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1、第1、2节 电磁感应的发现_感应电流产生的条件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)变化中的电流；(2)变化中的磁场；(3)运动中的恒定电流；(4)运动中的磁铁；(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探索过程(1)奥斯特的“电生磁”：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。(2)磁与电的关系的探索：在磁生电的探索历程中，有多位科学家致力于磁与电的关系的研究，如安培、毕奥、萨伐尔、科拉顿等。(3)法拉第的“磁生电”：实验装置：如图
2、111所示，在软铁环上分别绕上线圈A、B，线圈A通过滑动变阻器、开关与电源相连，线圈B与电流计连接。图111实验现象：只在电路接通和断开的瞬间，电流计指针才会发生偏转，且两种情况下指针的偏转方向相反。2两个概念(1)电磁感应：磁生电的现象。(2)感应电流：由电磁感应现象产生的电流。二、探究感应电流产生的条件1实验探究探究1(1)实验装置：如图112所示，将导轨、可移动导体AB放置在磁场中，并和电流计组成闭合电路。图112(2)实验操作：分别让导体AB在磁场中静止、平行于磁感线运动、切割磁感线运动，观察电流计指针的偏转情况。(3)实验结论：当导体棒做切割磁感线运动时，通过闭合电路的磁通量发生变化
3、，电流计指针发生偏转，即有感应电流产生。探究2(1)实验装置：如图113所示，螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成电路，螺线管A放在螺线管B内，螺线管B与电流计组成一个闭合电路。图113(2)实验过程：实验操作有无电流产生实验分析闭合开关的瞬间有当螺线管A中的电流发生变化时，螺线管B所处的磁场发生变化，从而引起穿过螺线管B的磁通量发生变化。闭合螺线管B中有感应电流产生闭合开关，A中电流稳定后，改变滑动变阻器接入电路中的阻值有闭合开关，A中电流稳定后，滑动变阻器在电路中的电阻不变无断开开关的瞬间有2感应电流产生的条件穿过闭合电路的磁通量发生变化。1自主思考判一判(1)奥斯特发现了电流的磁效应；法
4、拉第发现了电磁感应现象。()(2)闭合线圈和磁场发生相对运动，一定能产生感应电流。()(3)闭合线圈做切割磁感线运动，一定能产生感应电流。()(4)穿过闭合线圈的磁通量发生变化，一定能产生感应电流。()(5)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。()(6)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生。()2合作探究议一议(1)很多科学家致力于磁与电的关系的探索，为什么他们在磁生电的研究中没有成功？提示：很多科学家在实验中没有注意磁场的变化、导体与磁场之间的相对运动等环节，只想把导体放入磁场中来获得电流，这实际上违反了能量转化和守恒定律。(2)怎样理解“电生
5、磁”？提示：电流周围存在磁场是无条件的，无论电流是恒定不变的，还是变化的，只要有电流，它的周围就一定有磁场。(3)怎样理解“磁生电”？法拉第总结了哪些情况“磁生电”？提示：“磁生电”是有条件的，即有“磁”不一定有“电”。法拉第将“磁生电”的现象分为五类：变化中的电流；变化中的磁场；运动中的恒定电流；运动中的磁铁；运动中的导线。磁通量及其变化的分析与计算1对磁通量的理解(1)当SB时，BS；当SB时，0；当S与B的夹角为时，BSsin 。(2)公式BS中的S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积。(3)S内有不同方向的磁场时，应先分别计算不同方向磁场的磁通量，然后规定从某个面穿入的磁通量为正，从
6、该面穿出的磁通量为负，最后求代数和。(4)有多匝线圈时，因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响，故磁通量的计算也与匝数无关。2求磁通量的变化的三种方法方法一：当磁感应强度B不变，而磁感线穿过的有效面积S变化时，则穿过回路的磁通量的变化量t0BS。方法二：当磁感应强度B变化，而磁感线穿过的有效面积S不变时，则穿过回路的磁通量的变化量t0BS。方法三：若磁感应强度B和回路面积S同时变化，则穿过回路的磁通量的变化量t0。注意：此时，t0BS。典例两个圆环A、B如图114所示放置，且圆环半径RARB，一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过A、B环的磁通量A和B的关系是()图114
7、AABBABCAB D无法确定思路点拨磁通量可以形象地理解为穿过线圈的磁感线的条数；若该线圈内有磁感线穿进和穿出两种情况，可以把磁通量理解为穿过线圈的净磁感线条数。解析解题时要注意有两个方向的磁感线穿过圆环，磁通量应是抵消之后剩余的磁感线的条数。从上向下看，穿过圆环A、B的磁感线如图所示，磁感线有进有出，A、B环向外的磁感线条数一样多，但A环向里的磁感线条数较多，抵消的条数多，净剩条数少，所以AB，C正确。答案C磁通量是标量，但有正、负之分。在所研究的闭合电路内有磁感线穿进和穿出两种情况时，若规定穿进的磁通量为正，则穿出的磁通量为负。 1六根绝缘的导线，在同一平面内组成四个相同的正方形，导线中
