1、11电磁感应划时代的发现1了解与电磁感应现象的发现相关的物理学史2知道电磁感应现象和感应电流的定义3知道磁通量，会对其变化进行分析和计算4知道产生感应电流的条件，会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验(重点)5领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研究物理问题时的重要性一、法拉第发现电磁感应的艰难历程事件意义电生磁1820年，丹麦奥斯特发现电流的磁效应拉开了研究电与磁相互关系的序幕磁生电奥斯特、科拉顿、亨利等致力于磁生电的研究科学探索是曲折的，真理追求是执着的1831年，英国法拉第发现了电磁感应现象揭示了电和磁的内在联系，引领人类进入电气时代二、探究感应电流产生的条件1探究
2、实验：利用磁铁在螺线管中的运动将条形磁铁插入或拔出与电流表构成闭合电路的螺线管的过程中，穿过螺线管的磁通量发生变化，观察到电流表的指针发生偏转2探究实验：利用通电螺线管的磁场螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个闭合回路，螺线管B与电流表组成一个闭合回路，螺线管A放在螺线管B内，当开关闭合或断开的瞬间、滑动变阻器的滑片移动、螺线管A离开或进入螺线管B时，螺线管B中的磁通量发生变化，电流表的指针发生偏转，闭合电路中产生了感应电流3结论：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如图中为何在电流表中显示无电流通过？结合图试举一例说明怎样才能产生感应电流？提示：(1)因线圈中磁通
3、量没有变化(2)让线圈沿磁铁抽出磁通量及其变化的分析和计算1磁通量与磁通量变化量的理解磁通量磁通量变化量物理意义某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数穿过某个面的磁通量的差值大小计算BS，S为与B垂直的面积，不垂直时，取S在与B垂直方向上的投影21要首先规定正方向说明穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用BS，应考虑相反方向的磁通量抵消以后所剩余的磁通量与磁场垂直的平面，开始时和转过180时穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，|2BS而不是零2磁通量变化的几种形式磁通量的变化一般有四种情形：(1)B不变，S变化，则BS如图甲所示，闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动，闭合回路面积发生变化，引起磁
4、通量变化(2)B变化，S不变，则BS如图乙所示，由于磁铁插入或拔出线圈，使线圈所处的磁场发生变化，引起磁通量变化(3)B变化，S也变化，则B2S2B1S1如图丙所示，设回路面积从S18 m2变到S218 m2，磁感应强度B同时从B101 T变到B208 T，则回路中磁通量的变化为21B2S2B1S1136 Wb若按BS(0801)(188) Wb7 Wb计算就错了(4)B不变，S不变，变化，则BS(sin 2sin 1)如图丁所示，闭合线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO转动，B不变，S不变，但B和S的夹角发生变化，引起穿过线圈的磁通量变化(1)磁通量是标量，但有正负之分，正负仅
5、表示穿入或穿出某面，而且是人为规定(2)线圈为多匝时，不影响磁通量的计算，即NBS，因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响(3)若线圈面积S1大于磁场区域面积S2，如图，那么BS中的S应指闭合回路中处于磁场中的那部分有效面积S2一个100匝的线圈，其横截面是边长为L020 m的正方形，放在磁感应强度为B050 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？思路点拨 解此题从以下三点思考：(1)磁通量大小的计算BS(2)磁通量的变化量21(3)周长不变的线圈形状变化，面积变化情况解析闭合线圈由正方形变为圆
