（浙江专版）2018-2019学年高中物理 第四章 第1、2节 划时代的发现 探究感应电流的产生条件讲义（含解析）新人教版选修3-2.doc

划时代的发现 探究感应电流的产生条件电磁感应的探索历程探新知基础练1“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。2“磁生电”的发现1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。3法拉第的概括法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：原因变化的电流原因变化的磁场原因运动的恒定电流原因运动的磁铁原因在磁场中运动的导体4.电磁感应法拉第把他发现的磁生电的现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流。5发现电磁感应现象的意义(1)使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。(2)使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代。辨是非(对的划“”，错的划“”)1有电流即生磁场。()2有磁场即生电流。()3静止的电荷周围也能产生磁场。()答案：1.2.3.释疑难对点练1电流的磁效应与电磁感应现象的区别与联系(1)区别：“动电生磁”和“动磁生电”是两个不同的过程，要抓住过程的本质，动电生磁是指运动电荷周围产生磁场；动磁生电是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流。动电生磁中的动是运动的意思，即电荷相对磁场运动，动磁生电中的动是变化的意思。要从本质上来区分它们。(2)联系：二者都反映了电流与磁场之间的关系。2发现电磁感应现象的意义(1)电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。(2)电磁感应的发现使人们找到了“磁生电”的条件，开辟了人类的电气化时代。(3)通过法拉第发现电磁感应的过程，我们应该清楚地看到：法拉第在作出伟大发现的过程中，也受着历史局限性的束缚。思维定式的影响使他在很长一段时间内徘徊不前，但他没有放弃，他通过偶然发现的现象，经过深入探究，终于找到了将磁转化为电的途径。试身手1下列属于电磁感应现象的是()A通电导体周围产生磁场B磁场对感应电流发生作用，阻碍导体运动C由于导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流D电荷在磁场中定向移动形成电流解析：选C根据引起电流原因的五类情况可知，导体自身电流发生变化，回路中产生感应电流属于电磁感应现象。C正确。磁通量的计算公式和物理意义探新知基础练1磁通量的计算(1)公式：BS。(2)适用条件：匀强磁场；S是垂直磁场的有效面积。(3)单位：韦伯，1 Wb1 Tm2。2磁通量的物理意义(1)可以形象地理解为磁通量就是穿过某一面积的磁感线的条数。(2)同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大，当它跟磁场方向平行时，磁通量为0。辨是非(对的划“”，错的划“”)1磁通量计算公式BS，可计算任何磁场的磁通量。()2同一匀强磁场中两个面积不同的线圈，磁通量可能相同。()3在匀强磁场中穿过某一闭合回路的磁通量可以为0。()答案：1.2.3.释疑难对点练1对磁通量的理解(1)BS的含义：BS只适用于磁感应强度B与面积S垂直的情况。当S与垂直于B的平面间的夹角为时，即SScos ，则有BSBScos ，即等于B与S在垂直于B方向上分量的乘积。如图甲所示。 (2)面积S的含义：S不一定是某个线圈的实际面积，而是线圈在磁场范围内的有效面积。如图乙所示，S应为线圈面积的一半。 (3)多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，而磁感线条数可表示磁通量的大小。 (4)磁通量正负之分磁通量的正负：任何一个平面都有正反两面，若规定磁感线从其正面穿入时磁通量为正值，则磁感线从其反面穿入时磁通量为负值。若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为1，反向磁感线条数为2则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)，即12。 磁通量的正负既不表示大小，也不表示方向，仅是为了计算方便而引入的。 2.磁通量变化的计算 (1)磁感应强度B不变，有效面积S变化时，21BS。 (2)磁感应强度B变化，有效面积S不变时，21BS。 (3)磁感应强度B和有效面积S同时变化时，21B2S2B1S1。 (4)由于磁通量与线圈的匝数无关，同理，磁通量的变化21也不受线圈匝数的影响。试身手2如图所示，框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B。试求：(1)框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？(2)若框架绕OO转过60，则穿过框架平面的磁通量为多少？(3)若从图示位置转过90，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？(4)若从图示位置转过180，则穿过框架平面的磁通量变化量为多少？解析：(1)框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为1BS。(2)若框架绕OO转过60，则穿过框架平面的磁通量为2BScos 60BS。(3)若从初始位置转过90，则穿过框架平面的磁通量为3BScos 900此过程的磁通量的变化量为310BSBS。(4)转过180时，磁通量4BS则转过180的过程中，磁通量的变化量为41BSBS2BS。