PAGE1-電磁感應現象探討產生感應電流的條件1．奧斯特發覺了電流的磁效應，法拉第發覺了電磁感應現象。2．法拉第將“磁生電”的現象分為五類：(1)變更著的電流；(2)變更著的磁場；(3)運動的恒定電流；(4)運動的磁鐵；(5)在磁場中運動的導體。3．感應電流：由電磁感應現象產生的電流。4．感應電流的產生條件：穿過閉合電路的磁通量發生變更。一、電磁感應現象1．電生磁的發覺奧斯特發覺了電流的磁效應，揭示出通電導線四周有磁場，表明白電能生磁，從今揭開了探討電磁聯系的序幕。2．電磁感應現象的發覺英國科學家法拉第經過長達十年的不懈努力，于1831年發覺了電磁感應現象。3．法拉第的概括法拉第把可以產生電磁感應的狀況概括為五類，即：變更著的電流；變更著的磁場；運動的恒定電流；運動的磁鐵；在磁場中運動的導體。4．電磁感應現象和感應電流由磁生電的現象，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。二、探究產生感應電流的條件1．利用蹄形磁鐵的磁場(如圖1-1-1所示)圖1-1-1試驗操作試驗現象(有無電流)分析論證導體棒靜止無閉合電路包圍的磁場的面積變更時，電路中有電流產生；包圍的磁場的面積不變時，電路中無電流產生導體棒平行磁感線運動無導體棒切割磁感線運動有2．利用條形磁鐵的磁場(如圖1-1-2所示)圖1-1-2試驗操作試驗現象(有無電流)分析論證N極插入線圈有線圈中的磁場變更時，線圈中有感應電流；線圈中的磁場不變時，線圈中無感應電流N極停在線圈中無N極從線圈中抽出有S極插入線圈有S極停在線圈中無S極從線圈中抽出有3．利用通電螺線管的磁場(如圖1-1-3所示)圖1-1-3試驗操作試驗現象(線圈B中有無電流)分析論證開關閉合瞬間有線圈B中磁場變更時，線圈B中有感應電流；磁場不變時，線圈B中無感應電流開關斷開瞬間有開關保持閉合，滑動變阻器滑片不動無開關保持閉合，快速移動滑動變阻器的滑片有4．試驗結論——產生感應電流的條件只要穿過閉合電路的磁通量發生變更，閉合電路中就會產生感應電流。1．自主思索——判一判(1)有電流即生磁場。(√)(2)有磁場即生電流。(×)(3)靜止的電荷四周也能產生磁場。(×)(4)磁通量計算公式Φ＝BS，可計算任何磁場的磁通量。(×)(5)導體棒切割磁感線不肯定產生感應電流，但若垂直切割，則肯定產生感應電流。(×)(6)穿過閉合回路的磁通量發生變更，肯定產生感應電流。(√)2．合作探究——議一議(1)法拉第總結的引起感應電流的緣由有哪些？提示：變更的電流、變更的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體。(2)同一勻強磁場中兩個面積不同的線圈，磁通量肯定不同嗎？提示：不肯定，當兩個線圈與磁場方向的夾角不同時，磁通量可能相同。(3)某一時刻穿過閉合回路的磁通量為零時，回路肯定無感應電流嗎？提示：不肯定，假如穿過閉合回路的磁通量正在變更，只是某一時刻磁通量為零，則回路中會產生感應電流。磁通量Φ及其變更量ΔΦ的理解與計算1．對磁通量的正、負的理解磁通量有正、負之分，其正、負是這樣規定的：任何一個面都有正、反兩面，若磁感線從正面穿入時磁通量為正值，則磁感線從反面穿入時磁通量為負值。2．磁通量的變更量ΔΦ(1)當B不變，有效面積S變更ΔS時，ΔΦ＝B·ΔS。(2)當B變更，有效面積S不變時，ΔΦ＝ΔB·S。(3)當B和S同時變更時，ΔΦ＝Φ末－Φ初≠ΔB·ΔS。[典例]如圖1-1-4所示，有一垂直紙面對里的勻強磁場，B＝0．8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1cm。現于紙面內先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處，線圈A的半徑為1cm,10匝；線圈B的半徑為2cm,1匝；線圈C的半徑為0．5cm,1匝。問：圖1-1-4(1)在B減為0．4T的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變更多少？