1 1電磁感應(yīng) 劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn) 第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活 目標(biāo)定位 1 知道奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng) 法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 2 知道磁通量和磁通量變化量的含義 3 知道感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 內(nèi)容索引 知識(shí)探究新知探究點(diǎn)點(diǎn)落實(shí) 達(dá)標(biāo)檢測當(dāng)堂檢測鞏固反饋 知識(shí)探究 傳統(tǒng)的英格蘭科學(xué)研究方法中有一種叫做對(duì)稱思維的方法 在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)之后 學(xué)術(shù)界提出了什么新課題 一 劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn) 答案根據(jù)對(duì)稱思維的方法 學(xué)術(shù)界開始了對(duì) 把磁轉(zhuǎn)變?yōu)殡?的研究 答案 要點(diǎn)總結(jié) 1 新課題的提出 發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) 即 能轉(zhuǎn)化為 根據(jù)對(duì)稱思維的方法 在1822年提出了自己的新課題 把 轉(zhuǎn)變?yōu)?2 深入探究得真諦 法拉第把這種的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象 產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流 他把引起電流的原因概括為 在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體等 奧斯特 電 磁 法拉第 磁 電 由磁得到電 變化的電流 變化的磁場 運(yùn)動(dòng)的磁鐵 如圖1所示 框架的面積為S 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 試求 答案 二 磁通量及其變化 圖1 1 框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直時(shí) 穿過框架平面的磁通量為多少 答案BS 2 若框架繞OO 轉(zhuǎn)過60 則穿過框架平面的磁通量為多少 答案 3 若從圖示位置轉(zhuǎn)過90 則穿過框架平面的磁通量的變化量為多少 答案 BS 4 若從圖示位置轉(zhuǎn)過180 則穿過框架平面的磁通量的變化量為多少 答案 2BS 要點(diǎn)總結(jié) 1 磁通量 1 定義 閉合導(dǎo)體回路的與垂直穿過它的的乘積叫磁通量 符號(hào)為 在數(shù)值上等于穿過投影面的磁感線的 2 公式 其中S為回路平面在垂直磁場方向上的面積 也稱為有效面積 所以當(dāng)回路平面與磁場方向之間的夾角為 時(shí) 磁通量 如圖2所示 圖2 面積 磁感應(yīng)強(qiáng)度 條數(shù) BS 投影 BSsin 3 單位 韋伯 簡稱韋 符號(hào)是Wb 4 注意 磁通量是標(biāo)量 但有正 負(fù)之分 一般來說 如果磁感線從線圈的正面穿入 線圈的磁通量就為 磁感線從線圈的反面穿入 線圈的磁通量就為 磁通量與線圈的匝數(shù) 填 有關(guān) 或 無關(guān) 無關(guān) 2 磁通量的變化量 1 當(dāng)B不變 有效面積S變化時(shí) 2 當(dāng)B變化 S不變時(shí) 3 B和S同時(shí)變化 則 但此時(shí) B S 特別提醒 計(jì)算穿過某平面的磁通量變化量時(shí) 要注意前 后磁通量的正 負(fù)值 如原磁通量 1 BS 當(dāng)平面轉(zhuǎn)過180 后 磁通量 2 BS 磁通量的變化量 2BS B S B S 2 1 例1如圖3所示 有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 B 0 8T 磁場有明顯的圓形邊界 圓心為O 半徑為1cm 現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓線圈A B C 圓心均處于O處 線圈A的半徑為1cm 10匝 線圈B的半徑為2cm 1匝 線圈C的半徑為0 5cm 1匝 問 1 在B減為0 4T的過程中 線圈A和線圈B中的磁通量變化多少 答案 解析 圖3 答案A B線圈的磁通量均減少了1 256 10 4Wb 解析A B線圈中的磁通量始終一樣 故它們的變化量也一樣 B B r2 1 256 10 4Wb即A B線圈中的磁通量都減少1 256 10 4Wb 2 在磁場轉(zhuǎn)過90 角的過程中 線圈C中的磁通量變化了多少 轉(zhuǎn)過180 角呢 答案 解析 答案減少了6 28 10 5Wb減少了1 256 10 4Wb 解析對(duì)線圈C 1 B r 2 6 28 10 5Wb當(dāng)轉(zhuǎn)過90 時(shí) 2 0 故 1 2 1 0 6 28 10 5Wb 6 28 10 5Wb當(dāng)轉(zhuǎn)過180 