ab垂直磁感線的運動叫正切割，把不垂直、不平行磁感線的運動叫斜切割．實驗中，我們之所以讓導體ab垂直磁感線運動，是因為同等條件下，正切割時產生的感應電流最大，實驗現象最明顯．如圖所示，線框與通電直導線均位于水平面內，當線框abcd由實線位置在水平面內向右平動，逐漸移動到虛線位置，這個過程中線框abcd中是否有感應電流產生？答案：有感應電流產生．解析：在整個線框abcd向右運動過程中，導線ad、bc切割磁感線，導線ab、cd不切割磁感線，但導線ad、bc處的磁感線疏密不同，即線框abcd在運動過程中，穿過整個線框的磁通量發生了變化，故線框abcd中會有感應電流產生．閉合電路的部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，穿過整個閉合電路的磁通量是變化的，故閉合電路中有感應電流產生．整個閉合電路都在磁場中運動切割磁感線時，如果穿過整個閉合電路的磁通量發生變化，則閉合電路中有感應電流產生；如果穿過整個閉合電路的磁通量沒有發生變化，則閉合電路中沒有感應電流產生．二、磁通量1．磁通量怎樣表示？它的物理意義是什么？答案：磁通量用字母Φ表示．它的物理意義：在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面S，我們把B與S的乘積BS叫做穿過這個面積的磁通量．它還可以理解為垂直穿過某一平面的磁感線的條數．2．在勻強磁場中怎樣計算磁通量？答案：（1）B與S垂直時：Φ＝BS，B指勻強磁場的磁感應強度，S為線圈的面積．（2）B與S不垂直時：Φ=BS⊥，S⊥為線圈在垂直磁場方向上的投影面積，在應用時可將S投影到與B垂直的方向上或者S不動，將B分解為垂直于S和平行于S的兩個分量，則Φ=B⊥S，如圖所示，Φ=BSsinθ．（3）某線圈平面內有不同方向的磁場時：分別計算不同方向的磁場的磁通量，然后規定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負，求其代數和．3．在非勻強磁場中，怎樣分析磁通量的變化？答案：條形磁鐵、通電導線周圍的磁場都是非勻強磁場，通常只對穿過其中的線圈的磁通量進行定性分析，分析時應兼顧磁場強弱、線圈面積和磁場與線圈的夾角等因素，并可充分利用磁感線來判斷，即磁通量的大小對應穿過線圈的磁感線的條數，穿過線圈的磁感線的條數變化，則說明磁通量變化．兩個圓環A、B如圖所示放置，且半徑RA＞RB，一條形磁鐵的軸線過兩個圓環的圓心處，且與圓環平面垂直，則穿過A、B環的磁通量ΦA和ΦB的關系是（）．A．ΦA＞ΦBB．ΦA＝ΦBC．ΦA＜ΦBD．無法確定答案：C解析：因為有兩個方向的磁感線穿過線圈，磁通量應是磁感線抵消之后所剩余的凈條數．從上向下看，穿過圓環A、B的磁感線如圖所示，磁感線有進有出，A、B環向外的磁感線條數一樣多，但A環向里的磁感線條數較多，抵消得多，凈剩條數少，所以ΦA＜ΦB，選C．1．當有兩個方向的磁感線穿過某一回路時，求磁通量時要按求代數和的方法求合磁通量（即穿過回路面積的磁感線的凈條數）．2．線圈為多匝時，不影響磁通量的計算，即Φ≠NBS，因為穿過線圈的磁感線的條數不受匝數影響．3．若線圈面積S1大于磁場區域面積S2，如圖，那么Φ＝BS中的S應指閉合電路中處于磁場中的那部分有效面積S2．三、產生感應電流的條件1．閉合導體回路的一部分導體在磁場中運動時一定產生感應電流嗎？導體切割磁感線運動是什么樣的運動？答案：不一定，閉合導體回路的一部分導體在磁場中運動時，若其速度方向與磁場方向平行，則不能產生感應電流；導體切割磁感線運動，是導體的運動方向和磁感線的方向不平行的運動．2．穿過閉合電路的磁通量的變化方式有哪些？答案：（1）磁場不變，閉合電路的面積發生變化，例如教材圖1－2－1的實驗中導體ab垂直于磁感線運動時．（2）閉合電路的面積不變，磁場發生變化，例如教材圖1－2－3的實驗中閉合開關、滑片快速推動和滑片慢速推動時．（3）線圈平面和磁場方向的夾角θ發生變化，引起穿過線圈的磁通量發生變化．即B、S不變，θ變化．以后學到的交流電的產生即屬于此情況．（4）磁場、線圈面積都發生變化，引起穿過線圈的磁通量變化．在高中階段幾乎不涉及這種情況．3．如圖所示，電吉他的弦是磁性材料，已被磁化成永磁體．當弦振動時，線圈中產生感應電流，感應電流輸送到放大器，把聲音播放出來．