(2)在磁場轉過30°角的過程中，線圈C中的磁通量變更了多少？(3)在磁場轉過180°角的過程中，線圈C中的磁通量變更了多少？[思路點撥]解答本題應把握以下三點：(1)磁通量與線圈匝數無關。(2)當線圈平面與磁場不垂直時，應分解B或取S在與B垂直的平面上的投影面積。(3)磁感線反向穿過線圈平面時，Φ為負值。[解析](1)由題意知線圈B與線圈A中的磁通量始終一樣，故它們的變更量也一樣。ΔΦ＝(B2－B1)·πr2≈1．26×10－4Wb。所以，線圈A和線圈B中的磁通量都削減1．26×10－4Wb。(2)對線圈C，Φ1＝B·πr′2，當磁場轉過30°時，Φ2＝B·πr′2cos30°，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos30°－1)＝－8．41×10－6Wb。所以，線圈C中的磁通量削減8．41×10－6Wb。(3)磁場轉過180°后，磁感線從另一側穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ2為負，有：Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2＝－1．26×10－4Wb。[答案](1)都削減1．26×10－4Wb(2)削減了8．41×10－6Wb(3)1．26×10－4Wb勻強磁場中磁通量的計算(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＝B⊥·S。B⊥為B垂直于線圈平面的重量，如圖所示，Φ＝B⊥·S＝Bsinθ·S。1．如圖1-1-5所示，a、b、c三個閉合線圈放在同一平面內，當線圈a中有電流I通過時，穿過的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，則()圖1-1-5A．Φa<Φb<ΦcB．Φa>Φb>ΦcC．Φa<Φc<ΦbD．Φa>Φc>Φb解析：選B當a中有電流通過時，穿過a、b、c三個閉合線圈垂直紙面對里的磁感線條數一樣多，向外的磁感線的條數c最多，其次是b，a中沒有向外的磁感線，因此穿過閉合線圈的凈磁感線條數a最多，b次之，c最少，即Φa>Φb>Φc，選項B正確。2．如圖1-1-6所示，通過恒定電流的導線MN與閉合線框共面，第一次將線框由1平移到2，其次次將線框繞cd邊翻轉到2，設先后兩次通過線框的磁通量變更分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()圖1-1-6A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1<ΔΦ2C．ΔΦ1＝ΔΦ2 D．無法確定解析：選B設線框在位置1時的磁通量為Φ1，在位置2時的磁通量為Φ2，直線電流產生的磁場在1處比在2處要強，若平移線框，則ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若轉動線框，磁感線是從線框的正反兩面穿過的，一正一負，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2。依據分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，選項B正確。感應電流是否產生的推斷1．導體回路閉合、磁通量變更是產生感應電流的兩個必要條件，缺一不行。2．穿過閉合導體回路的磁通量發生變更，大致有以下幾種狀況：(1)磁感應強度B不變，線圈面積S發生變更。(2)線圈面積S不變，磁感應強度B發生變更。(3)磁感應強度B和回路面積S同時發生變更，此時可由ΔΦ＝Φ2－Φ1計算并推斷磁通量是否變更。(4)線圈面積S不變，磁感應強度B也不變，但二者之間夾角發生變更。[典例]如圖1-1-7所示，矩形線框abcd由靜止起先運動，若要使線框中產生感應電流且磁通量漸漸變大，則線框的運動狀況應當是()圖1-1-7A．