PAGEPAGE13劃時代的發覺探究感應電流的產生條件電磁感應的探究歷程[探新知·基礎練]1．“電生磁”的發覺1820年，丹麥物理學家奧斯特發覺了電流的磁效應。2．“磁生電”的發覺1831年，英國物理學家法拉第發覺了電磁感應現象。3．法拉第的概括法拉第把引起感應電流的緣由概括為五類：緣由變更的電流緣由變更的磁場緣由運動的恒定電流緣由運動的磁鐵緣由在磁場中運動的導體4.電磁感應法拉第把他發覺的磁生電的現象叫做電磁感應，產生的電流叫感應電流。5．發覺電磁感應現象的意義(1)使人們對電與磁內在聯系的相識更加完善，宣告了電磁學作為一門統一學科的誕生。(2)使人們找到了磁生電的條件，開拓了人類的電氣化時代。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)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。()答案：1.√2.×3.×[釋疑難·對點練]1．電流的磁效應與電磁感應現象的區分與聯系(1)區分：“動電生磁”和“動磁生電”是兩個不同的過程，要抓住過程的本質，動電生磁是指運動電荷四周產生磁場；動磁生電是指線圈內的磁通量發生變更而在閉合線圈內產生了感應電流。動電生磁中的動是運動的意思，即電荷相對磁場運動，動磁生電中的動是變更的意思。要從本質上來區分它們。(2)聯系：二者都反映了電流與磁場之間的關系。2．發覺電磁感應現象的意義(1)電磁感應的發覺使人們對電與磁內在聯系的相識更加完善，宣告了電磁學作為一門統一學科的誕生。(2)電磁感應的發覺使人們找到了“磁生電”的條件，開拓了人類的電氣化時代。(3)通過法拉第發覺電磁感應的過程，我們應當清晰地看到：法拉第在作出宏大發覺的過程中，也受著歷史局限性的束縛。思維定式的影響使他在很長一段時間內徘徊不前，但他沒有放棄，他通過偶然發覺的現象，經過深化探究，最終找到了將磁轉化為電的途徑。[試身手]1．下列屬于電磁感應現象的是()A．通電導體四周產生磁場B．磁場對感應電流發生作用，阻礙導體運動C．由于導體自身電流發生變更，在回路中產生感應電流D．電荷在磁場中定向移動形成電流解析：選C依據引起電流緣由的五類狀況可知，導體自身電流發生變更，回路中產生感應電流屬于電磁感應現象。C正確。磁通量的計算公式和物理意義[探新知·基礎練]1．磁通量的計算(1)公式：Φ＝BS。(2)適用條件：①勻強磁場；②S是垂直磁場的有效面積。(3)單位：韋伯，1Wb＝1T·m2。2．磁通量的物理意義(1)可以形象地理解為磁通量就是穿過某一面積的磁感線的條數。(2)同一個平面，當它跟磁場方向垂直時，磁通量最大，當它跟磁場方向平行時，磁通量為0。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．磁通量計算公式Φ＝BS，可計算任何磁場的磁通量。()2．同一勻強磁場中兩個面積不同的線圈，磁通量可能相同。()3．在勻強磁場中穿過某一閉合回路的磁通量可以為0。()答案：1.×2.√3.√[釋疑難·對點練]1．對磁通量的理解(1)Φ＝BS的含義：Φ＝BS只適用于磁感應強度B與面積S垂直的狀況。當S與垂直于B的平面間的夾角為θ時，即S⊥＝Scosθ，則有Φ＝BS⊥＝BScosθ，即Φ等于B與S在垂直于B方向上重量的乘積。如圖甲所示。(2)面積S的含義：S不肯定是某個線圈的實際面積，而是線圈在磁場范圍內的有效面積。如圖乙所示，S應為線圈面積的一半。(3)多匝線圈的磁通量：多匝線圈內磁通量的大小與線圈匝數無關，因為不論線圈匝數多少，穿過線圈的磁感線條數相同，而磁感線條數可表示磁通量的大小。(4)磁通量正負之分①磁通量的正負：任何一個平面都有正反兩面，若規定磁感線從其正面穿入時磁通量為正值，則磁感線從其反面穿入時磁通量為負值。②若磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁感線條數為Φ1，反向磁感線條數為Φ2則磁通量等于穿過該平面的磁感線的凈條數(磁通量的代數和)，即Φ＝Φ1－Φ2。③磁通量的正負既不表示大小，也不表示方向，僅是為了計算便利而引入的。2.磁通量變更的計算(1)磁感應強度B不變，有效面積S變更時，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·ΔS。(2)磁感應強度B變更，有效面積S不變時，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝ΔB·S。(3)磁感應強度B和有效面積S同時變更時，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S2－B1S1。(4)由于磁通量與線圈的匝數無關，同理，磁通量的變更ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數的影響。[試身手]2．