2019年高中物理 第一章 电磁感应 第一、二节 电磁感应现象 研究产生感应电流的条件讲义（含解析）粤教版选修3-2.doc

电磁感应现象 研究产生感应电流的条件1奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象。2法拉第将“磁生电”的现象分为五类：(1)变化着的电流；(2)变化着的磁场；(3)运动的恒定电流；(4)运动的磁铁；(5)在磁场中运动的导体。3感应电流：由电磁感应现象产生的电流。4感应电流的产生条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。一、电磁感应现象1电生磁的发现奥斯特发现了电流的磁效应，揭示出通电导线周围有磁场，表明了电能生磁，从此揭开了研究电磁联系的序幕。2电磁感应现象的发现英国科学家法拉第经过长达十年的不懈努力，于1831年发现了电磁感应现象。3法拉第的概括法拉第把可以产生电磁感应的情况概括为五类，即：变化着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁铁；在磁场中运动的导体。4电磁感应现象和感应电流由磁生电的现象，叫做电磁感应现象。由电磁感应现象产生的电流，叫做感应电流。二、探究产生感应电流的条件1利用蹄形磁铁的磁场(如图111所示)图111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磁场的面积变化时，电路中有电流产生；包围的磁场的面积不变时，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利用条形磁铁的磁场(如图112所示)图112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利用通电螺线管的磁场(如图113所示)图113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；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实验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，闭合电路中就会产生感应电流。1自主思考判一判(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。()(4)磁通量计算公式BS，可计算任何磁场的磁通量。()(5)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。()(6)穿过闭合回路的磁通量发生变化，一定产生感应电流。()2合作探究议一议(1)法拉第总结的引起感应电流的原因有哪些？提示：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。(2)同一匀强磁场中两个面积不同的线圈，磁通量一定不同吗？提示：不一定，当两个线圈与磁场方向的夹角不同时，磁通量可能相同。(3)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗？提示：不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。磁通量及其变化量的理解与计算1对磁通量的正、负的理解磁通量有正、负之分，其正、负是这样规定的：任何一个面都有正、反两面，若磁感线从正面穿入时磁通量为正值，则磁感线从反面穿入时磁通量为负值。2磁通量的变化量(1)当B不变，有效面积S变化S时，BS。(2)当B变化，有效面积S不变时，BS。(3)当B和S同时变化时，末初BS。典例如图114所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，B08 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线圈A、B、C，圆心均处于O处，线圈A的半径为1 cm,10匝；线圈B的半径为2 cm,1匝；线圈C的半径为05 cm,1匝。问：图114(1)在B减为04 T的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化多少？(2)在磁场转过30角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？(3)在磁场转过180角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？思路点拨解答本题应把握以下三点：(1)磁通量与线圈匝数无关。(2)当线圈平面与磁场不垂直时，应分解B或取S在与B垂直的平面上的投影面积。(3)磁感线反向穿过线圈平面时，为负值。解析(1)由题意知线圈B与线圈A中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样。(B2B1)r2126104 Wb。所以，线圈A和线圈B中的磁通量都减少126104 Wb。(2)对线圈C，1Br2，当磁场转过30时，2Br2cos 30，故21Br2(cos 301)841106 Wb。所以，线圈C中的磁通量减少841106 Wb。(3)磁场转过180后，磁感线从另一侧穿过线圈，若取1为正，则2为负，有：1Br2，2Br2，故212Br2126104 Wb。答案(1)都减少126104 Wb(2)减少了841106 Wb(3)126104 Wb匀强磁场中磁通量的计算(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。(2)B与S不垂直时，BS。B为B垂直于线圈平面的分量，如图所示，BSBsin S。 1如图115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，穿过的磁通量分别为a、b、c，则()图115AabbcCaccb解析：选B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。2如图116所示，通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为1和2，则()图116A12B12C12 D无法确定解析：选B设线框在位置1时的磁通量为1，在位置2时的磁通量为2，直线电流产生的磁场在1处比在2处要强，若平移线框，则112，若转动线框，磁感线是从线框的正反两面穿过的，一正一负，因此212。根据分析知：12B1l，则线框中不产生感应电流的时间应等于()图5A BC D解析：选C当线框刚刚完全进入磁场时至线框刚刚出磁场时，通过线框的磁通量不发生变化，线框中不会产生感应电流，C正确。7如图6所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P，现用力从四周拉弹簧线圈，使线圈包围的面积变大，则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法中，正确的是()图6A磁通量增大，有感应电流产生B磁通量增大，无感应电流产生C磁通量减小，有感应电流产生D磁通量减小，无感应电流产生解析：选C本题中条形磁铁磁感线的分布如图所示(从上向下看)。磁通量是指穿过一个面的磁感线的多少，由于垂直纸面向外的和垂直纸面向里的磁感线要抵消一部分，当弹簧线圈P的面积扩大时，垂直纸面向里的磁感线条数增加，而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的，故穿过这个面的磁通量将减小，回路中会有感应电流产生，选项C正确。8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7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。图7解析：由条件可知线圈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A线圈串在一起，构成回路。B线圈与电流表构成另一回路。答案：见解析9(多选)如图所示，用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合，其中图A、B、C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D中直导线与圆形线圈垂直，并与中心轴重合。则切断直导线中的电流时，圆形回路中能产生感应电流的是()解析：选BC对图A而言，因为通电直导线位于环形导线所在平面内，且与直径重合，因此穿过圆环的磁通量为零，所以当切断导线中的电流时，磁通量在整个变化过程中必为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生；对图B而言，因为磁通量为大小两个部分磁感线条数之差，当切断直导线中的电流时，磁通量为零，即此过程中磁通量有变化，故闭合回路中会有感应电流产生；同理分析可得图C中也有感应电流产生；对图D而言，因为环形导线与直导线产生的磁场的磁感线平行，故磁通量为零。当切断直导线中的电流时，磁通量在整个变化过程中皆为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生，所以当切断直导线中的电流时，能产生感应电流的有B、C两种情况。10 (多选)如图8所示，A、B两回路中各有一开关S1、S2，且回路A中接有电源，回路B中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果中可能的是()图8A先闭合S2，后闭合S1的瞬间，电流计指针偏转BS1、S2闭合后，在断开S2的瞬间，电流计指针偏转C先闭合S1，后闭合S2的瞬间，电流计指针偏转DS1、S2闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转解析：选AD回路A中有电源，当S1闭合后，回路中有电流，产生磁场，回路B中有磁通量。在S1闭合或断开的瞬间，回路A中的电流从无到有或从有到无，产生的磁场发生变化，从而使穿过回路B的磁通量发生变化，此时若S2是闭合的，则回路B中有感应电流，电流计指针偏转，所以选项A、D正确。11如图9所示，矩形线圈abcd左半边处在匀强磁场中，右半边在磁场外，磁感应强度为B，线圈一半的面积为S，初始时磁场垂直于线圈平面，求下列情况中线圈中磁通量的变化量：图9(1)以ab边为轴线圈转过90。(2)以ab边为轴线圈转过60。(3)以中线ef为轴线圈转过180。解析：(1)线圈初始磁通量1BS，转过90后，20，所以21BS，大小为BS。(2)当线圈以ab边为轴转过60时，矩形线圈恰好全部进入磁场，2B2Scos 60BS，所以210，说明磁通量未发生变化。(3)当线圈绕中线转过180时，因为1BS，磁感线是垂直于线圈的正前面向里穿过的，当线圈绕中线转过180时，线圈的正后面转到正前面，磁感线是从原正后面向里穿过的，故2BS，所以212BS，大小为2BS。答案：