《山东省专用2018_2019学年高中物理第四章电磁感应第12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_》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省专用2018_2019学年高中物理第四章电磁感应第12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_（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1、2节划时代的发现 探究感应电流的产生条件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引起电磁感应现象的原因主要有五类，分别是变化的电流、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。3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。一、电磁感应的探索历程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。产生的电流叫做感应电流。二、磁通量的计算和物理意义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
2、 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。三、探究感应电流的产生条件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导体棒切割磁感线运动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N
3、极从线圈中抽出S极插入线圈S极停在线圈中S极从线圈中抽出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开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片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。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
4、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对磁通量的理解(1)磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。(2)磁通
5、量是标量，但是有正负。磁通量的正负不代表大小，只表示磁感线是怎样穿过平面的。即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量为负。(3)某面积内有相反方向的磁场时，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。2磁通量的计算(1)B与S垂直时(匀强磁场中)，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(匀强磁场中)，BS。S为线圈在垂直磁场方向上的投影，SSsin ，称之为有效面积，如图甲所示。或者BS。B为磁感线B垂直线圈平面方向上的分量，BBsin ，如图乙所示。两者磁通量相等，BSsin 。3磁通量的变化磁通
6、量的变化，大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，闭合电路的面积S发生变化，如图a。(2)闭合电路的面积S不变，磁感应强度B发生变化，如图b。(3)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c。典例如图所示，有一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0.5 cm,1匝。问：(1)在B减为0.4 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
7、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)r21.26104 Wb。所以，线圈A和线圈B中的磁通量都减少1.26104 Wb。(2)对线圈C，1Br2，当磁场转过30时，2Br2cos 30，故21Br2(cos 301)8.41106 Wb。所以，线圈C中的磁通量减少8.41106 Wb。(3)磁场转过1
8、80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212Br21.26104 Wb。故线圈C中的磁通量变化了1.26104 Wb。答案(1)都减少1.26104 Wb(2)减少了8.41106 Wb(3)1.26104 Wb磁通量的计算公式中S为有效面积，如图所示，穿过方框a、b的磁通量相等，而不是ab。 1.如图所示，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，穿过三个线圈的磁通量分别为a、b、c，则()AabbcCaccb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
9、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.如图所示，通有恒定电流的导线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()A12B12C12D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：12，选项B正确。感应电流是否产生的判断典例如图所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若要使线框中产生感应电流
10、且磁通量逐渐变大，则线框的运动情况应该是()A向右平动(ad边还没有进入磁场)B向上平动(ab边还没有离开磁场)C以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)D以ab边为轴转动(转角不超过90)思路点拨解答本题时应把握以下两点：(1)产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。(2)判断线框做各种运动时穿过线框的磁通量是否发生变化。解析选项A和D所描述的情况，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大，D情况下S变小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流。而选项B、C所描述的情况中，线框中的磁通量均不改变，不会产生感应电流。D中磁通量的大小变小。答案A
11、判断产生感应电流的条件应注意的问题(1)磁通量有变化，但回路没闭合，不产生感应电流。(2)闭合回路切割磁感线，但磁通量没变，不产生感应电流。(3)初、末位置磁通量相同，但过程中闭合回路磁通量有变化，产生感应电流。(4)线圈有正反两面，磁感线穿过的方向不同，磁通量发生变化，产生感应电流。总之，不论什么情况，只要满足同时电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反过来说，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。 1多选下图均为闭合线框在磁场中运动，请判断能产生感应电流的情况()解析：选CD产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，A、B没
12、有磁通量的变化，所以没有感应电流，C、D是闭合回路，同时磁通量发生变化，所以产生感应电流。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，产生感应电流。3在“探究感应电流的产生”的实验中，小明的四次实验情况分别如图所示。(1)有同学说：“只要闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，就会产生感应电流。”你认为他的说法对吗？_，图_可支持你的结
13、论。(2)探究感应电流的方向跟磁场方向和导体运动方向之间的关系。A根据图甲和图乙的实验现象可以得出结论：_。B根据图乙和图丁的实验现象可以得出结论：_。解析：(1)一部分导体在磁场中运动磁通量不一定发生变化，因此不一定发生电磁感应现象，也就不一定产生感应电流，图丙中指针不偏转就说明这一结论。(2)A项，图甲和图乙是采用控制变量法的对比实验，即保持磁场方向不变的情况下，研究指针的偏转方向(感应电流的方向)与导体的运动方向间的关系。B项，图乙和图丁也是采用控制变量法的对比实验，即保持导体运动方向不变的情况下，研究指针的偏转方向(感应电流的方向)与磁场方向间的关系。答案：(1)不对丙(2)A项，当磁
14、场方向不变时，感应电流的方向与导体的运动方向有关B项，当导体的运动方向不变时，感应电流的方向与磁场的方向有关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、回路所围面积以及两者夹角三个因素，所以只知道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；同样由磁通量的特点，也无法判断其中一个因素的情况，C项正确，D项错误。2.如图所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面，若磁感应强度