如圖所示，框架的面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B。試求：(1)框架平面與磁感應強度B垂直時，穿過框架平面的磁通量為多少？(2)若框架繞OO′轉過60°，則穿過框架平面的磁通量為多少？(3)若從圖示位置轉過90°，則穿過框架平面的磁通量的變更量為多少？(4)若從圖示位置轉過180°，則穿過框架平面的磁通量變更量為多少？解析：(1)框架平面與磁感應強度B垂直時，穿過框架平面的磁通量為Φ1＝BS。(2)若框架繞OO′轉過60°，則穿過框架平面的磁通量為Φ2＝BScos60°＝eq\f(1,2)BS。(3)若從初始位置轉過90°，則穿過框架平面的磁通量為Φ3＝BScos90°＝0此過程的磁通量的變更量為ΔΦ＝Φ3－Φ1＝0－BS＝－BS。(4)轉過180°時，磁通量Φ4＝－BS則轉過180°的過程中，磁通量的變更量為ΔΦ＝Φ4－Φ1＝－BS－BS＝－2BS。答案：(1)BS(2)eq\f(1,2)BS(3)－BS(4)－2BS探究感應電流的產生條件[探新知·基礎練]1．探究導體棒在磁場中運動是否產生電流(如圖所示)：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面積變更時，電路中有電流產生；包圍的面積不變時，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．探究磁鐵在通電螺線管中運動是否產生電流(如圖所示)：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．仿照法拉第的試驗(如圖所示)：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；線圈B中磁場不變時，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，迅速移動滑動變阻器的滑片有4.歸納結論只要穿過閉合導體回路的磁通量發生變更，閉合導體回路中就有感應電流。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．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。()2．穿過閉合導體回路的磁通量發生變更，肯定產生感應電流。()3．穿過閉合導體回路磁通量為0的時刻，回路中無感應電流。()答案：1.×2.√3.×[釋疑難·對點練]對產生感應電流的條件的理解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。而導體回路中有沒有磁通量不是產生感應電流的條件，假如穿過導體回路的磁通量很大但不發生變更，也不會產生感應電流。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，此時需由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。[試身手]3．關于感應電流，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發生變更時，螺線管內部就肯定有感應電流產生C．線圈不閉合時，即使穿過線圈的磁通量發生變更，線圈中也沒有感應電流D．以上說法都不正確解析：選C對閉合電路而言，磁通量必需變更，閉合電路中才有感應電流，僅有磁通量但不變更，是不會產生感應電流的，故A項錯誤；假如線圈(或螺線管)不閉合，即使穿過它的磁通量發生變更，線圈中也不會有感應電流，故B、D項錯誤；C項正確。磁通量Φ及其變更量ΔΦ的理解與計算[典例1]如圖所示兩個環a和b，其面積Sa＜Sb，它們套在同一條形磁鐵的中心，試比較穿過環a、b的磁通量的大小。[解析]若從上往下看，則穿過環a、b的磁感線如圖所示，磁感線有進有出相互抵消后，即Φa＝Φ出－Φ進，Φb＝Φ出－Φ進′，得Φa＞Φb。[答案]Φa＞Φb[典例2]勻強磁場的磁感應強度B＝0.8T，矩形線圈abcd的面積S＝0.5m2，共10匝，起先時B與線圈所在平面垂直且線圈有一半在磁場中，如圖所示。求：(1)當線圈繞ab邊轉過60°時，線圈中的磁通量以及此過程中磁通量的變更量；(2)當線圈繞dc邊轉過60°時，線圈中的磁通量以及此過程中磁通量的變更量。[解析](1)當線圈繞ab邊轉過60°時，Φ＝BS⊥＝BScos60°＝0.8×0.5×eq\f(1,2)Wb＝0.2Wb(此時的線圈正好全部處在磁場中)。在此過程中S⊥沒變，穿過線圈的磁感線條數沒變，故磁通量的變更量ΔΦ＝0。(2)當線圈繞dc邊轉過60°時，Φ′＝BS′(此時的線圈不在磁場中)，此時沒有磁感線穿過線圈，所以Φ′＝0；題圖所示位置Φ1＝B·eq\f(S,2)＝0.2Wb，ΔΦ＝Φ′－Φ1＝－0.2Wb，故此過程中磁通量的變更量為－0.2Wb。