請解釋電吉他是如何產生感應電流的？弦能否改用尼龍材料？答案：弦是永磁體，弦振動時，穿過線圈的磁通量發生變化，線圈中產生感應電流．不能改用尼龍材料．4．在地球赤道上空，從飛機上投下一個巨大的閉合銅線圈，線圈平面朝向地球北極，這個線圈中會產生感應電流嗎？為什么？答案：地磁場類似于條形磁鐵的磁場，當閉合銅線圈豎直下落時，穿過線圈的磁通量越來越大，所以線圈中會產生感應電流．一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L＝0.20m的正方形，放在磁感應強度為B＝0.50T的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個線圈橫截面的形狀由正方形改變成圓形（橫截面的周長不變），在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？答案：5.5×10－3Wb解析：線圈橫截面是正方形時的面積S1＝L2＝（0.20）2m2＝4.0×10－2m2穿過線圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb橫截面形狀為圓形時，其半徑r＝4L/（2π）＝2L/π橫截面積大小S2＝π（2L/π）2＝16/（100π）m2穿過線圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×16/（100π）Wb≈2.55×10－2Wb所以，磁通量的變化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝（2.55－2.0）×10－2Wb＝5.5×10－3Wb．1．感應電流產生的條件（1）電路閉合（2）穿過電路的磁通量發生變化2．分析是否產生感應電流，關鍵是分析穿過閉合線圈的磁通量是否變化，而分析磁通量是否有變化，關鍵是分清磁感線的分布，即分清磁感線的疏密變化和磁感線方向的變化及有效磁場面積的變化．3．磁通量及磁通量的變化量與匝數無關，求Φ及ΔΦ時，不去考慮線圈匝數n．4．對于穿過某一平面的雙向磁場，Φ應表示的是合磁通量的大小．5．磁通量的正、負號并不表示磁通量的方向，它的符號僅表示磁感線的貫穿方向．1．發電機的基本原理是電磁感應，發現“磁生電”現象的科學家是（）．A．安培B．奧斯特C．法拉第D．歐姆答案：C解析：安培提出分子電流假說，奧斯特發現了電流的磁效應，法拉第發現了“磁生電”現象，歐姆通過實驗得出了歐姆定律．2．關于感應電流的產生，下列說法中正確的是（）．A．只要閉合電路內有磁通量，閉合電路中就有感應電流產生B．穿過螺線管的磁通量變化時，螺線管的內部就一定有感應電流產生C．線框不閉合時，即使穿過線框的磁通量變化，線框中也沒有感應電流D．只要閉合電路的一部分做切割磁感線運動，電路中就一定有感應電流答案：C解析：如果閉合電路磁通量不變化，不會產生感應電流，故A項錯，B項中螺線管中的磁通量變化，但螺線管不一定閉合，故不一定有感應電流產生，D項中閉合電路的一部分做切割磁感線運動，但該回路中的磁通量不一定變化，因而不一定有感應電流產生．3．線框平面與直導線共面，若使線框從圖示位置向上移動到直導線的上方的對稱位置，如下圖所示，在整個過程中，穿過線框的磁通量將（）．A．先增大后減小B．先增大后減小，再增大后又減小C．先減小后增大，再減小后又增大D．先增大后不變，再又減小答案：B解析：線框從圖示位置向上移動到上邊與直導線重合的過程中，磁通量增大；再移動到中央位置的過程中，向里的磁感線減少，向外的磁感線增多，向里的合磁通量減小到零，再移動到下邊與直導線重合的過程中，向外的合磁通量增大；然后再向上遠離直導線的過程中，向外的磁通量又減小．4．如圖所示，將一個矩形線圈ABCD放入勻強磁場中，若線圈平面平行于磁感線，則下列運動中，哪些在線圈中會產生感應電流（）．A．矩形線圈做平行于磁感線的平移運動B．矩形線圈做垂直于磁感線的平移運動C．矩形線圈繞AB邊轉動D．矩形線圈繞BC邊轉動答案：C解析：根據產生感應電流的條件可知，判斷閉合線圈中是否產生感應電流，關鍵是判斷線圈中磁通量是否發生變化．A項中，矩形線圈做平行于磁感線的平移運動，磁通量不發生變化，無感應電流．B項中，矩形線圈