答案：(1)BS(2)BS(3)BS(4)2BS探究感应电流的产生条件探新知基础练1探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示)：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面积变化时，电路中有电流产生；包围的面积不变时，电路中无电流产生导体棒平行磁感线运动无导体棒切割磁感线运动有2探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示)：实验操作实验现象(有无电流)分析论证N极插入线圈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N极停在线圈中无N极从线圈中抽出有S极插入线圈有S极停在线圈中无S极从线圈中抽出有3模仿法拉第的实验(如图所示)：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线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流；线圈B中磁场不变时，线圈B中无感应电流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，迅速移动滑动变阻器的滑片有4.归纳结论只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。辨是非(对的划“”，错的划“”)1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。()2穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，一定产生感应电流。()3穿过闭合导体回路磁通量为0的时刻，回路中无感应电流。()答案：1.2.3.释疑难对点练对产生感应电流的条件的理解1导体回路闭合、磁通量变化是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可。而导体回路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过导体回路的磁通量很大但不发生变化，也不会产生感应电流。2穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化。(2)线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化。(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化，此时需由21计算并判断磁通量是否变化。(4)线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发生变化。试身手3关于感应电流，下列说法中正确的是()A只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生B穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生C线圈不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也没有感应电流D以上说法都不正确解析：选C对闭合电路而言，磁通量必须变化，闭合电路中才有感应电流，仅有磁通量但不变化，是不会产生感应电流的，故A项错误；如果线圈(或螺线管)不闭合，即使穿过它的磁通量发生变化，线圈中也不会有感应电流，故B、D项错误；C项正确。磁通量及其变化量的理解与计算典例1如图所示两个环a和b，其面积SaSb，它们套在同一条形磁铁的中央，试比较穿过环a、b的磁通量的大小。解析若从上往下看，则穿过环a、b的磁感线如图所示，磁感线有进有出相互抵消后，即a出进，b出进，得ab。答案ab典例2匀强磁场的磁感应强度B0.8 T，矩形线圈abcd的面积S0.5 m2，共10匝，开始时B与线圈所在平面垂直且线圈有一半在磁场中，如图所示。求：(1)当线圈绕ab边转过60时，线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的变化量；(2)当线圈绕dc边转过60时，线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的变化量。解析(1)当线圈绕ab边转过60时，BSBScos 600.80.5 Wb0.2 Wb(此时的线圈正好全部处在磁场中)。在此过程中S没变，穿过线圈的磁感线条数没变，故磁通量的变化量0。(2)当线圈绕dc边转过60时，BS(此时的线圈不在磁场中)，此时没有磁感线穿过线圈，所以0；题图所示位置1B0.2 Wb，10.2 Wb，故此过程中磁通量的变化量为0.2 Wb。答案(1)0.2 Wb0(2)00.2 Wb磁通量BS的计算的三点注意：1S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积；B是匀强磁场中的磁感应强度。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，求、时，不必考虑线圈匝数n。3当S与垂直于B的平面间的夹角为时，则可用BSBScos 求解。产生感应电流的分析判断及实验探究典例3(多选)如图所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是()A开关S接通的瞬间B开关S接通后，电路中电流稳定时C开关S接通后，滑动变阻器触头滑动的瞬间D开关S断开的瞬间解析将开关突然接通的瞬间，螺线管产生的磁场从无到有，穿过铜线圈A的磁通量增大，产生感应电流，故A正确；螺线管中通以恒定的电流时，螺线管产生稳恒的磁场，穿过铜线圈A的磁通量不变，没有感应电流产生，故B错误；开关接通后，使变阻器的滑片P滑动时，变阻器接入电路的电阻变化，回路中电流变化，螺线管产生的磁场变化，穿过铜线圈A的磁通量变化，产生感应电流，故C正确；将开关突然断开的瞬间，螺线管产生的磁场从有到无，穿过铜线圈A的磁通量减小，产生感应电流，故D正确。