[答案](1)0.2Wb0(2)0－0.2Wb磁通量Φ＝BS的計算的三點留意：1．S是指閉合回路中包含磁場的那部分有效面積；B是勻強磁場中的磁感應強度。2．磁通量與線圈的匝數無關，也就是磁通量大小不受線圈匝數的影響。同理，磁通量的變更量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數的影響。所以，求Φ、ΔΦ時，不必考慮線圈匝數n。3．當S與垂直于B的平面間的夾角為θ時，則可用Φ＝BS⊥＝BScosθ求解。產生感應電流的分析推斷及試驗探究[典例3](多選)如圖所示裝置，在下列各種狀況中，能使懸掛在螺線管旁邊的銅質閉合線圈A中產生感應電流的是()A．開關S接通的瞬間B．開關S接通后，電路中電流穩定時C．開關S接通后，滑動變阻器觸頭滑動的瞬間D．開關S斷開的瞬間[解析]將開關突然接通的瞬間，螺線管產生的磁場從無到有，穿過銅線圈A的磁通量增大，產生感應電流，故A正確；螺線管中通以恒定的電流時，螺線管產生穩恒的磁場，穿過銅線圈A的磁通量不變，沒有感應電流產生，故B錯誤；開關接通后，使變阻器的滑片P滑動時，變阻器接入電路的電阻變更，回路中電流變更，螺線管產生的磁場變更，穿過銅線圈A的磁通量變更，產生感應電流，故C正確；將開關突然斷開的瞬間，螺線管產生的磁場從有到無，穿過銅線圈A的磁通量減小，產生感應電流，故D正確。[答案]ACD1．推斷有無感應電流產生的關鍵是：(1)電路是否為閉合電路；(2)穿過電路本身的磁通量是否發生變更，其主要內涵體現在“變更”二字上。2．分析磁通量是否變更時，既要弄清晰磁場的磁感線分布，又要留意引起磁通量變更的三種狀況：(1)由于線框所在處的磁場變更引起磁通量變更；(2)由于線框所在垂直于磁場方向的投影面積變更引起磁通量變更；(3)有可能是磁場及線框垂直于磁場的面積都發生變更。[典例4]在探討電磁感應現象的試驗中所用器材如圖所示。它們是①電流計；②直流電源；③帶鐵芯的線圈A；④線圈B；⑤開關；⑥滑動變阻器(用來限制電流以變更磁場強弱)。試按試驗的要求在實物圖上連線(圖中已連好一根導線)。[解析]該試驗為探究感應電流產生條件的試驗，電流計與線圈B的兩個接線柱構成回路；線圈A與滑動變阻器、電鍵、電源構成回路，連接電路如圖所示。[答案]見解析圖在探討電磁感應現象的試驗中需弄清晰兩個獨立的回路：產生磁場的回路和產生感應電流的回路。[課堂對點鞏固]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、閉合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；同樣僅由磁通量的狀況，也無法確定某個因素的狀況，C項正確，D項錯誤。2.如圖所示，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()A．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，會產生感應電流，故B正確。3．(多選)下列狀況能產生感應電流的是()A．如圖甲所示，導體AB順著磁感線運動B．如圖乙所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時C．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S一干脆通時D．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S一干脆通，當變更滑動變阻器的阻值時解析：選BD題圖甲中導體AB順著磁感線運動，穿過閉合電路的磁通量沒有發生變更，無感應電流，故A錯；題圖乙中條形磁鐵插入線圈時線圈中的磁通量增加，拔出時線圈中的磁通量削減，都能產生感應電流，故B正確；題圖丙中開關S一干脆通，回路中為恒定電流，螺線管A產生的磁場穩定，螺線管B中的磁通量無變更，不產生感應電流，故C錯；題圖丙中開關S接通，滑動變阻器的阻值變更使閉合回路中的電流變更，螺線管A的磁場變更，螺線管B中磁通量變更，能產生感應電流，故D正確。4．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。解析：由題圖可知線圈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、滑動變阻器和線圈A串聯在一起，構成回路，線圈B與電流表構成另一回路。答案：見解析eq\a\vs4\al(---------------)[課堂小結]eq\a\vs4\al(---------------)[課時跟蹤檢測(一)]一、單項選擇題1．關于磁通量，下列說法中正確的是()A．磁通量不僅有大小，而且有方向，所以是矢量B．磁通量越大，磁感應強度越大C．通過某一平面的磁通量為零，該處磁感應強度不肯定為零D．