6、形(周长不变)，其所围成的面积发生了改变，磁感应强度B未变，只要求出这两种情况的即可求出线圈横截面是正方形时的面积S1L2(020)2 m240102 m2穿过线圈的磁通量1BS105040102 Wb20102 Wb横截面形状为圆形时，其半径r4L/(2)2L/横截面积大小S2(2L/)216/(100) m2穿过线圈的磁通量2BS205016/(100) Wb255102 Wb所以，磁通量的变化21(25520)102 Wb55103 Wb答案55103 Wb1如图所示两个环a和b，其面积SaSb，它们套在同一条形磁铁的中央，试比较穿过环a、b的磁通量的大小解析：条形磁铁磁场的磁感线的分布
7、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，通过其中的磁感线的俯视图如图所示，穿过圆环的磁通量内外，由于两圆环面积SaSb，两圆环的内相同，而外ab答案：ab感应电流产生的条件1产生感应电流的条件(1)电路为闭合电路(2)穿过电路的磁通量发生变化(1)、(2)两条必须同时满足，才能产生感应电流2判断有无感应电流的基本思路(1)看回路是否闭合，如果回路不闭合时，无论如何也不会产生感应电流(2)看磁场方向与回路平面之间的关系，即磁场的方向与回路平面是垂直、平行或成某一夹角(3)看穿过闭合回路
8、的磁感线的条数是否发生变化，若变化则产生感应电流，否则不产生感应电流如图所示，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
9、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中磁通量变小答案A感应电流产生的条件(1)闭合回路中能否产生感应电流是由磁通量是否变化决定的，而与磁通量的大小无关，解题关键是分析题给条件的变化能否引起磁通量的变化(2)对于非匀强磁场和电流的磁场，要弄清磁感线的分布情况(3)导体切割磁感线不一定能产生感应电流 2在一个专门研究地磁场的实验室的水平桌面上，放置一个边长为L的正方形闭合线圈，线圈的ad边指向南北，如图所示，下列几种说法正确的是()A线圈以速度v向东平动时，线圈中有感应电流B线圈以速度v向南平动时，线圈中有感应电流C以ab边为轴，将
10、cd边迅速翻转90的过程中，线圈中有感应电流D以ab边为轴，将cd边迅速翻转180的过程中，线圈中无感应电流解析：选C无论线圈向东或向西，向南或向北平动，忽略地磁场磁感应强度的变化，线圈的磁通量不变，没有感应电流产生，A、B错，以ab边为轴，将cd边翻转90或180的过程中，磁通量发生了变化，有感应电流产生，C对，D错电流磁效应与感应电流产生条件的综合应用如图所示，线圈A中接有如图所示的电源，线圈B有一半的面积处在线圈A中，两线圈平行但不接触则在开关S闭合的瞬间，线圈B中有无感应电流？解析将S闭合的瞬间，与线圈A组成的闭合电路有电流通过，线圈A产生的磁通量要穿过线圈B线圈A是环形电流，其磁场不
11、仅穿过线圈内所包围的面积，方向向外；也穿过线圈外的广大面积，方向向里所包围的面积内磁通密度大，外围面积内的磁通密度小对线圈B，与A重合的一半面积内向外的磁通量大于另一半面积内向里的磁通量，因此线圈B所包围的总磁通量不为零，而是方向向外也就是说在开关S闭合的瞬间，穿过线圈B的磁通量增加，所以有感应电流答案有感应电流(1)正确掌握电流周围磁场的判断方法安培定则(2)理解感应电流产生条件的关键是：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随堂检测1了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要则以下符合事实的是()A丹麦物理学家奥斯特梦
12、圆电生磁，终于发现了电磁感应现象B洛伦兹发现了“磁生电”现象C法拉第首先发现了电磁感应现象，并总结出引起感应电流的原因D安培定则用来判断通电导线在磁场中所受安培力的方向解析：选C物理学家奥斯特梦圆电生磁，法拉第发现了电磁感应现象，选项A错误；法拉第发现了“磁生电”现象，选项B错误；法拉第首先发现了电磁感应现象，并总结出引起感应电流的原因，选项C正确；左手定则用来判断通电导线在磁场中所受安培力的方向，选项D错误2下述关于产生感应电流的条件的说法，正确的是()A位于磁场中的闭合线圈，一定能产生感应电流B闭合线圈和磁场产生相对运动，一定能产生感应电流C闭合线圈做切割磁感线运动，一定能产生感应电流D穿
