高中物理第4章第1节磁生电的探索教案含解析鲁科版选修1_1

第1节磁生电的探索
自主预习叭皆新
电磁感应现象
1 •历史的回顾
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，它提示了电现象和磁现象之间存在的某种联系.
2.实验观察
(1)没有电池也能产生电流：闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时，回路中电流表的指针发生了偏转.
(2)磁铁与螺线管有相对运动时也能产生电流：在条形磁铁插入或拔出螺线管的瞬间，电
流表的指针发生了偏转•条形磁铁在螺线管中保持不动时，电流表的指针不发生偏转•如图
所示.
3.产生感应电流的条件
穿过闭合回路中的磁通量发生变化，回路中就产生感应电流.产生感应电流的现象称为电磁感应现象.
4.电磁感应现象的发现具有极大的实用价值，对电生磁与磁生电的正确揭示，展现了电与磁间的密切联系和对称统一，为电磁学理论的发展创造了条件，进一步推动了电磁技术的发展，引领人类进入了电气时代.
1.思考判断
(1)奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激发人们去探索“磁生电”的方法. (V)
(2)英国科学家牛顿一直坚持探索电磁感应现象，历时近十年的探索，终于获得了成
功. ( X)
(3)闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流. (V)
2 .合作探究
闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中产生感应电流，这时穿过闭合回路的磁通量是否一定发生了变化？
【提示】只要有感应电流产生，穿过闭合回路的磁通量一定发生变化.
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(1)由于磁场和闭合回路的相对运动改变磁通量，如图甲所示，当磁铁向下移动时，通过线圈的磁通量增加.
甲乙
(2)由于电流改变而改变磁通量，如图乙所示，当直线电流I增大时，线圈abed中的磁
通量增加.
2 .磁场不变，由于处在磁场中的闭合电路的面积S发生变化而引起磁通量的变化
(1)闭合回路与磁场的夹角保持不变，改变闭合回路的面积，如图甲所示.用力将闭合金属弹簧圈拉大的过程，线圈磁通量减小.
(2)闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动而使闭合回路磁通量改变，如图乙所示.当导体棒ab 向右运动时，闭合回路的磁通量减小.
(3)由于闭合回路和磁场的夹角改变从而改变有效面积，如图丙所示，线框abed绕OO
轴转动.
(4)由于磁场和处在磁场中闭合回路面积都发生变化时，引起穿过闭合回路的磁通量发生变化.
【例】如图所示，在有界匀强磁场中有一矩形线圈abed垂直磁场放置，现使线圈做如
下几种运动：(a)向上加速平移(未出磁场)，(b)匀速向右平移，(c)绕ab边旋转90°,其中线圈中能产生感应电流的是______________________ .
思路点拨：在判断是否有感应电流时，除了确定是闭合电路外，要着重判断闭合电路在磁场中的面积是否变化，以及和磁感线的夹角是否发生变化，以确定磁通量是否变化，从而确定是否有感应电流产生.
[ 解析] 要判断线圈中是否有感应电流产生，则需判断穿过线圈的磁通量是否发生变化．在(a) 中，穿过线圈平面的磁感线始终与线圈平面垂直且线圈在磁场中的面积未发生变化，所以穿过线圈的磁通量没有变化，线圈中没有感应电流产生．在(b) 中，线圈平移出磁场的过程中，在磁场中的面积逐渐减小，穿过线圈的磁通量在减少，所以线圈中有感应电流产生．在(c) 中，线圈从图示位置绕ab 边转动90°的过程中，线圈面积不变，但磁感线与线圈平面的夹角越来越小，穿过线圈的磁感线条数在减少，故磁通量越来越小，线圈中有感应电流产生．
[ 答案] (b)(c)
磁通量是指在磁场中穿过某一面积S的磁感线条数，所以在判断穿过回路的磁通量是否变化时，可以通过判断穿过回路的磁感线条数是否变化来分析判定．
1．一个闭合的线圈中没有感应电流的原因可能是( )
A.线圈周围一定没有磁场
B.线圈周围虽然有磁场，但穿过线圈的磁通量太小
C.穿过线圈的磁通量没有发生变化
D.穿过线圈的磁通量一定为零
C [ 穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就产生感应电流，而不是看穿过线圈的磁通量是否为零，由于该线圈是闭合的，则没有感应电流的原因一定是穿过线圈的磁通量没有发生变化，所以C 选项正确.]
