[小初高学习](通用版)2018-2019版高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 1.1 电磁感应—

1.1 电磁感应——划时代的发现

[目标定位] 1.知道奥斯特发现了电流磁效应、法拉第发现了电磁感应现象.2.知道磁通量和磁通量变化量的含义.3.知道感应电流的产生条件.

一、划时代的发现

传统的英格兰科学研究方法中有一种叫做对称思维的方法.在奥斯特发现电流磁效应之后，学术界提出了什么新课题？

答案 根据对称思维的方法，学术界开始了对“把磁转变为电”的研究.

[要点总结]

1.新课题的提出：奥斯特发现了电流的磁效应，即“电能转化为磁”.根据对称思维的方法，法拉第在1822年提出了自己的新课题：“把磁转变为电”.

2.深入探究得真谛：法拉第把这种由磁得到电的现象叫做电磁感应现象.产生的电流叫做感应电流.他把引起电流的原因概括为：变化的电流、变化的磁场、运动的磁铁、在磁场中运动的导体等.

二、磁通量及其变化

如图1所示，框架的面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B .试求：

图1

(1)框架平面与磁感应强度B 垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？

(2)若框架绕OO ′转过60°，则穿过框架平面的磁通量为多少？

(3)若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？

(4)若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？

答案 (1)BS (2)12

BS (3)－BS (4)－2BS [要点总结]

1.磁通量

(1)定义：闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫磁通量，符号为Φ.在数

值上等于穿过投影面的磁感线的条数.

(2)公式：Ф＝BS.其中S为回路平面在垂直磁场方向上的投影面积，也称为有效面积.所以当回路平面与磁场方向之间的夹角为θ时，磁通量Φ＝BS sin_θ，如图2所示.

图2

(3)单位：韦伯，简称韦，符号是Wb.

(4)注意：①磁通量是标量，但有正、负之分.一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁通量就为“＋”，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“－”.②磁通量与线圈的匝数无关(填“有关”或“无关”).

2.磁通量的变化量ΔΦ

(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS.

(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S.

(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.

特别提醒：计算穿过某平面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量Φ1＝BS，当平面转过180°后，磁通量Φ2＝－BS，磁通量的变化量ΔΦ＝－2BS.

例1如图3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，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3

(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)在磁场转过90°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？转过180°角呢？

答案(1)A、B线圈的磁通量均减少了1.256×10－4 Wb

(2)减少了6.28×10－5 Wb 减少了1.256×10－4 Wb

解析(1)A、B线圈中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样.ΔΦ＝(B′－B)·πr2＝－1.256×10－4 Wb

即A、B线圈中的磁通量都减少1.256×10－4 Wb

(2)对线圈C，Φ1＝Bπr′2＝6.28×10－5 Wb

当转过90°时，Φ2＝0，故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝0－6.28×10－5 Wb

＝－6.28×10－5 Wb

当转过180°时，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ3为负，有Φ3＝－Bπr′2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.256×10－4 Wb.

例2磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图4所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )

图4

A.ΔΦ1>ΔΦ2

B.ΔΦ1＝ΔΦ2

C.ΔΦ1<ΔΦ2

D.无法确定

答案 C

解析设闭合线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处要强，故Φ1>Φ2.

将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)，故正确选项为C.

三、感应电流的产生条件

1.实验1：如图5所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生.(填“有”或“无”)

图5

2.实验2：如图6所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生(填“有”或“无”).

图6

3.实验3：如图7所示，将小螺线管A插入大螺线管B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一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器滑动触头不动时，电流表中无电流产生(填“有”或“无”).

图7

4.上述三个实验产生感应电流的情况不同，但其中肯定有某种共同的原因，完成下表并总结产生感应电流的条件.

总结：实验1是磁体即磁场运动改变磁通量；实验2是通过导体相对磁场运动改变磁通量；实验3通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“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感应电流”.

[要点总结]

1.产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化.

2.例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：

(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割.如图8所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线.

图8

(2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动，如图丁.如果由切割不容易