答案ACD1判断有无感应电流产生的关键是：(1)电路是否为闭合电路；(2)穿过电路本身的磁通量是否发生变化，其主要内涵体现在“变化”二字上。2分析磁通量是否变化时，既要弄清楚磁场的磁感线分布，又要注意引起磁通量变化的三种情况：(1)由于线框所在处的磁场变化引起磁通量变化；(2)由于线框所在垂直于磁场方向的投影面积变化引起磁通量变化；(3)有可能是磁场及线框垂直于磁场的面积都发生变化。典例4在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图所示。它们是电流计；直流电源；带铁芯的线圈A；线圈B；开关；滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱)。试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)。解析该实验为探究感应电流产生条件的实验，电流计与线圈B的两个接线柱构成回路；线圈A与滑动变阻器、电键、电源构成回路，连接电路如图所示。答案见解析图在研究电磁感应现象的实验中需弄清楚两个独立的回路：产生磁场的回路和产生感应电流的回路。课堂对点巩固1关于磁通量的概念，以下说法中正确的是()A磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大B磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量也越大C穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零D磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的解析：选C穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、闭合回路所围面积以及两者夹角三个因素，所以只了解其中一个或两个因素无法确定磁通量的变化情况，A、B项错误；同样仅由磁通量的情况，也无法确定某个因素的情况，C项正确，D项错误。2.如图所示，条形磁铁以速度v向螺线管靠近，下面几种说法中正确的是()A螺线管中不会产生感应电流B螺线管中会产生感应电流C只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流D只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流解析：选B螺线管所在的回路是闭合的，当条形磁铁向螺线管靠近时，穿过闭合回路的磁通量发生变化，会产生感应电流，故B正确。3(多选)下列情况能产生感应电流的是()A如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动B如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时C如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时D如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时解析：选BD题图甲中导体AB顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故A错；题图乙中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出时线圈中的磁通量减少，都能产生感应电流，故B正确；题图丙中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，不产生感应电流，故C错；题图丙中开关S接通，滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场变化，螺线管B中磁通量变化，能产生感应电流，故D正确。4某同学做研究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。解析：由题图可知线圈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、滑动变阻器和线圈A串联在一起，构成回路，线圈B与电流表构成另一回路。答案：见解析课堂小结课时跟踪检测(一)一、单项选择题1关于磁通量，下列说法中正确的是()A磁通量不仅有大小，而且有方向，所以是矢量B磁通量越大，磁感应强度越大C通过某一平面的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D磁通量就是磁感应强度解析：选C磁通量是标量，故A错误；由BS可知由B和S两个因素决定，较大，有可能是由于S较大，故B错误；由BS可知，当线圈平面与磁场方向平行时，S0，0，但磁感应强度B不为零，故C正确；磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故D错误。2一个闭合线圈中没有感应电流产生，由此可以得出()A此时此地一定没有磁场B此时此地一定没有磁场的变化C穿过线圈平面的磁感线条数一定没有变化D穿过线圈平面的磁通量一定没有变化解析：选D由产生感应电流的条件易知，闭合线圈中没有感应电流产生，则穿过线圈平面的磁通量一定没有变化，D正确。3宇航员登月后想探测一下月球表面是否有磁场。他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断正确的是()A直接将电流表放于月球表面，通过观察电流表是否有示数来判断磁场的有无B将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如果电流表无示数，则可判断月球表面无磁场C将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如果电流表有示数，则可判断月球表面有磁场D将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如果电流表无示数，则可判断月球表面无磁场解析：选C当闭合回路的线圈平面与磁场方向平行时，不论向哪个方向移动线圈，穿过线圈的磁通量都不会变化，所以也不会产生感应电流，因此不能判断有无磁场存在；若使闭合线圈沿某一方向移动时有感应电流产生，则一定存在磁场。