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第1节 磁生电的探索,1,1了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神 2通过实验，探究和理解感应电流的产生条件 3掌握磁通量的概念及其计算 4能够运用感应电流的产生条件判断感应电流能否产生,2,奥斯特,法拉,第,3,电磁感应,4,二、科学探究感应电流产生的条件 【探究1】 导体棒在磁场中运动是否产生电流 如图111所示，将可移动导体AB放置在磁场中，并和电流表组成闭合回路实验过程及现象如下：,5,实验结论 闭合电路包围的面积变化时，有电流产生；闭合电路包围的面积不变时，无电流产生,无,无,有,6,【探究2】 磁铁在螺线管中运动是否产生电流 如图112所示，将螺线管与电流表组成闭合回路，把条形磁铁插入或拔出螺线管实验现象如下：,7,实验结论 线圈中的磁场变化时，有感应电流；线圈中的磁场不变时，无感应电流,有,有,有,有,无,无,8,【探究3】 模拟法拉第的实验 如图113所示，线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面实验现象如下：,9,实验结论 线圈A产生的磁场变化时，线圈B中产生感应电流；线圈A产生的磁场不变时，线圈B中无感应电流,有,有,有,无,10,归纳结论 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，闭合电路中就有感应电流 温馨提示 能否产生感应电流的条件是闭合电路的磁通量是否发生变化，因此判断磁通量是否变化是问题的关键.,11,一、磁通量及其变化 1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为线圈的面积如图114(a) (2)B与S不垂直时：BSBS，S为线圈在垂直磁场方向上的投影面积B为B在垂直于S方向上的分量如图114(b),12,(3)某线圈所围面积内有不同方向的磁场时分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和，如图114(c),13,2磁通量的变化 磁通量的变化：大致可分为以下几种情况： 磁感应强度B不变，闭合电路的面积S发生变化如图115(a) 闭合电路的面积S不变，磁感应强度B发生变化如图115(b) 磁感应强度B和闭合电路的面积S都不变，它们之间的夹角发生变化如图115(c),14,3正确理解磁通量的标量性 磁通量是标量，但有正负，其正负表示与规定的穿入方向相同或相反，穿过某一面的磁通量等于各部分磁通量的代数和 特别提醒 利用磁感线的条数判断感应电流有无的方法 穿过某回路的磁通量的大小与穿过该回路的磁感线的条数(回路中有不同方向的磁感线穿过时指不同方向的磁感线的条数差)是相对应的，所以可根据磁感线的条数是否变化判断磁通量是否变化若磁通量发生变化，则产生感应电流，若磁通量无变化，就没有感应电流产生，对于非匀强磁场的情况，利用这种方法更为直观和方便,15,二、对导体棒切割磁感线的理解 1导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化 2在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割如图116所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体的速度方向与磁场方向在同一平面内而没有切割磁感线,16,(2)即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流如图117所示，对于图甲，尽管导体“切割”了磁感线(匀强磁场)，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；对于图乙，导体框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；对于图丙，闭合导体在非匀强磁场中运动，切割了磁感线，同时穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流,17,(3)即使是闭合电路的部分导体做切割磁感线运动，也不能保证一定存在感应电流，如图118所示，线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但同样在线框中没有感应电流 由以上讨论可知，导体切割磁感线不是导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合回路的磁通量是否发生变化,18,教材资料分析 迷你实验室 制作一块直径为20 cm的圆形铝片，在中心钻一个小孔，穿上一个带有摇柄的金属轴，把铝片固定在轴的中间位置，然后再把轴用两个铁环固定在木架上，取一块蹄形磁铁立在铝片下部，让它的两极在铝片的两侧(如图111所示),19,从电流计的接线柱引出两根导线，一根连在金属轴承上，另一根用绝缘胶布粘在一个极上，并使导线的裸线头轻轻接触铝片的边缘 当快速摇转铝片的时候，观察电流计的偏转情况；或者换上小灯泡，观察小灯泡的发光情况解释你所观察到的现象 点拨 对于圆形铝片，可以看成由无数根从圆心到边沿的导线并联而成当铝片快速转动时，这些导线在蹄形磁铁产生的磁场中切割磁感线产生感应电流当在电路中连接电流表或者小灯泡时，电流表指针会发生偏转，小灯泡会发光,20,【典例1】 如图119所示，线框与通电直导线均位于水平面内，当线框abcd由实线位置在水平面内向右平动逐渐移动到虚线位置，穿过线框的磁通量如何变化？