13、过闭合线圈的磁感线条数发生变化，一定能产生感应电流解析：选D线圈位于磁场中，如果磁通量不发生变化，则没有感应电流产生，故A错误；线圈中是否有感应电流产生与线圈是否运动无关，要看其磁通量是否变化，故B错误；回路中部分导体切割磁感线时，有感应电流产生，整个闭合线圈切割磁感线运动，其磁通量不发生变化，因此无感应电流产生，故C错误；穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化，即磁通量发生变化，一定有感应电流产生，故D正确3用如图所示的实验装置探究电磁感应现象，下列操作中能产生感应电流的是()A手持导体棒不动，将开关由断开到闭合的瞬间B保持开关闭合，手持导体棒竖直上、下移动C保持开关闭合，手持导体棒水平左、右移动
14、D保持开关闭合，手持导体棒沿棒方向前、后水平移动解析：选C开关由断开到闭合的过程中，导体棒、开关和电流表组成的回路中磁通量不发生变化，也不会有感应电流产生保持开关闭合，使之具备了产生感应电流的第一个条件：电路闭合；若要产生感应电流，还必须同时具备第二个条件：穿过电路的磁通量发生变化，B、D选项中的棒竖直上、下移动或沿棒方向水平移动，棒都没有切割磁感线，闭合回路中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流C中棒水平左、右移动，切割了磁感线，闭合回路中的磁通量发生变化，有感应电流产生4如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由平移到，第二次将金属框绕cd边翻转到，设先后两次通过金
15、属框的磁通量变化分别为1和2，则()A12B12C1d，线框以速度v匀速通过磁场区域，如图所示，线框从进入到完全离开磁场的时间内，线框中没有感应电流的时间是()A BC D解析：选B由于Ld，所以只有在线框进入磁场的过程中(bc边未出磁场的过程中)和离开磁场的过程中(仅ad边在磁场中的过程中)，穿过线框的磁通量才发生变化，产生感应电流ad边和bc边都在磁场外的过程中，没有感应电流，故t4一磁感应强度为B的匀强磁场，方向水平向右，面积为S的矩形线圈abcd，如图所示放置，平面abcd与竖直方向成角，将abcd绕ad轴转180角，则穿过线圈平面的磁通量变化量为()A0 B2BSC2BScos D2
16、BSsin 解析：选C可先求始末状态的磁通量，由|21|，便可求出磁通量的变化开始时，穿过线圈平面的磁通量为1BScos ，后来穿过线圈平面的磁通量为2BScos 故磁通量变化量为|21|2BScos 5如图所示，两线圈绕在圆环铁心上，则下列说法中正确的是()A当S闭合瞬间，小电灯由暗到亮，直至正常发光B当S始终闭合时，小电灯就能正常发光C当S断开瞬间，小电灯由原来的不亮到亮一下D上述说法都是错误的解析：选C在此结构中，左线圈中电流产生的磁场的磁感线，可以通过圆环铁心内部穿过右边线圈当S闭合或断开的瞬间，其电流及电流产生的磁场就要发生改变，即穿过右线圈的磁通量就发生改变，则小电灯中有瞬间的电流
17、通过而发光；一旦左线圈的电流不再变化，则穿过两线圈的磁通量都不再变化了，小电灯中不再产生感应电流，因而不再发光，故选项C是正确的，A、B、D项错误二、多项选择题6下列关于发现电磁感应现象的说法正确的是()A法拉第发现电磁感应现象只是一种偶然B其他人在研究过程中没有收获是因为没有穷追到底C科学家对自然现象、自然规律的某些“信念”，在科学发现中起着重要作用D成功属于坚持不懈的有心人解析：选BCD法拉第和其他同时代从事电磁感应研究的科学家有着共同的信念：自然界应该是和谐统一的正因为在这种信念影响下从事研究，终于在科学上有所发现，但他们往往没有穷追到底，所以B、C对；法拉第发现电磁感应除了有坚定信念，
