1、第1讲电磁感应的发现 目标定位1.知道奥斯特实验、电磁感应现象，了解电生磁和磁生电的发现过程.2.通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件.3.能说出磁通量变化的含义，会利用电磁感应产生的条件解决实际问题一、电磁感应的发现1奥斯特实验的启迪1820年，奥斯特从实验中发现了电流的磁效应，不少物理学家根据对称性的思考提出，既然电能产生磁，是否也存在逆效应，即磁产生电呢？2电磁感应现象的发现1831年，法拉第发现了“磁生电”的现象，他把这些现象正式定名为电磁感应由电磁感应现象产生的电流叫感应电流法拉第把电磁感应现象分为五类：(1)变化中的电流；(2)变化中的磁场；(3)运动中的恒定电流；(4)
2、运动中的磁铁；(5)运动中的导线二、感应电流产生的条件实验1导体在磁场中做切割磁感线的运动如图1所示，将可移动的导体AB放置在磁场中，并和电流表组成闭合回路实验操作及现象如下：图1实验操作电流计指针的摆动情况导体棒静止不摆动导体棒垂直磁感线运动摆动导体棒平行磁感线运动不摆动(填“摆动”或“不摆动”)实验2通过闭合回路的磁场发生变化如图2所示，螺线管A通过变阻器和开关连接到电源上，螺线管B的两端连到电流表上，把螺线管A装在螺线管B的里面实验操作及现象如下：图2观察操作电流计指针的摆动情况螺线管B匝数少螺线管B匝数多螺线管AB相互垂直开关接通瞬间摆动幅度小摆动幅度大不摆动电流稳定不摆动不摆动不摆动
3、开关断开瞬间摆动幅度小摆动幅度大不摆动滑动片快速推动摆动幅度大不摆动滑动片缓慢推动摆动幅度小不摆动(填“摆动幅度大”、“摆动幅度小”或“不摆动”)想一想从磁通量的角度思考上述产生感应电流的实例(1)实验1中引起感应电流的原因是什么？(2)实验2中，螺线管A没有动，回路也没有动，引起感应电流的原因是什么？实验2中的螺线管A的作用是什么？(3)产生感应电流的条件都跟哪个物理量有关？答案(1)面积变化引起磁通量的变化(2)电流变化引起磁场变化，从而引起磁通量的变化螺线管A可等效为磁铁(3)磁通量以及磁通量的变化.一、磁通量的理解及变化分析1磁通量的计算(1)B与S垂直时：BS，S为线圈的面积如图3(
4、a)所示(2)B与S不垂直时：BSBS，S为线圈在垂直磁场方向上的投影面积B为B在垂直于S方向上的分量如图(b)、(c)所示(3)某线圈所围面积内有不同方向的磁场时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，如图(d)所示图32磁通量是标量，但有正负，其正负表示与规定的穿入方向相同或相反，穿过某一面的磁通量等于各部分磁通量的代数和3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，面积S发生变化，如图4(a)所示(2)闭合电路的面积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和面积S都不变，它们之间的夹角发生变化，如图(c)所示图44用磁感线的条数表示
5、磁通量当回路中有不同方向磁感线穿过时，磁通量是指穿过某面磁感线的“净”条数，即指不同方向的磁感线的条数差例1图5如图5所示，一根条形磁铁穿过一个弹性线圈，将线圈面积拉大，放手后穿过线圈的()A磁通量减少且合磁通量向左B磁通量增加且合磁通量向左C磁通量减少且合磁通量向右D磁通量增加且合磁通量向右答案B解析放手后线圈的面积将减小，由条形磁铁磁感线分布特点可知，当弹性线圈面积减小时，磁场外部的磁通量减少，磁场内部的磁通量未发生变化，合磁通量增加，且合磁通量向左例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，开始时磁感线与线圈所在平面垂直且线圈有一半在磁场中，如图
6、6所示求：图6(1)当线圈绕ab边转过60时，线圈的磁通量以及此过程中磁通量的变化量为多少？(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为多少？答案(1)0.2 Wb0(2)00.2 Wb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，2BS，此时没有磁场穿过线圈，所以20，在图示位置1B0.2 Wb，210.2 Wb，故磁通量的变化量为0.2 Wb.针对训练1如图7所示，线框与通电直导线均位于水平面内
7、，当线框abcd由实线位置在水平面内向右平动逐渐移动到虚线位置，穿过线框的磁通量如何变化？图7答案线框的水平平动，可分为三个阶段第一阶段，从实线位置开始至bc边到达直导线位置，穿过线框的磁通量逐渐增大第二阶段，从bc边抵达直导线处开始至ad边到达直导线为止，由于向外的磁感线逐渐减少，向里的磁感线逐渐增多，所以穿过线框的总磁通量先减少(当ab、dc两边中点连线与直导线重合时，磁通量为零)后增大第三阶段，从ad边离开直导线向右运动开始至线框抵达虚线位置为止，穿过线框的磁通量逐渐减少解析直线电流I产生的磁场的磁感线的形状是以导线上的点为圆心，在竖直平面内的一组组同心圆，在电流I的右边磁感线的方向垂直
8、水平面向里，在电流I的左边磁感线的方向垂直水平面向外磁感线的疏密分布是越靠近导线磁感线越密，离导线越远磁感线越稀疏二、产生感应电流的判断1产生条件(1)电路闭合；(2)磁通量发生变化如果回路不闭合，不会产生感应电流，但仍会产生感应电动势，就好比直流电路一样，电路不闭合，没有电流，但电源仍然存在2注意事项(1)注意磁感线的反穿情况，磁通量指的是穿过某面的磁感线的“净”条数(2)磁通量是指穿过某面的合磁通量例3下列选项中能产生感应电流的是()答案B解析根据产生感应电流的条件：A中，电路没闭合，无感应电流；B中，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C中，穿过线圈的磁感线相互抵消，恒为零，无感
9、应电流；D中，磁通量不发生变化，无感应电流针对训练2在一长直导线中通以如图8所示的恒定电流时，套在长直导线上的闭合导线环(环面与导线垂直，长直导线通过环的中心)，当发生以下变化时，肯定能产生感应电流的是()图8A保持电流不变，使导线环上下移动B保持导线环不变，使长直导线中的电流增大或减小C保持电流不变，使导线在竖直平面内顺时针(或逆时针)转动D保持电流不变，导线环在与导线垂直的水平面内左右水平移动答案C解析产生感应电流的条件是磁通量发生改变，题图位置环中没有磁通量，选项A、B、D中没有使磁通量发生改变，所以都错，只有选项C中导线转动中使得环中磁通量发生改变，选C.磁通量1如图9所示，矩形线框a