,21,解析 直线电流I产生的磁场的磁感线的形状是以导线上的点为圆心的在竖直平面内的一组组同心圆，在电流I的右边磁感线的方向垂直水平面向内，在电流I的左边磁感线的方向垂直水平面向外磁感线的疏密分布是越靠近导线磁感线越密，离导线越远磁感线越稀疏 答案 线框的水平平动，可分为三个阶段第一阶段，从实线位置开始至bc边到达直导线位置，穿过线框的磁通量逐渐增大第二阶段，从bc边抵达直导线处开始至ad边到达直导线为止，由于向外的磁感线逐渐减少，向内的磁感线逐渐增多，所以穿过线框的总磁通量先减少(当ab、dc两边中点连线与直导线重合时，磁通量为零)后增大第三阶段，从ad边离开直导线向右运动开始至线框抵达虚线位置为止，穿过线框的磁通量逐渐减少,22,借题发挥 (1)有相反方向的磁场穿过某一面的磁通量的判断：首先弄清哪个方向的磁通量大，再看它们各自的变化，进而判断总磁通量的变化 (2)利用磁感线的净条数判断磁通量的增、减变化判断磁通量的变化更加直观,23,【变式1】 如图1110所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，ef中的电流I产生的磁场穿过圆面积的磁通量将( ) A逐渐增大 B逐渐减小 C始终为零 D不为零，但保持不变,24,解析 利用安培定则判断直线电流产生的磁场，考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿过线圈的磁感线的条数与穿出线圈的磁感线条数是相等的，故选C. 答案 C,25,【典例2】 如图1111所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L0.20 m的正方形，放在磁感应强度B0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，则在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？,26,27,答案 5.5103 Wb 借题发挥 磁通量BS的计算有几点要注意：(1)S是指闭合回路中包含磁场的那部分的有效面积；(2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响同理，磁通量的变化量21也不受线圈匝数的影响所以，直接用公式求、时，不必去考虑线圈匝数n.,28,【变式2】 边长L10 cm的正方形线框，固定在匀强磁场中，磁场方向与线框平面间的夹角30，如图1112所示，磁感应强度随时间变化的规律为B(23t)T，则第3 s内穿过线框的磁通量的变化量为多少？,29,解析 闭合电路的面积S不变，B变化，只要求出第3 s始末的磁通量之差，即可求出. 第3 s内就是从2 s末到3 s末，由于2 s末的磁感应强度为B1(232) T8 T,3 s末的磁感应强度为B2(233) T11 T. 根据公式BSsin (118)0.12sin 30 Wb1.5102Wb. 答案 1.5102 Wb,30,【典例3】 (湛江高二检测)如图1113所示，在正方形线圈的内部有一条形磁铁，线圈与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO，关于线圈中产生感应电流的下列说法中，正确的是( ) A当磁铁向纸面外平移时，线圈中产生感应电流 B当磁铁向上平移时，线圈中产生感应电流 C当磁铁向下平移时，线圈中产生感应电流 D当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕OO轴转动时，线圈中产生感应电流,31,解析 由条形磁铁周围磁感线的分布特点可知，当磁铁平动时，穿过正方形线圈的磁通量始终为零不发生变化，故线圈中不产生感应电流，故A、B、C错；当磁铁转动时，穿过正方形线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流D对 答案 D 借题发挥 本题应充分利用磁感线的条数与磁通量的关系，根据穿过线圈的磁感线的净条数，判断磁通量是否变化，进 而判断是否产生感应电流，在涉及磁铁磁场时，应把握几点： (1)要明确条形磁铁产生磁场的磁感线分布特点 (2)穿过线圈的磁通量也包括磁铁内部的磁感线,32,【变式3】 (台州高二检测)如图1114所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是( ) A线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动 C线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动 D线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动,33,解析 