時(shí) 磁感線從另一側(cè)穿過線圈 若取 1為正 則 3為負(fù) 有 3 B r 2 故 2 3 1 2B r 2 1 256 10 4Wb 例2磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量 如圖4所示 通有恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合線框共面 第一次將線框由位置1平移到位置2 第二次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2 設(shè)先后兩次通過線框的磁通量變化量分別為 1和 2 則 圖4 A 1 2B 1 2C 1 2D 無法確定 答案 解析 解析設(shè)閉合線框在位置1時(shí)的磁通量為 1 在位置2時(shí)的磁通量為 2 直線電流產(chǎn)生的磁場在位置1處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比在位置2處要強(qiáng) 故 1 2 將閉合線框從位置1平移到位置2 磁感線是從閉合線框的同一面穿過的 所以 1 2 1 1 2 將閉合線框從位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2 磁感線分別從閉合線框的正反兩面穿過 所以 2 2 1 1 2 以原來磁感線穿過的方向?yàn)檎较?則后來從另一面穿過的方向?yàn)樨?fù)方向 故正確選項(xiàng)為C 1 實(shí)驗(yàn)1 如圖5所示 條形磁鐵插入或拔出線圈時(shí) 線圈中電流產(chǎn)生 但條形磁鐵在線圈中靜止不動(dòng)時(shí) 線圈中電流產(chǎn)生 填 有 或 無 三 感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 圖5 有 無 2 實(shí)驗(yàn)2 如圖6所示 導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí) 線路中電流產(chǎn)生 而導(dǎo)體AB順著磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí) 線路中電流產(chǎn)生 填 有 或 無 圖6 有 無 3 實(shí)驗(yàn)3 如圖7所示 將小螺線管A插入大螺線管B中不動(dòng) 當(dāng)開關(guān)S接通或斷開時(shí) 電流表中電流通過 若開關(guān)S一直閉合 當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí) 電流表中電流通過 而開關(guān)一直閉合 滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭不動(dòng)時(shí) 電流表中電流產(chǎn)生 填 有 或 無 圖7 有 有 無 4 上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況不同 但其中肯定有某種共同的原因 完成下表并總結(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 變化 不變 變化 變化 不變 閉合 磁通量 總結(jié) 實(shí)驗(yàn)1是磁體即磁場運(yùn)動(dòng)改變磁通量 實(shí)驗(yàn)2是通過導(dǎo)體相對(duì)磁場運(yùn)動(dòng)改變磁通量 實(shí)驗(yàn)3通過改變電流從而改變磁場強(qiáng)弱 進(jìn)而改變磁通量 所以可以將產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件描述為 只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化 閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 要點(diǎn)總結(jié) 1 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 穿過電路的發(fā)生變化 2 例如 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割磁感線運(yùn)動(dòng) 在利用 切割 來討論和判斷有無感應(yīng)電流時(shí) 應(yīng)該注意 1 導(dǎo)體是否將磁感線 割斷 如果沒有 割斷 就不能說切割 如圖8所示 甲 乙兩圖中 導(dǎo)線是真 切割 而圖丙中 導(dǎo)體沒有切割磁感線 圖8 閉合 磁通量 2 是否僅是閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割磁感線運(yùn)動(dòng) 如圖丁 如果由切割不容易判斷 則要回歸到磁通量是否變化上去 例3下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 答案 解析 解析A選項(xiàng)中 電路沒有閉合 無感應(yīng)電流 B選項(xiàng)中 面積增大 通過閉合電路的磁通量增大 有感應(yīng)電流 C選項(xiàng)中 穿過線圈的磁感線相互抵消 恒為零 無感應(yīng)電流 D選項(xiàng)中 磁通量不發(fā)生變化 無感應(yīng)電流 1 電路閉合和磁通量發(fā)生變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩個(gè)條件 