1、第1节磁生电的探索学习目标核心提炼1.了解电磁感应现象发现的过程，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神。1个条件感应电流的产生条件3个概念磁通量、电磁感应、感应电流3个实验导体切割磁感线实验、线圈中插入或抽出磁铁实验、模仿法拉第的实验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能否产生感应电流。一、电磁感应的探索历程阅读教材第34页，了解电磁感应现象的发现过程，并且知道什么是感应电流。1.发现“电生磁”：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕。2.探索“磁生电”：奥斯特发现了“电生磁”
2、的现象之后，激励人们去探索“磁生电”的方法。比较著名的物理学家有菲涅尔、安培、科拉顿、亨利等，这其中已经发现感应电流的科学家是亨利。3.法拉第的探索：英国科学家法拉第前后经过十年坚持不懈的探索，终于悟出了磁生电的基本原理。这一划时代的伟大发现进一步揭示了电和磁的内在联系，引领人类社会进入了电气时代。思维拓展电流的磁效应与电磁感应有什么区别？答案电流的磁效应是指电流周围产生磁场，即“电生磁”。电磁感应现象是利用磁场产生感应电流，即“磁生电”。“电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象，要正确区分这两种现象，弄清现象的因果关系是关键。二、科学探究感应电流产生的条件阅读教材第56页，了解三个探究
3、实验的过程，明确什么情况下才能产生感应电流，并能归纳出结论。1.探究感应电流产生的条件实验1如图1所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生。(填“有”或“无”)图1实验2如图2所示，当条形磁铁插入或抽出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。(填“有”或“无”)图2实验3如图3所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中无电流通过。(填“有”或“无”)图
4、3结论归纳：产生感应电流的条件是：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电流。2.电磁感应：因磁通量变化而产生电流的现象。3.感应电流：由电磁感应现象所产生的电流叫做感应电流。思考判断(1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。()(2)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。()(3)穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流。()(4)闭合正方形线框在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流。()预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2磁通量及其变化要点归纳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
5、少。(2)磁通量是标量，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.匀强磁场中磁通量的计算(1)B与S垂直时，BS。(2)B与S不垂直时，BS，B为B垂直于线圈平面的分量。如图4甲所示，BS(Bsin )S。也可以BS，S为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，如图乙所示，BSBScos 。图43.磁通量的变化大致可分为以下几种情况(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化。如图5(a
6、)所示。(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化。如图(b)所示。(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化。如图(c)所示。图5 精典示例例1 如图6所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为()图6A.11 B.12 C.14 D.41解析两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样，则穿过两线圈的磁感线条数一样，即磁通量相同，故选项A正确。答案A例2 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图7所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕
7、cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为1和2，则()图7A.12 B.12C.12。将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以1|21|12；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以2|(2)1|12(以原来穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)。故选项C正确。答案C(1)求解磁通量的变化量时要取有效面积。(2)磁通量的变化与线圈的匝数无关。(3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正、负不同。针对训练1 边长L10 cm的正方形线框有10匝，固定在匀强磁场中，磁场方向与线框平面间的夹角30，如
8、图8所示，磁感应强度随时间的变化规律为B23t(T)，求：图8(1)2 s末穿过线框的磁通量；(2)第3 s内穿过线框的磁通量的变化量。解析(1)2 s末穿过线框的磁感应强度B2(232) T8 T，由BSsin 知2 s末穿过线框的磁通量B2Ssin 8(0.1)2sin 30 Wb4102 Wb。(2)第3 s内磁感应强度的变化B3 T，所以BSsin 3(0.1)2sin 30 Wb1.5102 Wb。答案(1)4102 Wb(2)1.5102 Wb能否产生感应电流的判断要点归纳1.感应电流产生条件的理解(1)不论什么情况，只要满足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。
9、(2)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。2.与的区别与意义不同，大小也没有必然的联系。感应电流的产生与无关，只取决于的变化，即与有关。精典示例例3 下列图中能产生感应电流的是()解析根据产生感应电流的条件可判断：A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，穿过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，恒为零，0，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流。答案B(1)判断闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流时，一定注意“部分导体”“切割”的含义。(2)磁感线的条数可用来形象地表示一个回路的磁通量大小
10、，所以可充分利用穿过闭合电路的磁感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化。针对训练2 如图9是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情境。当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了。下图中能反映出金属探测器工作原理的是()图9解析探测器靠近金属物体时，工作原理是电磁感应，选项B是导体棒切割磁感线，属于电磁感应现象，选项C是通电导体在磁场中受力运动，选项A、D是电流的磁效应。综上所述，选项B正确。答案B1.(对磁通量的理解)关于磁通量，下列叙述正确的是()A.在匀强磁场中，穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积B
11、.在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈的大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大C.把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M处的磁感应强度一定比N处大D.同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大解析磁通量等于磁感应强度与垂直于磁场方向上的投影面积的乘积，A错误；线圈面积大，但投影面积不一定大，B错误；磁通量大，磁感应强度不一定大，C错误、D正确。答案D2.(磁通量的比较)如图10所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过两圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量a、b的大小关系为()图10A.abB.abC.abD.不能比