8、通以大小相等的电流，方向如图115所示。在这四个正方形区域中，指向纸面向里且合磁通量最大的区域是()A BC D图115解析：选A由于是直线电流的磁场，六支电流在每个区域都有磁感线的分布，只有逐一分析六支电流在每个区域的合磁通量，才能进行比较。假设每支电流的磁感线穿过相邻区域的有2条，穿过较远区域的有1条，这样可以作出穿过各区域的磁感线分布图，如图所示，分析可知选项A正确。2.如图116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。在纸面内先后放上不同的圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1 cm,10匝；B线圈半径为2 cm,1匝；C线圈半径
9、为0.5 cm,1匝。问：(1)在B减为0.4 T的过程中，A和B中磁通量改变了多少？(2)当磁场维持0.8 T不变而方向转过30角的过程中，C中磁通量改变了多少？图116解析：(1)对A线圈：1B1R2，2B2R2，磁通量改变量|21|(0.80.4)3.14(1102)2Wb1.256104 Wb。对B线圈：|21|(0.80.4)3.14(1102)2Wb1.256104 Wb。(2)对C线圈：1Br2，磁场转过30时，2Br2cos 30，磁通量改变量|21|Br2(1cos 30)0.83.14(5103)2(10.866)Wb8.4106 Wb。答案：(1)1.256104 Wb1
10、.256104 Wb(2)8.4106 Wb感应电流的产生条件1产生感应电流的必要条件(1)电路必须是闭合电路。(2)穿过回路的磁通量发生变化。2对产生感应电流条件的理解(1)不论用什么方法，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产生。(2)在闭合电路中有磁通量但不变化，即使磁场很强，磁通量很大，也不会产生感应电流。(3)产生感应电流的条件可以归纳为两个：一个是电路本身的属性，即电路必须是闭合的；另一个是穿过电路的磁通量必须发生变化。3理解导体棒切割磁感线的方法(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117所示，甲、乙两图中，导体都切割磁感线，而图丙
11、中，导体没有切割磁感线。图117(2)即使导体“切割”了磁感线，也不一定能产生感应电流。如图118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，闭合导体回路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。图118典例 (多选)如图119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，则线框的运动情况应该是()图119A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)
12、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减小)，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。答案AD(1)在闭合电路中是否产生感应电流，取决于穿过电路的磁通量是否发生变化，而不是取决于电路有无磁通量。(2)闭合电路的部分导体做切割磁
13、感线运动是引起电路磁通量变化的具体形式之一。但闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时，不一定总会引起闭合电路的磁通量变化。如图所示，矩形线框abcd在范围足够大的匀强磁场中在垂直磁场的平面内向右平动，虽然ad、bc边都切割磁感线，但穿过线框的磁通量没有变化，因而没有产生感应电流。 1如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是()解析：选BA中线圈运动时，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流；C、D中线圈运动时穿过线圈的磁通量总为零，故无感应电流；只有B中，当线圈匀速转动时，穿过线圈的磁通量不断变化，故有电流产生，故选B。2. (多选)如图1110所示，有一金属环和一条形磁铁，下列
14、哪些过程环中会产生感应电流()图1110A环不动，将磁铁插入环中B环不动，将磁铁从环中拔出C磁铁不动，将环套入磁铁D磁铁在环中与环保持相对静止并一起向下运动解析：选ABC环不动，将磁铁插入环中，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；环不动，将磁铁从环中拔出时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；磁铁不动，将环套入磁铁时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；把磁铁在环中与环保持相对静止并一起向下运动时，穿过线圈的磁通量不变，不能产生感应电流，故选ABC。3如图1111所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框。在下列几种情况下，线框中是否产生感应电流？(1)保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中上下运动(图甲)。(2)保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中左右运动(图乙)。(3)线框绕轴线AB转动(图丙)。图1111解析：(1)图甲中，线框在磁场中上下运动的过程中，穿过线框的磁通量没有发生变化，所以无感应电流产生。(2)图乙中，线框在磁场中左右运