故C正确。4.如图所示，ab是闭合电路的一部分，处在垂直于纸面向外的匀强磁场中()A当ab垂直于纸面向外平动时，ab中有感应电流B当ab垂直于纸面向里平动时，ab中有感应电流C当ab垂直于磁感线向右平动时，ab中有感应电流D当ab垂直于磁感线向左平动时，ab中无感应电流解析：选C闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时，回路中一定有感应电流，当ab垂直于纸面向外、向里平动时都不切割磁感线，故ab中都没有感应电流，故A、B错。当ab垂直于磁感线向右、向左平动时都切割磁感线，ab中都有感应电流，故C对、D错。5.如图所示，在匀强磁场中，MN、PQ是两根平行的金属导轨，而ab、cd为串有电压表和电流表的两根金属棒，同时以相同速度向右运动时，下列说法正确的有()A电压表有读数，电流表有读数B电压表无读数，电流表有读数C电压表无读数，电流表无读数D电压表有读数，电流表无读数解析：选C两棒以相同速度向右运动时，因穿过面abcd的磁通量不变，回路中没有感应电流，电流表和电压表均不会有读数。C正确。6如图所示实验装置中，用于研究电磁感应现象的是()解析：选B选项A是用来探究影响安培力的大小因素的实验。选项B是观察导体棒在磁场中做切割磁感线运动时，电流表是否会产生感应电流，是研究电磁感应现象的实验。选项C是用来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验。选项D是奥斯特实验，证明通电导线周围存在磁场。二、多项选择题7.如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直。导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好。金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则可能()Av1v2Bv1v2Cv1v2 D无法确定解析：选AB只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。故选项A、B正确。8.如图所示，线圈abcd在磁场区域ABCD中，下列哪种情况下线圈中有感应电流产生()A把线圈变成圆形(周长不变)B使线圈在磁场中加速平移C使磁场增强或减弱D使线圈以过ab的直线为轴旋转解析：选ACD选项A中，线圈的面积变化，磁通量变化，故A正确；选项B中，无论线圈在磁场中匀速还是加速平移，磁通量都不变，故B错误；选项C、D中，线圈中的磁通量发生变化，故C、D正确。9.如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成一闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环a，下列各种情况铜环a中产生感应电流的是()A线圈中通以恒定的电流B通电时，使变阻器的滑片P匀速移动C通电时，使变阻器的滑片P加速移动D将开关突然断开的瞬间解析：选BCD线圈中通以恒定电流时，铜环a处磁场不变，穿过铜环的磁通量不变，铜环中不产生感应电流；变阻器滑片移动或开关断开时，线圈中电流变化，铜环a处磁场变化，穿过铜环的磁通量变化，产生感应电流，故B、C、D正确。10下列情况中都是闭合线框在磁场中做切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是()解析：选BCA中穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流。B中闭合线框的一部分导体“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。C中闭合线框是在非匀强磁场中运动，穿过线框的磁感线条数增加，线框中有感应电流。D中穿过闭合线框磁感线条数不变，无感应电流，故B、C正确。11.(2016浙江金华检测)如图所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列方法中可行的是()A将线框向左拉出磁场B以ab边为轴转动(小于90)C以ad边为轴转动(小于60)D以bc边为轴转动(小于60)解析：选ABC将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流。当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流。当线框以ad边为轴转动(小于60)时，穿过线框的磁通量在减少，所以线框中会产生感应电流，如果转过的角度超过60小于300，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流。当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形面积的一半的乘积)，不会产生感应电流。综上所述A、B、C正确。三、非选择题12如图所示，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？解析：(1)对A线圈，1B1rA2，2B2rA2。故磁通量改变量：|21|(0.80.4)3.14(1102)2 Wb1.256104 Wb。对D线圈，|21|1.256104 Wb。(2)对C线圈，1BrC2，磁场转过30，线圈面积在垂直磁场方向上的投影为rC2cos 30，则2BrC2cos 30。故磁通量改变量：|21|BrC2(1cos 30)8.4106 Wb。答案：(1)1.256104 Wb1.256104 Wb(2)8.4106 Wb