12、较解析条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：磁铁内外磁感线的条数相同；磁铁内外磁感线的方向相反；磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏。两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中一个圆环的磁感线的俯视图如图所示，穿过该圆环的磁通量进出，由于两圆环面积SaSb，两圆环的进相同，而出ab，故选项A正确。答案A3.(感应电流产生条件的理解)(多选)如图11所示，下列情况能产生感应电流的是()图11A.如图甲所示，导体棒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
13、，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时解析A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故选项A错误；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故选项B正确；C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，线圈中不产生感应电流，故选项C错误；D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的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，故选项D正确。答案BD4.(产生感应电流的判断)(多选)如图12所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在
14、磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是()图12A.将线框向左拉出磁场B.以ab边为轴转动C.以 ad边为轴转动(小于60)D.以bc边为轴转动(小于60)解析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小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流。如果转过的角度超过60(60300)，bc边在无磁场区转动，那么线框中将
15、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线框面积的一半的乘积)。答案ABC基础过关1.在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化解析产生感应电流必须满足的条件：电
16、路闭合；穿过闭合电路的磁通量要发生变化。选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B观察不到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也观察不到电流表的变化；选项D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选项D正确。答案D2.如图1所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成角，已知sin ，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为()图1A.BS B.BS C.BS D.BS解析根据磁通量的定义可得通过线框的磁通量BSsin ，代入解得B
17、S，所以选项B正确。答案B3.如图2所示，AB是水平面上一个圆的直径，在过AB的竖直面内有一根通电直导线CD，已知CDAB。当CD竖直向上平移时，电流的磁场穿过圆面积的磁通量将()图2A.逐渐增大 B.逐渐减小C.始终为零 D.不为零，但保持不变解析由于CD位于AB的正上方，根据安培定则可知，CD产生的磁感线在以AB为直径的圆内穿入和穿出的条数相同，所以不管导线CD在竖直方向上位置怎么变化，下面圆内部的磁通量始终为0。选项C正确。答案C4.(多选)如图3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。这两条金属棒a
18、b、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流产生，则可能()图3A.v1v2 B.v1v2C.v1v2 D.无法确定解析只要金属棒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。答案AB5.如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是()解析利用安培定则判断直导线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直导线电流产生的磁场分布情况是靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁
19、场弱。所以A中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为A出进0，即使切断导线中的电流，A也始终为0，A中不可能产生感应电流。B中线圈平面与导线的磁场平行，穿过B中线圈的磁通量也始终为0，B中也不能产生感应电流。C中穿过线圈的磁通量如图乙所示，进出，即C0，当切断导线中电流后，穿过线圈的磁通量减小为0，所以C中有感应电流产生。D中线圈的磁通量如图丙所示，其有效磁通量为D出进0，即使切断导线中的电流，D也始终为0，D中不可能产生感应电流。答案C6.(多选)如图4所示，电流表与螺线管组成闭合电路，以下能使电流表指针偏转的是()图4A.将磁铁插入螺线管的过程中B.磁铁放在螺线管中不动时C.将磁铁从
20、螺线管中向上抽出的过程中D.磁铁静止而将螺线管向上移动解析只要螺线管中的磁通量发生变化，回路中就有感应电流，指针便会偏转；只要螺线管中的磁通量不发生变化，回路中便无感应电流，指针便不会偏转。在磁铁插入、抽出过程中螺线管中的磁通量均发生变化，能产生感应电流，电流表指针偏转。故选项A、C正确；磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量不发生变化，无感应电流产生，故选项B错误；由于磁铁静止而螺线管向上移动，螺线管中的磁通量发生变化，有感应电流产生，电流表指针偏转，故选项D正确。答案ACD7.(多选)闭合线圈按如图所示的方式在磁场中运动，则穿过闭合线圈的磁通量发生变化的是()解析A图中，图示状态0，转至
21、90过程中增大，因此磁通量发生变化；B图中离直导线越远磁场越弱，磁感线越稀，所以当线圈远离导线时，线圈中磁通量不断变小；C图一定要把条形磁铁周围的磁感线空间分布图弄清楚，在图示位置，线圈中的磁通量为零，在向下移动过程中，线圈的磁通量一直为零，磁通量不变；D图中，随着线圈的转动，B与S都不变，B又垂直于S，所以BS始终不变，故选项A、B正确。答案AB能力提升8.如图5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正确的是()图5A.磁通量增大，有感应电流产生B.磁通量增大，无感应
22、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。答案C9.(多选)如图6所示，导线框MNQP近旁有一个跟它在同一竖直平面内的矩形线圈abcd，下列说法正确的是()图6A.当电阻变大时，abcd中有感应电流B.当电阻变小时，abcd中无感应电流C.电阻不变，将abcd在其原来所在的平
23、面内向PQ靠近时，abcd中有感应电流D.电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内远离PQ时，abcd中有感应电流解析当电阻变化或abcd靠近、远离PQ时，穿过abcd的磁通量发生变化，会产生感应电流。故选项A、C、D正确，选项B错误。答案ACD10.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
24、。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11.如图8所示，线圈与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈与电流计相连，线圈与线圈绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计中是否有示数？图8(1)开关闭合瞬间；(2)开关闭合稳定后；(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；(4)开关断开瞬间。解析(1)开关闭合瞬间线圈中电流从无到有，电流的磁场也从无到有，穿过线圈的磁通量也从无到有，线圈中产生感应电流，电流计有示数。(2)开关闭合稳定后，线圈中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈中虽有磁通量但磁通量恒定不变，线圈中无感应电流产生，电流计无示数。(
25、3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，电阻变化，线圈中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈的磁通量也发生变化，线圈中有感应电流产生，电流计有示数。(4)开关断开瞬间，线圈中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过线圈的磁通量也从有到无，线圈中有感应电流产生，电流计有示数。答案(1)有(2)无(3)有(4)有12.如图9所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t0时刻，磁感应强度为B0，此时刻MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式。图9解析要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线框平面的磁通量不发生变化，在t0时刻，穿过线框平面的磁通量1B0SB0l2设t时刻的磁感应强度为B，此时刻磁通量为2Bl(lvt)由12得B。答案B