四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，线圈按A、B、D三种情况移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确 答案 C,34,磁通量的变化定性分析 1如图1115所示，是用导线做成的圆形回路与一直导线构成的几种位置组合，下列组合中，切断直导线中的电流时，穿过闭合回路中磁通量变化的是(图中直导线都与圆形线圈在同一平面内，O点为线圈的圆心，图中直导线与圆形线圈平面垂直，并与其中心轴重合)( ) A B C D,35,解析 通电直导线周围空间的磁场是非匀强磁场，磁感线是在垂直于导线的平面内以导线为中心的同心圆，离导线越远，磁感应强度越弱，所以中磁通量、中磁通量一直为零，中既有向里的磁通量，也有向外的磁通量，但直导线中有电流时，总磁通量不为零，切断直导线中电流时，磁通量变为零中线圈有向外的磁通量，切断直导线中电流时，磁通量变为零故B正确 答案 B,36,2.如图1116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，穿过它们的磁通量分别为a、b、c，则( ) Aabc Babc Cacb Dacb,37,解析 磁通量可以形象地理解为穿过回路的磁感线的条数；若该回路面积内有磁感线穿进和穿出两种情况，可把磁通量理解为穿过回路的净磁感线的条数 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abc.选项B正确 答案 B,38,磁通量及变化的定量计算 3.面积为S的矩形线框abcd处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框面成角如图1117所示，当线框以ab为轴顺时针转90时，穿过abcd面的磁通量的变化量_.,39,解析 开始时与线框面成角，磁通量为1BSsin ；线框面按题意方向转动时，磁通量减少，当转90时，磁通量变为“负”值，则2BScos .可见，磁通量的变化量为|21|BScos BSsin |BS(cos sin ) 答案 BS(cos sin ),40,4.如图1118所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场B0.8 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形线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1 cm,10匝；D线圈半径为2 cm,1匝；C线圈半径为0.5 cm，1匝；问： (1)在磁感应强度B减少为0.4 T的过程中，A和D中的磁通量改变了多少？ (2)当磁场转过30角的过程中，C中的磁通量改变了多少？,41,解析 (1)对A线圈，1B1r2，2B2r2.故磁通量改变量：|21|(0.80.4)3.14(1102)2Wb1.256104 Wb. 对D线圈，|21|(0.80.4)3.14(1102)2 Wb1.256104Wb. (2)对C线圈，1Br2，磁场转过30，线圈面积在垂直磁场方向上的投影为r2cos 30 ，则2Br2 cos 30 . 故磁通量改变量：|21 |B2r(1cos 30)0.83.14(5103)2(10.866) Wb8.4106 Wb. 答案 (1)1.256104 Wb 1.256104 Wb (2)8.4106 Wb,42,产生感应电流的条件 5在图1119所示的直角坐标系中，矩形导线框的两个对称轴在y轴和z轴上，所在的匀强磁场与y轴平行，当线框分别绕x、y、z轴旋转时，哪种情况线框中有感应电流？,43,解析 线框绕x轴旋转时(x轴垂直于线框平面)，线框内磁通量始终为零不变化，线框中无感应电流线框绕y轴旋转时，尽管ab、cd边分别切割磁感线，但整个线框平面内磁通量始终为零，不发生变化，线框内无感应电流(y轴始终平行于线框平面) 线框绕z轴旋转时，线框平面内磁通量发生变化，线框内有感应电流产生(图示位置线框平面与y轴平行，磁通量为零，绕z轴转动，线框平面与y轴有夹角，磁通量先增大后减小) 答案 绕z轴旋转时,44,6.如图1120所示的实验中，在一个足够大的磁铁的磁场中，如果AB沿水平方向运动速度的大小为v1，两磁极沿水平方向运动速度的大小为v2，则( ) A当v1v2，且方向相同时，可以产生感应电流 B当v1v2，且方向相反时，可以产生感应电流 C当v1v2时，方向相同或相反都可以产生感应电流 D当v20时，v1的方向改为与磁感线的夹角为，且90，可以产生感应电流,45,解析 当v1v2，且方向相同时，二者无相对运动，AB不切割磁感线，回路中无感应电流，A错；当v1v2，且方向相反时，则AB切割磁感线，穿过回路的磁通量变大或变小，都有感应电流产生，B对；当v1v2时，无论方向相同或相反，二者都有相对运动，穿过回路的磁通量都会发生变化，有感应电流产生，C对；当v20，v1的方向与磁感线的夹角90时，v1有垂直磁感线方向的分量，即AB仍在切割磁感线，穿过回路的磁通量发生变化，有感应电流产生，D对 答案 BCD,46,单击此处进入 活页规范训练,47,48,
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