2017-2018学年高中物理 第四章 电磁感应 第1节 划时代的发现 第2节 探究感应电流的产生条件课件 新人教版选

(3)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定 无感应电流吗？ 提示：不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化， 只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。
磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算
1．对磁通量的正、负的理解 磁通量有正、负之分，其正、负是这样规定的：任 何一个面都有正、反两面，若磁感线从正面穿入时磁通 量为正值，则磁感线从反面穿入时磁通量为负值。
2．磁通量的变化量 ΔΦ (1)当 B 不变，有效面积 S 变化 ΔS 时，ΔΦ＝B·ΔS。 (2)当 B 变化，有效面积 S 不变时，ΔΦ＝ΔB·S。 (3)当 B 和 S 同时变化时，ΔΦ＝Φ 末－Φ 初≠ΔB·ΔS。
[典例] 如图 4-1-4 所示，有一垂直纸面向里
的匀强磁场，B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，
匀强磁场中磁通量的计算 (1)B 与 S 垂直时，Φ＝BS。B 指匀强磁场的磁感 应强度，S 为线圈的面积。 (2)B 与 S 不垂直时，Φ＝B⊥·S。B⊥为 B 垂直于线 圈平面的分量，如图所示，Φ＝B⊥·S＝Bsin θ·S。
1.如图 4-1-5 所示，a、b、c 三个闭合线圈放在
同一平面内，当线圈 a 中有电流 I 通过时，穿
时，穿过闭合回路的磁通量发生变化，产生感应电流。 答案：B
3．如图 4-1-9 所示，磁场中有一个闭合的弹簧线圈。先把线圈 撑开[如图(a)]，然后放手，让线圈收缩[如图(b)]。线圈收缩 时，其中是否有感应电流产生？为什么？
图 4-1-9 解析：产生感应电流。因为弹簧线圈构成的回路为闭合导体 回路，收缩时，穿过回路的磁通量变小，符合产生感应电流 的两个条件。 答案：见解析
过的磁通量分别为 Φa、Φb、Φc，则 ( )
A．Φa<Φb<Φc C．Φa<Φc<Φb
B．Φa>Φb>Φc D．Φa>Φc>Φb
图 4-1-5
解析：当 a 中有电流通过时，穿过 a、b、c 三个闭合线圈垂直 纸面向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数 c 最多， 其次是 b，a 中没有向外的磁感线，因此穿过闭合线圈的净磁感 线条数 a 最多，b 次之，c 最少，即 Φa>Φb>Φc，选项 B 正确。 答案：B
_无____ 时，线圈中无感应电流
__有___
3.模仿法拉第的实验(如图 4-1-3 所示) 图4-1-3
实验操作
实验现象(线圈 B 中有无电流)
分析论证
开关闭合瞬间 开关断开瞬间 开关保持闭合，滑动变 阻器滑片不动 开关保持闭合，迅速移 动滑动变阻器的滑片
_有___ _有___ _无___
_有___
三、探究感应电流的产生条件 1．探究导体棒在磁场中运动是否产生电流 (如图 4-1-1 所示)
图 4-1-1
实验操作
导体棒静止 导体棒平行磁
感线运动 导体棒切割磁
感线运动
实验现象 (有无电流)
无 无
有
分析论证
闭合电路包围的面积 变化
时，电路中有电流产生；
包围的面积不变 时，电路
中无电流产生
2．探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图 4-1-2 所示)
[答案] A
(1)如果电路不闭合，即使磁通量发生 变化也不会产生感应电流。
(2)磁通量发生变化，其内涵主要体现 在“变化”上。比如穿过电路的磁通量很大， 若不变化，也不会产生感应电流。
1．(多选)下图均为闭合线框在匀强磁场中运动，请判断哪种
情况能产生感应电流
()
解析：产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变 化，A、B 没有磁通量的变化，所以没有感应电流，C、D 是 闭合回路，同时磁通量发生变化，所以产生感应电流。 答案：CD
图 4-1-2
实验操作
N 极插入线圈 N 极停在线圈中 N 极从线圈中抽出
S 极插入线圈 S 极停在线圈中 S 极从线圈中抽出
实验现象 (有无电流)
分析论证
_有____
__无___ 线 圈 中 的 磁 场 _变__化___
_有____ 时，线圈中有感应电流；
_有____ 线 圈 中 的 磁 场 _不__变___
线圈 B 中磁场__变__化 时，线圈 B 中有感应 电流；线圈 B 中磁场 _不__变__时，线圈 B 中无 感应电流
4．归纳结论 只要穿过 闭合 导体回路的 磁通量 发生变化， 闭合导体回路中就有感应电流。
1．自主思考——判一判
(1)有电流即生磁场。
(√)
(2)有磁场即生电流。
பைடு நூலகம்
(×)
(3)静止的电荷周围也能产生磁场。
直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 B 正确。
答案：B
感应电流是否产生的判断
1．导体回路闭合、磁通量变化是产生感应电流的两个必要条件， 缺一不可。
[典例] 如图 4-1-7 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