磁通量就是磁感應強度解析：選C磁通量是標量，故A錯誤；由Φ＝BS⊥可知Φ由B和S⊥兩個因素確定，Φ較大，有可能是由于S⊥較大，故B錯誤；由Φ＝BS⊥可知，當線圈平面與磁場方向平行時，S⊥＝0，Φ＝0，但磁感應強度B不為零，故C正確；磁通量和磁感應強度是兩個不同的物理量，故D錯誤。2．一個閉合線圈中沒有感應電流產生，由此可以得出()A．此時此地肯定沒有磁場B．此時此地肯定沒有磁場的變更C．穿過線圈平面的磁感線條數肯定沒有變更D．穿過線圈平面的磁通量肯定沒有變更解析：選D由產生感應電流的條件易知，閉合線圈中沒有感應電流產生，則穿過線圈平面的磁通量肯定沒有變更，D正確。3．宇航員登月后想探測一下月球表面是否有磁場。他手邊有一只靈敏電流表和一個小線圈，則下列推斷正確的是()A．干脆將電流表放于月球表面，通過視察電流表是否有示數來推斷磁場的有無B．將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈沿某一方向運動，假如電流表無示數，則可推斷月球表面無磁場C．將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈沿某一方向運動，假如電流表有示數，則可推斷月球表面有磁場D．將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈在某一平面內沿各個方向運動，假如電流表無示數，則可推斷月球表面無磁場解析：選C當閉合回路的線圈平面與磁場方向平行時，不論向哪個方向移動線圈，穿過線圈的磁通量都不會變更，所以也不會產生感應電流，因此不能推斷有無磁場存在；若使閉合線圈沿某一方向移動時有感應電流產生，則肯定存在磁場。故C正確。4.如圖所示，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()A．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，當ab垂直于紙面對外、向里平動時都不切割磁感線，故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.如圖所示，在勻強磁場中，MN、PQ是兩根平行的金屬導軌，而ab、cd為串有電壓表和電流表的兩根金屬棒，同時以相同速度向右運動時，下列說法正確的有()A．電壓表有讀數，電流表有讀數B．電壓表無讀數，電流表有讀數C．電壓表無讀數，電流表無讀數D．電壓表有讀數，電流表無讀數解析：選C兩棒以相同速度向右運動時，因穿過面abcd的磁通量不變，回路中沒有感應電流，電流表和電壓表均不會有讀數。C正確。6．如圖所示試驗裝置中，用于探討電磁感應現象的是()解析：選B選項A是用來探究影響安培力的大小因素的試驗。選項B是視察導體棒在磁場中做切割磁感線運動時，電流表是否會產生感應電流，是探討電磁感應現象的試驗。選項C是用來探究安培力的方向與哪些因素有關的試驗。選項D是奧斯特試驗，證明通電導線四周存在磁場。二、多項選擇題7.如圖所示，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。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()A．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。8.如圖所示，線圈abcd在磁場區域ABCD中，下列哪種狀況下線圈中有感應電流產生()A．把線圈變成圓形(周長不變)B．使線圈在磁場中加速平移C．使磁場增加或減弱D．使線圈以過ab的直線為軸旋轉解析：選ACD選項A中，線圈的面積變更，磁通量變更，故A正確；選項B中，無論線圈在磁場中勻速還是加速平移，磁通量都不變，故B錯誤；選項C、D中，線圈中的磁通量發生變更，故C、D正確。9.如圖所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關組成一閉合回路，在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環a，下列各種狀況銅環a中產生感應電流的是()A．線圈中通以恒定的電流B．通電時，使變阻器的滑片P勻速移動C．通電時，使變阻器的滑片P加速移動D．將開關突然斷開的瞬間解析：選BCD線圈中通以恒定電流時，銅環a處磁場不變，穿過銅環的磁通量不變，銅環中不產生感應電流；變阻器滑片移動或開關斷開時，線圈中電流變更，銅環a處磁場變更，穿過銅環的磁通量變更，產生感應電流，故B、C、D正確。10．下列狀況中都是閉合線框在磁場中做切割磁感線運動，其中線框中有感應電流的是()解析：選BCA中穿過閉合線框的磁通量并沒有發生變更，沒有感應電流。B中閉合線框的一部分導體“切割”了磁感線，穿過線框的磁感線條數越來越少，線框中有感應電流。C中閉合線框是在非勻強磁場中運動，穿過線框的磁感線條數增加，線框中有感應電流。D中穿過閉合線框磁感線條數不變，無感應電流，故B、C正確。11.(20