第1节 磁生电的探索

第1节磁生电的探索

1.了解电磁感应现象发现的历史过程，体会对称思想和科学猜想在物理学发展中的重要作用．

2．通过实验，知道电磁感应现象及其产生的条件．(重点＋难点) 3.了解法拉第及其对电磁学的贡献．

一、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，它揭示了电现象和磁现象之间存在某种联系．

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，比较著名的物理学家有：安培、科拉顿等，都没有成功或半途而废．

英国物理学家法拉第坚信自然界的各种现象之间存在相互联系，一直坚持探索电磁感应现象，前后历时数十年的探索，终于悟出了磁生电的基本原理，“一切都存在于变化之中”．二、磁生电的实验探索

1．实验观察

(1)没有电池也能产生电流：闭合电路中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．

2．产生感应电流的条件

只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生．在回路中产生感应电流现象表明发生了电磁感应现象．

三、发现磁生电的意义

电磁感应现象的发现，实际上是发现了事物间的相互联系，展现了电和磁间的密切联系及其对称与统一，为电磁理论的发展创造了条件，进一步推动了电磁技术的发展，引领人们走进了电气时代．

感应电流条件的探究

1．产生感应电流的常见方法

(1)闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动

如图甲所示，导体AB做切割磁感线运动时，回路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，回路中无电流产生．

(2)磁铁在线圈中运动

如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，回路中无电流产生．

(3)改变螺线管AB中的电流

如图丙所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过．2．产生感应电流的条件

产生感应电流的条件可以归纳为两个：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化，主要体现在“变化”上，回路中有没有磁通量穿过不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多大，都不会产生感应电流．

如图所示，竖直放置的长直导线通过恒定电流，有一矩形框与导线在同一平面内，在下列情况中线圈产生感应电流的是()

①导线中电流变大②线框向右平动

③线框向下平动④线框以ab边为轴转动

⑤线框以直导线为轴转动

A．①②③ B.②③④⑤

C．①②④ D.①②③④⑤

[思路点拨] 分析是否产生感应电流，关键就是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化，而分

析磁通量是否有变化，就要搞清楚磁感线的分布，亦即搞清楚磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化．

[解析]对①选项，因I增大而引起导线周围的磁场增强，使穿过线框的磁通量增大，故①正确．

对②选项，因离开直导线方向越远，磁感线分布越疏，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故②正确．

对③选项，由下图甲可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变，故③错．

对④选项，可用一些特殊位置来分析，当线框在图甲所示的位置时，穿过线框的磁通量最大，当线框转过90°时，通过线框的磁通量为零，因此可以判定线框以ab为轴转动时磁通量一定变化，故④正确．

对⑤选项，先画出俯视图如图乙所示，由图可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变，因此无感应电流，故⑤错．

综上所述可知选项C正确．

[答案] C

1．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，磁铁从线圈中拔出

C．磁铁不动，线圈上、下移动

D．磁铁插在线圈内不动

解析：选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．

磁通量变化的理解

1．磁通量的变化类型

根据磁通量的定义式Φ＝BS，引起磁通量变化的类型有：

(1)由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化．

(2)磁场不变，由于处在磁场中的闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化．

(3)磁场、处在磁场中的闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变

化．

2．磁通量的计算

(1)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，若规定磁感线从正面穿入为正磁通量，则磁感线从反面穿入时磁通量为负值．

若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)，即Φ＝Φ1－Φ2.

(2)Φ＝BS中的S应是闭合电路中包含磁场的那部分有效面积．无磁场时，无论面积多大，都没有磁通量．

(3)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响，同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ时，不必考虑线圈的匝数n.

(4)计算磁通量的变化：在求解磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1时，若B变化，S不变时，可用ΔΦ＝ΔB·S；若B不变，S变化时，可用ΔΦ＝B·ΔS；但若B和S同时发生变化，就要找准初末态，用ΔΦ＝Φ2－Φ1来计算．

如图所示的各种情况中，穿过回路的磁通量增大的有()

A．图甲所示，在匀强磁场中，先把由弹簧状导线组成的回路撑开，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，条形磁铁从线圈中抽出的过程中

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

[思路点拨] 根据磁通量的定义结合不同的过程分析，注意条形磁铁、通电导线周围磁场的分布．

[解析]四种情况下，穿过闭合回路的磁通量均发生变化，故都有感应电流产生．但甲中电路的面积减小，磁通量减小；乙中的ab向右移动时在磁场的闭合电路的面积增大，磁通量增大；丙中磁铁向上运动时通过线圈的磁场变弱，磁通量减小；丁中直线电流近处的磁场强，远处的磁场弱．所以线圈远离通电直导线时，磁通量也减小．所以B正确．

[答案] B

2.条形磁铁竖直放置，闭合圆环水平放置，条形磁铁中心线穿过环中心，如图所示．若圆环为弹性环，其形状由Ⅰ扩大为Ⅱ，那么圆环内磁通量变化情况是()