()
图 4-1-7 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°)
一、电磁感应的探索历程 1．“电生磁”的发现 1820 年，丹麦物理学家 奥斯特 发现了电流的磁效应。 2．“磁生电”的发现 1831 年，英国物理学家法拉第 发现了电磁感应现象。产生 的电流叫做 感应电流 。
二、磁通量的计算和物理意义 1．磁通量的计算 (1)公式：Φ＝BS。 (2)适用条件：① 匀强磁场；②S 是垂直磁场的有效面积。 (3)单位：韦伯，1 Wb＝1 T·m2。 2．磁通量的物理意义 (1)可以形象地理解为磁通量就是穿过某一面积的_磁__感__线__ 的条数。 (2)同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大 ， 当它跟磁场方向平行时，磁通量为 0 。
(2)在磁场转过 30°角的过程中，线圈 C 中的磁通量变化了 多少？
(3)在磁场转过 180°角的过程中，线圈 C 中的磁通量变化 了多少？
[思路点拨] 解答本题应把握以下三点： (1)磁通量与线圈匝数无关。 (2)当线圈平面与磁场不垂直时，应分解 B 或取 S 在与 B 垂直的平面上的投影面积。 (3)磁感线反向穿过线圈平面时，Φ 为负值。 [解析] (1)由题意知线圈 B 与线圈 A 中的磁通量始终一 样，故它们的变化量也一样。 ΔΦ＝(B2－B1)·πr2≈1.26×10－4 Wb。 所以，线圈 A 和线圈 B 中的磁通量都减少 1.26×10－4 Wb。
2．如图 4-1-8 所示，条形磁铁以速度
v 向螺线管靠近，下面几种说法
中正确的是
()
A．螺线管中不会产生感应电流
B．螺线管中会产生感应电流
图 4-1-8
C．只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流
D．只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流 解析：螺线管所在的回路是闭合的，当条形磁铁向螺线管靠近
2．穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况： (1)磁感应强度 B 不变，线圈面积 S 发生变化。 (2)线圈面积 S 不变，磁感应强度 B 发生变化。 (3)磁感应强度 B 和回路面积 S 同时发生变化，此时可由 ΔΦ＝Φ2 －Φ1 计算并判断磁通量是否变化。 (4)线圈面积 S 不变，磁感应强度 B 也不变，但二者之间夹角发生 变化。
第 1、2 节
划时代的发现 探究感应电流的 产生条件
1．奥斯特发现了电流的磁效应，法 拉第发现了电磁感应现象。
2．引起电磁感应现象的原因主要有 五类，分别是变化的电流、变化 的磁场、运动的恒定电流、运动 的磁铁、在磁场中运动的导体。
3．只要穿过闭合导体回路的磁通量 发生变化，闭合导体回路中就有 感应电流。
[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 量大小变小。
圆心为 O，半径为 1 cm。现于纸面内先后放上圆
线圈 A、B、C，圆心均处于 O 处，线圈 A 的半
径为 1 cm,10 匝；线圈 B 的半径为 2 cm,1 匝；线 圈 C 的半径为 0.5 cm,1 匝。问：
图 4-1-4
(1)在 B 减为 0.4 T 的过程中，线圈 A 和线圈 B 中的磁通量 变化多少？
(2)对线圈 C，Φ1＝B·πr′2，当磁场转过 30°时，Φ2 ＝B·πr′2cos 30°，故 ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos 30°－ 1)＝－8.41×10－6 Wb。
所以，线圈 C 中的磁通量减少 8.41×10－6 Wb。 (3)磁场转过 180°后，磁感线从另一侧穿过线圈，若取 Φ1 为正，则 Φ2 为负，有：Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，故 ΔΦ ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.26×10－4 Wb。 [答案] (1)都减少 1.26×10－4 Wb (2)减少了 8.41×10－6 Wb (3)1.26×10－4 Wb
(×)
(4)磁通量计算公式 Φ＝BS，可计算任何磁场的磁通量。(×)
(5)导体棒切割磁感线不一定产生感应电流，但若垂直切割，
则一定产生感应电流。
(×)
(6)穿过闭合回路的磁通量发生变化，一定产生感应电流。(√)
2．合作探究——议一议 (1)法拉第总结的引起感应电流的原因有哪些？
提示：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的 磁铁、在磁场中运动的导体。 (2)同一匀强磁场中两个面积不同的线圈，磁通量一定 不同吗？ 提示：不一定，当两个线圈与磁场方向的夹角不同时，磁通 量可能相同。
2.如图 4-1-6 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
磁通量变化分别为 ΔΦ1 和 ΔΦ2，则
()
A．ΔΦ1>ΔΦ2
B．ΔΦ1<ΔΦ2
图 4-1-6
C．ΔΦ1＝ΔΦ2
D．无法确定
解析：设线框在位置 1 时的磁通量为 Φ1，在位置 2 时的磁通量为 Φ2，