10、bcd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9ABS B.BSC.BS D.BS答案B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BS，所以B正确，A、C、D错误磁通量的变化2恒定的匀强磁场中有一个圆形闭合线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，穿过线圈的磁通量发生了变化()A线圈沿自身所在的平面做匀速运动B线圈沿自身所在的平面做加速运动C线圈绕任一直径做匀速转动D线圈绕任一直径做变速转动答案CD解析做任何平面运动，垂直面积不发生变化，即磁通量不发生变化，A、B错而选项C、D中线圈
11、的垂直面积会发生变化，导致磁通量发生变化产生感应电流的判断3如图10所示，L为一根无限长的通电直导线，M为一金属环，L通过M的圆心并与M所在的平面垂直，且通以方向向上的电流I，则()图10A当L中的I发生变化时，环中有感应电流B当M左右平移时，环中有感应电流C当M保持水平，在竖直方向上下移动时环中有感应电流D只要L与M保持垂直，则以上几种情况，环中均无感应电流答案D解析由安培定则可知导线L中电流产生的磁场方向与金属环面平行，即穿过M的磁通量始终为零，保持不变，故只要L与M保持垂直，选项A、B、C三种情况均不能产生感应电流4如图11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
12、路B中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果可能实现的是()图11A先闭合S2，后闭合S1的瞬间，电流计指针偏转BS1、S2闭合后，再断开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，再断开S1的瞬间，电流计指针偏转答案AD解析S2闭合时，构成闭合回路，再闭合或断开S1的瞬间，通过A的电流变化，导致穿过线圈B的磁通量发生变化，从而产生感应电流，则电流计指针偏转，故A、D正确；若S1保持闭合状态，则通过A的电流不变，通过线圈B的磁通量不变，无论S2闭合或断开，都不会有感应电流产生，B、C错误.(时间：60分钟)题组一电磁感应现象的发现1奥斯特发现了电流
13、的磁效应，使整个科学界受到了极大的震动，通过对电流磁效应的逆向思维，人们提出的问题是()A电流具有热效应 B电流具有磁效应C磁能生电 D磁体具有磁化效应答案C2下列属于电磁感应现象的是()A通电导体周围产生磁场B磁场对电流产生力的作用C闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在电路中产生电流的现象D电荷在磁场中定向移动形成电流答案C解析通电导体周围产生磁场，是电流的磁效应现象，不是电磁感应现象，故A错误；电流在磁场中受到安培力作用，不是电磁感应现象，故B错误；闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在电路中产生电流的现象是电磁感应现象，故C正确；电荷在磁场中定向移动形成电流，不是电磁感应产生的
14、电流，不是电磁感应现象，故D错误题组二磁通量及其变化情况的分析3如图1所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场放置的两个圆环，分别用1和2表示穿过大小两环的磁通量，则有()图1A12B1出，即C0，当切断导线中电流后，经过一定时间，穿过线圈的磁通量C减小为0，所以C中有感应电流产生；D中线圈的磁通量D不为0，当电流切断后，D最终也减小为0，所以D中也有感应电流产生9.如图4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ab、cd的运动速度分别是v1、v2，若井字形回路中有感应电流通过，则可能()图
15、4Av1v2 Bv1v2Cv1v2 D无法确定答案AB10.如图5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，下列办法中可行的是()图5A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)答案ABC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
16、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线框面积的一半的乘积)11某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图6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，其原因是()图6A开关位置接错B电流表的正、负极接反C线圈B的接头3、4接反D蓄电池的正、负极接反答案A解析图中所示开关的连接不能控制含有电源的电路中电流的通断，而本实验的内容之一就是用来研究在
17、开关通断瞬间，电流的有无是否导致磁场发生变化，进而产生感应电流的情况，因而图中接法达不到目的关键是开关没有起到控制电源接通、断开的作用，开关应串联到电源和导线1、2之间12.如图7所示，在纸面内放有一个条形磁铁和一个圆形线圈(位于磁铁正中央上方)，下列情况中能使线圈中产生感应电流的是()图7A将磁铁在纸面内向上平移B将磁铁在纸面内向右平移C将磁铁绕垂直纸面的轴转动D将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内答案D解析磁铁在线圈所处位置产生的磁感线与线圈平面平行，穿过线圈的磁通量为零，将磁铁在纸面内向上平移、向右平移和将磁铁绕垂直纸面的轴转动，穿过线圈的磁通量始终都是零，没有发生变化，所以不会产生感应电
18、流将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内时，穿过线圈的磁通量由零开始逐渐变大，磁通量发生了变化，所以有感应电流产生，D正确，A、B、C错误13.如图8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，磁感应强度为B0，此时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8答案见解析解析要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化，在t0时刻，穿过线圈平面的磁通量1B0SB0l2设t时刻的磁感应强度为B，此时磁通量为2Bl(lvt)由12，得B.