电磁感应现象及应用\n一、电磁感应现象1.发现历程(1)1820年,奥斯特发现了电流的,表明了电能生磁.1831年,英国物理学家发现了磁能生电.(2)1820～1831年,安培、菲涅耳、阿拉果、沃拉斯顿、科拉顿等纷纷投身于探索磁与电的关系之中.(3)1822年,法拉第提出“由电产生磁、由磁产生电”的大胆设想,并由此开始了长达十年的艰苦探索.2.电磁感应现象:由的现象.3.感应电流:由现象产生的电流.磁效应法拉第磁生电电磁感应\n4.法拉第的概括变化运动\n二、探究感应电流的产生条件1.实验探究探究1:导体在磁场中的情况.(如图所示)实验操作实验现象(有无电流)导体ab与磁场相对静止.导体ab平行于磁感线运动.导体ab做切割磁感线运动.实验探究结论:导体ab切割磁感线,通过闭合回路的磁通量,有感应电流产生.无无有发生变化\n探究2:磁铁插入、抽出线圈.(如图所示)实验操作实验现象(有无电流)N极向下插入线圈.停在线圈中.从线圈中抽出.S极向下插入线圈.停在线圈中.从线圈中抽出.有无有有无有\n实验探究结论:将磁铁插入或抽出螺线管时,通过螺线管闭合回路的磁通量,有感应电流产生.发生变化\n探究3:螺线管A放在螺线管B内.(如图所示)\n实验操作实验现象(有无电流产生)闭合开关的瞬间.闭合开关,A中电流稳定后,滑动变阻器电阻变大.闭合开关,A中电流稳定后,滑动变阻器电阻不变.闭合开关,A中电流稳定后,滑动变阻器电阻变小.断开开关的瞬间.有有无有有\n实验探究结论:导体和磁场间并没有发生相对运动,当螺线管A中的电流发生变化时,螺线管B所处的磁场,从而引起穿过螺线管B的发生变化,螺线管B所在的闭合回路中有感应电流产生.2.实验结论只要使穿过闭合电路的磁通量发生,闭合电路中就有产生.发生变化磁通量变化感应电流\n要点一磁通量及变化分析【问题导引】1.对于规定的某一个面,磁场从该面穿入或穿出时磁通量是否一样?答案:磁通量是一个标量,但是为了区分从同一面穿入或穿出的不同,我们一般规定磁场从某面穿入时为正磁通量,从该面穿出时则为负磁通量.\n2.当讨论多匝线圈所在区域的磁通量大小及磁通量变化时,是否考虑线圈的匝数?答案:磁通量及磁通量变化量的大小是对某个面而言的,不是针对于线圈的,故不需要考虑其匝数.\n【要点透析】1.公式Φ=BS中S是指闭合电路中包含磁场的那部分有效面积如图(甲)所示,若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直,面积分别为S1和S2,且S1>S2,但磁场区域恰好只有ABCD那么大,穿过S1和S2的磁通量是相同的.因此,Φ=BS中的S应是指闭合电路中包含磁场的那部分有效面积S2.\n2.当S与B不垂直时磁通量的计算可以采用投影的方法,将面积S投影到与磁场垂直的平面上,如图(乙)所示,就可以得到计算磁通量的一般公式Φ=BS垂=BScosθ,θ为闭合电路平面与垂直磁场方向间的夹角.\n3.磁通量虽然是标量,却有正负之分如图(甲)所示,有两个环a和b,其面积Sa<Sb,它们套在同一磁铁的中央,试比较穿过环a、b的磁通量的大小.我们若从上往下看,则穿过环a、b的磁感线如图(乙)所示,磁感线有进有出,相互抵消后,即Φa=Φ出-Φ进,Φb=Φ出-Φ进′,得Φa>Φb,由此可知,若有像如图(乙)所示的磁场,在求磁通量时要按代数和的方法求总的磁通量.\n4.磁通量的变化量因为求磁通量的变化量只注重其数值(或大小),所以可总结为初末状态同向时:ΔΦ=Φ1-Φ2,初末状态反向时:ΔΦ=Φ1+Φ2.\n【典例1】如图,导线框abcd与直导线在同一平面内,直导线中通有恒定电流I,当线框自左向右匀速通过直导线的过程中,穿过线框的磁通量是如何变化的?〚思路探究〛(1)通电直导线周围磁场分布有何特点?答案:离导线越近,磁场越强,反之越弱.(2)有不同的磁场穿过线框时,如何求穿过线框的磁通量?答案:穿过线框的磁通量应是正负磁通量的代数和.\n解析:磁场的分布情况如图所示,开始运动到A位置,向外的磁通量增加,当dc边进入直导线右侧,直到线框在正中间位置B时,合磁通量为0,接着运动到C,向里的磁通量增加,当ab边离开直导线后,向里的磁通量减少.开始位置→A,磁通量增加;A→B,磁通量减少(B位置时Φ=0);B→C,磁通量增加;C以后磁通量减少.答案:增加→减少→增加→减少\n方法技巧磁通量变化的判断(1)有相反方向的磁场穿过某一面的磁通量的判断:首先弄清哪个方向的磁通量大,再看它们各自的变化,进而判断总磁通量的变化.(2)利用磁感线的净条数判断磁通量的增、减变化.\n〚针对训练1-1〛边长L=10cm的正方形线框,固定在匀强磁场中,磁场方向与线圈平面间的夹角θ=30°,如图所示,磁感应强度随时间变化的规律为B=(2+3t)T,则2s末和3s末穿过线圈的磁通量分别为多少?\n解析:2s末的磁感应强度为B1=(2+3×2)T=8T,3s末的磁感应强度为B2=(2+3×3)T=11T.则2s末和3s末的磁通量分别为Φ1=B1Ssin30°=8×0.12×0.5Wb=4×10-2WbΦ2=B2Ssin30°=11×0.12×0.5Wb=5.5×10-2Wb.答案:4×10-2Wb　5.5×10-2Wb\n要点二　感应电流有无的判断答案:【问题导引】1.如何判断感应电流的有无?引起磁通量变化有哪些情况?\n2.