向右平動(ad邊還沒有進入磁場)B．向上平動(ab邊還沒有離開磁場)C．以bc邊為軸轉動(ad邊還沒有轉入磁場)D．以ab邊為軸轉動(轉角不超過90°)[思路點撥]解答本題時應把握以下兩點：(1)產生感應電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發生變更。(2)推斷線框做各種運動時穿過線框的磁通量是否發生變更。[解析]選項A和D所描述的狀況，線框在磁場中的有效面積S均發生變更(A狀況下S增大，D狀況下S變小)，穿過線框的磁通量均變更，由產生感應電流的條件知線框中會產生感應電流。而選項B、C所描述的狀況中，線框中的磁通量均不變更，不會產生感應電流。D中磁通量大小變小。[答案]A(1)假如電路不閉合，即使磁通量發生變更也不會產生感應電流。(2)磁通量發生變更，其內涵主要體現在“變更”上。比如穿過電路的磁通量很大，若不變更，也不會產生感應電流。1．(多選)下圖均為閉合線框在勻強磁場中運動，請推斷哪種狀況能產生感應電流()解析：選CD產生感應電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發生變更，A、B沒有磁通量的變更，所以沒有感應電流，C、D是閉合回路，同時磁通量發生變更，所以產生感應電流。2．如圖1-1-8所示，條形磁鐵以速度v向螺線管靠近，下面幾種說法中正確的是()圖1-1-8A．螺線管中不會產生感應電流B．螺線管中會產生感應電流C．只有磁鐵速度足夠大時，螺線管中才能產生感應電流D．只有在磁鐵的磁性足夠強時，螺線管中才會產生感應電流解析：選B螺線管所在的回路是閉合的，當條形磁鐵向螺線管靠近時，穿過閉合回路的磁通量發生變更，產生感應電流。3．如圖1-1-9所示，磁場中有一個閉合的彈簧線圈。先把線圈撐開[如圖(a)]，然后放手，讓線圈收縮[如圖(b)]。線圈收縮時，其中是否有感應電流產生？為什么？圖1-1-9解析：產生感應電流。因為彈簧線圈構成的回路為閉合導體回路，收縮時，穿過回路的磁通量變小，符合產生感應電流的兩個條件。答案：見解析1．關于磁通量的概念，以下說法中正確的是()A．磁感應強度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大B．磁感應強度越大，線圈面積越大，則磁通量也越大C．穿過線圈的磁通量為零，但磁感應強度不肯定為零D．磁通量發生變更，肯定是磁場發生變更引起的解析：選C穿過閉合回路的磁通量大小取決于磁感應強度、回路所圍面積以及兩者夾角三個因素，所以只了解其中一個或兩個因素無法確定磁通量的變更狀況，A、B項錯誤；同樣由磁通量的特點，也無法推斷其中一個因素的狀況，C項正確，D項錯誤。2．如圖1所示，虛線框內有勻強磁場，大環和小環是垂直于磁場放置的兩個圓環，分別用Φ1和Φ2表示穿過大小兩環的磁通量，則有()圖1A．Φ1>Φ2 B．Φ1<Φ2C．Φ1＝Φ2 D．無法確定解析：選C對于大環和小環來說，有效垂直面積相同，所以選C。3．如圖2所示，AB是水平面上一個圓的直徑，在過AB的豎直面內有一根通電直導線CD，已知CD∥AB。當CD豎直向上平移時，電流的磁場穿過圓面積的磁通量將()圖2A．漸漸增大B．漸漸減小C．始終為零D．不為零，但保持不變解析：選C由于CD位于AB的正上方，依據安培定則可知，CD產生的磁感線在以AB為直徑的圓內穿入和穿出的條數相同，所以不管電流怎么變更，下面圓內部的磁通量始終為0。4．如圖3所示，ab是閉合電路的一部分，處在垂直于紙面對外的勻強磁場中()圖3A．當ab垂直于紙面對外平動時，ab中有感應電流B．當ab垂直于紙面對里平動時，ab中有感應電流C．當ab垂直于磁感線向右平動時，ab中有感應電流D．當ab垂直于磁感線向左平動時，ab中無感應電流解析：選C閉合電路的部分導體做切割磁感線運動時，回路中肯定有感應電流，故當ab垂直于紙面對外、向里平動時都不切割磁感線，ab中都沒有感應電流，故A、B錯。當ab垂直于磁感線向右、向左平動時都切割磁感線，ab中都有感應電流，故C對D錯。