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教学案人教版2

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。

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。

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4­1­1所示)

图4­1­1

实验操作

实验现象(有无电

流) 分析论证

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；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4­1­2所示)

图4­1­2

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

图4­1­3

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；线圈B 中

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

有

动变阻器的滑片

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。(×)

(3)静止的电荷周围也能产生磁场。(×)

(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。

(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4­1­4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4­1­4

(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≈1.26×10－4Wb。

所以，线圈A和线圈B中的磁通量都减少1.26×10－4Wb。

(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)＝－8.41×10－6Wb。

所以，线圈C中的磁通量减少8.41×10－6Wb。

(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＝－1.26×10－4Wb。

[答案] (1)都减少1.26×10－4Wb (2)减少了8.41×10－6Wb (3)1.26×10－4Wb

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 ＝B sin θ·S。