2．如图所示，下列各种情况中，穿过回路的磁通量增大的有( )
甲乙丙丁
A.图甲所示，在匀强磁场中，先把由弹簧状导线组成回路撑开，而后放手，到恢复原状的过程中
B.图乙所示，裸铜线ab在裸金属导轨上向右匀速运动过程中
C.图丙所示，条形磁铁拔出线圈的过程中
D.图丁所示，闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中
B [由①二BS得，题图甲穿过回路的磁通量随闭合回路面积的减小而减小；题图乙穿过回路的磁通量随闭合回路面积的增大而增加；题图丙穿过线圈的磁通量随磁极的远离而减小；题图丁离通电直导线越远，磁场越弱，穿过线框的磁通量越小，故选项B正确.]
3.(多选)如图所示，线框abed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程中，abed中有感应电流
B. 在匀强磁场中加速运动时， abed 中有感应电流
C. 在匀强磁场中匀速运动时， abed 中没有感应电流
D.
离开匀强磁场区域的过程中， abed 中没有感应电流
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， abed 在
匀强磁场中无论匀速还是加速运动，穿过
abed 的磁通量都没有发生变化.]
4 .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 、ed ，与导轨接触良好.这两条金属棒
ab 、ed 的运动速
度分别是V i 、V 2,若井字回路中有感应电流通过，则一定有
（
）
A . v i >V 2
C. V i = V 2 D [只要V i 、V 2速度不相等时，回路的面积发生变化， 就会引起磁通量变化而产生感应电 流.]
当堂达标勺固理基
1.下列现象中涉及电磁感应的是
（
）
A
BCD
B [A 、D 是磁场对运动电荷的作用，
C 是磁场对电流的作用， B 是利用电磁感应现象.]
2 .如图所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路.在下列情况中，电流表指针不发生 偏转的是（
）
A. 线圈不动，磁铁插入线圈
B. 线圈不动，磁铁从线圈中拨出
C. 磁铁不动，线圈上、下移动
D. 磁铁插在线圈内不动
D [产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，线圈和电流计已经组成闭
合回路，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就产生感应电流，电流计指针就偏转.在 选项A B 、C 三种情况下，线圈和磁铁发生相对运动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感 应电流；而当磁铁插在线圈中不动时，线圈中虽然有磁通量，但磁通量不变化，不产生感应 电流.]
3.（多选）如图所示，线圈 M 和线圈P 绕在同一铁芯上，则（ ） A. 当合上开关S 的瞬间，线圈P 中没有感应电流
B . V i <V 2
D. v i z V 2
B.当合上开关S的瞬间, 线圈P中有感应电流
C.当断开开关S的瞬间, 线圈P中没有感应电流
D.当断开开关S的瞬间, 线圈P中有感应电流
BD [ 闭合开关S的瞬间, 线圈M中有电流通过，电流产生磁场，穿过线圈P的磁通量增大，线圈P中产生感应电流•断开开关S的瞬间，线圈M中电流消失，电流产生的磁场消失,
穿过线圈P的磁通量减小，线圈P中产生感应电流.]
4．如图所示的条形磁铁的上方，放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁铁平行，则
线框在由N端匀速平移到S端的过程中，线框中感应电流的变化情况是（）
A.线框中始终无感应电流
B.线框中始终有感应电流
C.线框中开始有感应电流，当线框运动到磁铁中部上方时无感应电流，以后又有感应电流
D.开始无电流，当运动到磁铁中部的上方时有感应电流，后来又没有电流
B [在线框平移的过程中，穿过线框的磁通量先减小后增大，因此有感应电流.穿过线框的磁通量始终在变化，所以说始终有感应电流，B对.]。