磁通量发生变化的过程中,磁通量有可能为零吗?答案:ΔΦ指两状态下磁通量的变化量,其大小ΔΦ=Φ1-Φ2,Φ指的是某状态下通过面S的磁通量的大小,两者大小没有必然联系,即Φ大时,ΔΦ可能很小或者为零,ΔΦ很大时,某时刻Φ也可以为零.\n【要点透析】1.产生感应电流的条件(1)电路闭合;(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)两个条件同时满足,才能产生感应电流.(2)条件(1)反映了电路本身的属性,条件(2)的主要内涵体现在“变化”两字上,如果穿过电路的磁通量很大但不变化,也不会产生感应电流.\n【典例2】如图所示,闭合圆导线圈平行地放置在匀强磁场中,其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两直径,试分析线圈做以下哪种运动时能产生感应电流()A.使线圈在纸面内平动或转动B.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动C.使线圈以ac为轴转动D.使线圈以bd为轴稍做转动\n〚思路探究〛(1)线圈绕ac轴转动时,垂直于磁场方向的面积发生变化吗?答案:无论线圈转到何位置,线圈垂直于磁场方向的面积始终为零.(2)若线圈绕bd轴转动处在图示位置时磁通量、磁通量的变化是否为零?答案:线圈处在图示位置时磁通量为零,但此位置前、后磁通量均不为零,因此磁通量的变化不为零.解析:线圈在匀强磁场中运动,磁感应强度B为定值,根据ΔΦ=B·ΔS知,只要回路相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0,则磁通量一定要改变,回路中一定有感应电流产生.当线圈在纸面内平动或转动时,线圈相对磁场的正对面积始终为零,因此ΔS=0,因而无感应电流;当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外运动时,同样ΔS=0,也无感应电流产生;当线圈以ac为轴转动时,线圈相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零,回路中仍无感应电流;当线圈以bd为轴稍做转动,则线圈相对磁场的正对面积发生了改变,因此在回路中产生了感应电流.答案:D\n方法技巧判断磁通量变化的常用方法磁感线的条数可用来形象地表示一个回路的磁通量大小,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.\n〚针对训练2-1〛(多选)如图所示,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(　　)A.v1>v2B.v1<v2C.v1=v2D.无法确定解析:只要金属棒ab、cd的运动速度不相等,“井”字形回路中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:AB\n1.关于感应电流,下列说法中正确的是()A.只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生B.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C.线圈不闭合时,即使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中也没有感应电流D.只要电路中的一部分导体做切割磁感线的运动,电路中就一定有感应电流C解析:产生感应电流的条件:一是电路闭合,二是穿过闭合电路的磁通量发生变化,故选项A、B、D错误,C正确.\n2.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量,如图所示,通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面,第一次将线框由1平移到2,第二次将线框绕cd边翻转到2,设先后两次通过线框的磁通量变化分别是ΔΦ1和ΔΦ2,则()A.ΔΦ1>ΔΦ2B.ΔΦ1=ΔΦ2C.ΔΦ1<ΔΦ2D.无法确定C解析:设线框在位置1时磁通量大小为Φ1,在位置2时的磁通量大小为Φ2,直导线电流产生的磁场在1处比在2处要强,若平移线框,则ΔΦ1=Φ1-Φ2,若转动线框,磁感线是从线框的正反两面穿过的,一正一负,因此ΔΦ2=Φ1+Φ2,根据分析知:ΔΦ1<ΔΦ2,选项C正确.\n3.(多选)在如图所示的各图中,闭合线框中能产生感应电流的是(　　)AB解析:图A、图B中,穿过线框的磁通量发生变化,线框中产生感应电流,选项A、B正确;图C中线框向下运动时,穿过线框的磁通量为零,图D中穿过线框的磁通量不变,线框中均不产生感应电流,选项C、D错误.\n4.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D\n解析:绕在磁铁上的线圈没有和磁铁相对运动,因此并没有引起穿过闭合线圈磁通量的变化,故无感应电流,A选项错误.同理,B选项错误.C选项中虽然可产生感应电流,但时间很短,因此再到另一房间是无法及时观察到感应电流的,选项C错误.在给线圈通、断电瞬间,将在另一线圈中引起磁通量变化,可产生感应电流,D选项正确.