18、同时具有踏实、客观的科学态度，十年坚持不懈的努力，终于取得了重大突破，所以A错，D对7如图所示，在探究电磁感应现象的实验中，下列在闭合线圈中能产生感应电流的是()A向线圈中快速插入条形磁铁B向线圈中匀速插入条形磁铁C把条形磁铁从线圈中快速拔出D把条形磁铁静止地放在线圈中解析：选ABC磁铁插入或拔出线圈时，无论动作是快速、匀速还是慢速，只要磁铁和线圈有相对运动，穿过闭合线圈的磁通量就发生了变化，线圈中就能产生感应电流而把条形磁铁静止地放在线圈中，穿过线圈的磁通量不变，即使线圈闭合也不会在其中产生感应电流8如图所示，线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法中正确的是()A进入匀强磁场区域的过
19、程中，abcd中有感应电流B在匀强磁场中加速运动时，abcd中有感应电流C在匀强磁场中匀速运动时，abcd中没有感应电流D离开匀强磁场区域的过程中，abcd中没有感应电流解析：选AC在有界的匀强磁场中，常常需要考虑线框进场、出场和在场中运动的情况，abcd在匀强磁场中无论匀速还是加速运动，穿过abcd的磁通量都没有发生变化，都不会产生感应电流在进场和出场的过程中穿过线框的磁通量均发生变化，产生感应电流9如图所示，用导线做成的圆形线圈与一直导线构成几种位置组合，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，并与中心轴重合当切断直导线中的电流时，圆形线
20、圈中会有感应电流产生的是()解析：选BC对图A而言，因为通电直导线位于圆形线圈所在平面内，且与直径重合，因此穿过圆形线圈的磁通量为零，当切断直导线中的电流时，磁通量在整个过程中始终为零，所以圆形线圈中不会有感应电流产生；对图B而言，因为穿过圆形线圈的磁通量为大、小两个部分磁通量之差，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，故圆形线圈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，因为圆形线圈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，磁通量在整个过程中始终为零，所以圆形线圈中不会有感应电流产生10如图所示的实验中，在一个足够大的
21、磁铁的磁场中，如果AB沿水平方向运动速度的大小为v1，两磁极沿水平方向运动速度的大小为v2，则()A当v1v2，且方向相同时，可以产生感应电流B当v1v2，且方向相反时，可以产生感应电流C当v1v2时，方向相同或相反都可以产生感应电流D当v20，v1的速度方向改为与磁感线的夹角为，且90，可以产生感应电流解析：选BCD若v1v2，且方向相同，二者无相对运动，AB不切割磁感线，回路中无感应电流，A错；若v1v2，且方向相反，则AB切割磁感线，穿过回路的磁通量变大或变小，都有感应电流产生，B对；当v1v2时，无论方向相同或相反，二者都有相对运动，穿过回路的磁通量都会发生变化，有感应电流产生，C对；
22、当v20，v1与磁感线的夹角90时，v1有垂直磁感线方向的分量，即AB仍在切割磁感线，穿过回路的磁通量发生变化，有感应电流产生，D对三、非选择题11匀强磁场的磁感应强度B08 T，矩形线圈abcd的面积S05 m2，共10匝开始时，B与S垂直，且线圈有一半在磁场中，如图所示(1)当线圈绕ab边转过60角时，求此时线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的变化量(2)当线圈绕dc边转过60角时，求此时线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的变化量解析：(1)当线圈由图示位置绕ab边转过60角时，BSBScos 600805 Wb02 Wb在此过程中S在磁场中的那部分面积没变，穿过线圈的磁感线条数没变，故磁通量变化量0(2)当线圈绕dc边转过60角时，此时S在磁场中的面积为零，所以0在此过程中，0BS02 Wb，即磁通量改变了02 Wb答案：见解析12如图所示，在边长为2l的正方形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，有一边长为l的正方形导线框沿垂直磁场方向以速度v匀速通过磁场区域，从ab边刚进入磁场时开始计时(t0)：(1)试指出哪些时间段线框中有感应电流产生；(2)画出磁通量随时间变化的图像解析：(1)线框进入磁场的过程，在0时间段内有感应电流产生；线框离开磁场的过程，在时间段内有感应电流产生(2)如图所示，图中磁通量最大值mBSBl2答案：见解析