5．(多選)如圖4所示，在勻強磁場中有兩條平行的金屬導軌，磁場方向與導軌平面垂直。導軌上有兩條可沿導軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導軌接觸良好。這兩條金屬棒ab、cd的運動速度分別是v1、v2，且井字形回路中有感應電流通過，則可能()圖4A．v1＞v2 B．v1＜v2C．v1＝v2 D．無法確定解析：選AB只要金屬棒ab、cd的運動速度不相等，穿過井字形回路的磁通量就發生變更，閉合回路中就會產生感應電流。故選項A、B正確。6．如圖5所示，一有限范圍的勻強磁場，寬度為d，將一邊長為l的正方形導線框以速度為v勻速地通過磁場區域，若d>l，則線框中不產生感應電流的時間應等于()圖5A．eq\f(d,v) B．eq\f(l,v)C．eq\f(d－l,v) D．eq\f(d－2l,v)解析：選C當線框剛剛完全進入磁場時至線框剛剛出磁場時，通過線框的磁通量不發生變更，線框中不會產生感應電流，C正確。7．如圖6所示，在條形磁鐵的外面套著一個閉合金屬彈簧線圈P，現用力從四周拉彈簧線圈，使線圈包圍的面積變大，則下列關于穿過彈簧線圈磁通量的變更以及線圈中是否有感應電流產生的說法中，正確的是()圖6A．磁通量增大，有感應電流產生B．磁通量增大，無感應電流產生C．磁通量減小，有感應電流產生D．磁通量減小，無感應電流產生解析：選C本題中條形磁鐵磁感線的分布如圖所示(從上向下看)。磁通量是指穿過一個面的磁感線的多少，由于垂直紙面對外的和垂直紙面對里的磁感線要抵消一部分，當彈簧線圈P的面積擴大時，垂直紙面對里的磁感線條數增加，而垂直紙面對外的磁感線條數是肯定的，故穿過這個面的磁通量將減小，回路中會有感應電流產生，選項C正確。8．某同學做探討產生感應電流的條件的試驗，將電流表、線圈A和B、蓄電池、開關用導線接成如圖7所示的試驗電路，當他接通、斷開開關時，電流表的指針都沒有偏轉，請你幫他查出緣由并改正。圖7解析：由條件可知線圈A中電流不變，產生的磁場也恒定，所以穿過線圈B的磁通量始終不發生變更，因此不論開關是斷開還是閉合，線圈B中均不會產生感應電流，電流表的指針也不會發生偏轉。應將電源、開關、滑動變阻器和A線圈串在一起，構成回路。B線圈與電流表構成另一回路。答案：見解析9．(多選)如圖所示，用導線做成的圓形回路與始終導線構成幾種位置組合，其中圖A、B、C中直導線都與圓形線圈在同一平面內，O點為線圈的圓心，圖D中直導線與圓形線圈垂直，并與中心軸重合。則切斷直導線中的電流時，圓形回路中能產生感應電流的是()解析：選BC對圖A而言，因為通電直導線位于環形導線所在平面內，且與直徑重合，因此穿過圓環的磁通量為零，所以當切斷導線中的電流時，磁通量在整個變更過程中必為零，所以閉合回路中不會有感應電流產生；對圖B而言，因為磁通量為大小兩個部分磁感線條數之差，當切斷直導線中的電流時，磁通量為零，即此過程中磁通量有變更，故閉合回路中會有感應電流產生；同理分析可得圖C中也有感應電流產生；對圖D而言，因為環形導線與直導線產生的磁場的磁感線平行，故磁通量為零。當切斷直導線中的電流時，磁通量在整個變更過程中皆為零，所以閉合回路中不會有感應電流產生，所以當切斷直導線中的電流時，能產生感應電流的有B、C兩種狀況。10．(多選)如圖8所示，A、B兩回路中各有一開關S1、S2，且回路A中接有電源，回路B中接有靈敏電流計，下列操作及相應的結果中可能的是()圖8A．先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計指針偏轉B．S1、S2閉合后，在斷開S2的瞬間，電流計指針偏轉C．先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計指針偏轉D．S1、S2閉合后，在斷開S1的瞬間，電流計指針偏轉解析：選AD回路A中有電源，當S1閉合后，回路中有電流，產生磁場，回路B中有磁通量。在S1閉合或斷開的瞬間，回路A中的電流從無到有或從有到無，產生的磁