高中物理第1章电磁感应第1节磁生电的探索教学案鲁科版选修3-2

第1节磁生电的探索

一、电磁感应的探索历程

事件意义

电生磁

1820年，奥斯特发现了电流

的磁效应

拉开了研究电与磁相互关系

的序幕

磁生电

菲涅耳、安培、科拉顿、亨

利等致力于磁生电的研究

科学探索是曲折的，真理追

求是执着的

1831年，法拉第发现了电磁

感应现象

揭示了电和磁的内在联系，

引领人类进入电气时代

二、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1­1­1)

图1­1­1

实验操作

实验现象

(有无电

流)

分析论证

1.1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁

效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕，法拉

第历经10年发现磁生电的原因。

2．感应电流的产生条件有两个，一是电路闭合，

一是磁通量发生变化，二者缺一不可。

3．磁通量变化有多种：B不变S变、B变S不

变、B与S都变、B与S都不变只是二者夹角

变。

导体棒静止

无 闭合电路包围的面积变化时，电路中有电流产生；闭合电路包围的面积不变时，电路中无电流产生

导体棒平行磁感线运动 无 导体棒切割磁感线运动

有

2．探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图1­1­2)

图1­1­2

实验操作 实验现象

(有无电流)

分析论证

N 极插入线圈 有 线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流

N 极停在线圈中 无 N 极从线圈中抽出 有 S 极插入线圈 有 S 极停在线圈中 无 S 极从线圈中抽出

有

3．模拟法拉第的实验(如图1­1­3)

图1­1­3

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 有 线圈B 中磁场变化时，线圈

B 中有感应电流；磁场不变

时，线圈B 中无感应电流

开关断开瞬间

有 开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动

无

开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片

有

4．实验结论

利用磁场产生电流的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生电流。

1．自主思考——判一判

(1)法拉第不但发现了电流的磁效应，还发现了电磁感应现象。(×)

(2)磁通量虽然有正、负之分，但磁通量是标量。(√)

(3)穿过闭合线圈的磁通量发生变化，一定能产生感应电流。(√)

(4)闭合线圈做切割磁感线运动，一定能产生感应电流。(×)

(5)闭合线圈和磁场发生相对运动，不一定能产生感应电流。(√)

2．合作探究——议一议

(1)为什么许多大物理学家对“磁生电”的探索失败，而法拉第却能成功呢？

提示：许多大物理学家如菲涅耳、安培、科拉顿、亨利等，他们对磁生电探索失败的

原因，可归纳为两条：①“磁生电”是一种在变化运动的过程中才能出现的动态效应，大多数物理学家把它

看成了静态效应，静等其变，研究思路不对。

②科学实验的多次失败和挫折，使大多数物理学家知难而退、望而却步，而法拉第凭

着迎难而上、对科学坚韧不拔的探索精神、献身精神，十年磨一剑，终成大器。

(2)只要磁通量变化就有感应电流产生吗？

提示：不一定，要产生感应电流需具备两个条件：

①闭合回路②磁通量发生变化

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。

(3)闭合电路的部分导体切割磁感线运动时，一定有感应电流吗？

提示：不一定。如图所示，线框ABCD仅有一半置入匀强磁场中，

当它在磁场中上下运动时，一半线框在做切割磁感线运动，但磁通量

未发生变化，故无感应电流产生。当线框向左平动，离开磁场时，线

框的磁通量减小，故有电流产生，导体做切割磁感线运动，不是导体

中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合回路的磁通

量是否发生变化。

磁通量及其变化的分析

1．磁通量Φ与其变化量ΔΦ的区别

磁通量Φ磁通量的变化量ΔΦ物理意义

某时刻穿过某个面的磁感线

条数

始末时刻穿过某个面的磁通量

的差值

大小计算

Φ＝B·S，S为闭合回路线

圈在垂直于磁场方向上的有

效面积

ΔΦ＝Φ2－Φ1

ΔΦ＝B·ΔS(B不变)

或ΔΦ＝S·ΔB(S不变)

说明

穿过某个面有方向相反的磁

场，则不能直接用Φ＝

B·S，应考虑方向相反的磁

通量抵消以后所剩余的磁通

量

与磁场垂直的平面，开始时和

转过180°时穿过平面的磁通

量是不同的，一正一负，ΔΦ

＝－2B·S，而不是零

2．磁通量的计算

(1)B与S垂直时(匀强磁场中)：Φ＝B·S。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(匀强磁场中)：Φ＝B·S⊥。S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向上，如图1­1­4所示，Φ＝B·S sin θ。

图1­1­4

(3)磁通量虽然是标量，却有正负之分。

当某面积内有方向相反的磁场时，分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定某个

方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和。