二者缺一不可 2 磁通量發(fā)生變化 其主要內(nèi)涵體現(xiàn)在 變化 上 磁通量很大 若沒有變化也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 磁通量雖然是零 但是如果在變化仍然可以產(chǎn)生感應(yīng)電流 例4金屬矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中做如圖所示的運(yùn)動(dòng) 線圈中有感應(yīng)電流的是 答案 解析 解析在選項(xiàng)B C中 線圈中的磁通量始終為零 不產(chǎn)生感應(yīng)電流 選項(xiàng)D中磁通量始終最大 保持不變 也沒有感應(yīng)電流 選項(xiàng)A中 在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中 磁通量做周期性變化 產(chǎn)生感應(yīng)電流 故A正確 達(dá)標(biāo)檢測 1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識(shí) 在法拉第時(shí)代 下列驗(yàn)證 由磁產(chǎn)生電 設(shè)想的實(shí)驗(yàn)中 能觀察到感應(yīng)電流的是A 將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路 然后觀察電流表的變化B 在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈 一段時(shí)間后觀察電流表的變化C 將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接 往線圈中插入條形磁鐵后 再到相鄰房間去觀察電流表的變化D 繞在同一鐵環(huán)上的兩個(gè)線圈 分別接電源和電流表 在給線圈通電或斷電的瞬間 觀察電流表的變化 答案 解析 1 2 3 4 解析同時(shí)滿足電路閉合和穿過電路的磁通量發(fā)生變化這兩個(gè)條件 電路中才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 本題中的A B選項(xiàng)都不會(huì)使得電路中的磁通量發(fā)生變化 并不滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 故都不正確 C選項(xiàng)中磁鐵插入線圈時(shí) 雖有短暫電流產(chǎn)生 但未能及時(shí)觀察 C項(xiàng)錯(cuò)誤 在給線圈通電 斷電瞬間 會(huì)引起穿過另一線圈的閉合電路磁通量發(fā)生變化 產(chǎn)生感應(yīng)電流 因此D項(xiàng)正確 1 2 3 4 2 對(duì)磁通量的理解 如圖9所示 a b是兩個(gè)同平面 同心放置的金屬圓環(huán) 條形磁鐵穿過圓環(huán)且與兩環(huán)平面垂直 則穿過兩圓環(huán)的磁通量 a b的大小關(guān)系為A a bB a bC a bD 不能比較 答案 圖9 解析 1 2 3 4 解析條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點(diǎn)是 磁鐵內(nèi) 外磁感線的條數(shù)相同 磁鐵內(nèi) 外磁感線的方向相反 磁鐵外部磁感線的分布是兩端密 中間疏 兩個(gè)同心放置的同平面的金屬圓環(huán)與磁鐵垂直且磁鐵在中央時(shí) 通過圓環(huán)的磁感線的俯視圖如圖所示 穿過圓環(huán)的磁通量 進(jìn) 出 由于兩圓環(huán)面積Sa b 故A正確 1 2 3 4 3 感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 多選 如圖10所示 豎直放置的長直導(dǎo)線通有恒定電流 有一矩形線框與導(dǎo)線在同一平面內(nèi) 在下列情況中線框產(chǎn)生感應(yīng)電流的是A 導(dǎo)線中的電流變大B 線框向右平動(dòng)C 線框向下平動(dòng)D 線框以AB邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng) 答案 1 2 3 4 圖10 4 感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 如圖11所示 繞在鐵心上的線圈與電源 滑動(dòng)變阻器和開關(guān)組成閉合回路 在鐵心的右端套有一個(gè)表面絕緣的銅環(huán)A 下列各種情況中銅環(huán)A中沒有感應(yīng)電流的是A 線圈中通以恒定的電流B 通電時(shí) 使滑動(dòng)變阻器的滑片P勻速移動(dòng)C 通電時(shí) 使滑動(dòng)變阻器的滑片P加速移動(dòng)D 將開關(guān)突然斷開的瞬間 答案 解析 圖11 解析只要通電時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑片P移動(dòng) 電路中電流就會(huì)發(fā)生變化 變化的電流產(chǎn)生變化的磁場 銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變化 有感應(yīng)電流 同樣 將開關(guān)斷開瞬間 電路中電流從有到無 仍會(huì)在銅環(huán)A中產(chǎn)生感應(yīng)電流 1 2 3 4