第1章 第1节 磁生电的探索

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第 一 章 电 磁 感 应
(2)S为有效面积 ①在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂 直．公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线 方向上的投影面积． 如图1－1－1所示，在水平方向的匀强磁场 中，面积为S的平面abcd与垂直于磁感线方向的 平面的夹角为θ，则穿过平面abcd的磁通量应为 Φ＝B· Scosθ.
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第 一 章 电 ห้องสมุดไป่ตู้ 感 应
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课标领航
本章主要体现实验探究过程，在了 解法拉第发现电磁感应现象的基础上，通 过实验探究产生感应电流的条件、感应电 流的方向及大小，通过实验认识自感现 象，并分析其原因．在深刻认识实验现象 的基础上，总结相关的物理规律，并结合 实际情况灵活应用．
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第 一 章 电 磁 感 应
【点评】 磁通量有正、负，磁通量变化 的计算要规定哪个面为正面，磁感线从正面穿 入为正磁通量，从反面穿入为负磁通量．
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特别提醒
1．磁通量是标量，但有正、负之分， 正、负由线圈的面决定，磁通量的计算类问题 首先要明确其正、负． 2．磁通量与线圈的匝数无关，也就是说 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 线圈匝数n.
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图1－1－1
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Scosθ即为平面S在垂直于磁 感线方向上的投影，我们称之为“ 有效面积”． ②S是指闭合回路中包含磁场 的那部分有效面积． 如图1－1－2所示，若闭合电 路abcd和ABCD所在平面均与匀强 磁场B垂直，面积分别为S1和S2， 且S1>S2，但磁场区域恰好只有 ABCD那么大，穿过S1和S2的磁通 量是相同的，因此，Φ＝BS中的S 应是指闭合回路中包含磁场的那部 分有效面积S2.
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第 一 章 电 磁 感 应
3．法拉第的探索 英国科学家法拉第始终坚信自然界各种不同 现象之间有着 相互联系 ，一直坚持探索电磁感应 现象，终于悟出了磁生电的基本原理，“一切都存 在于变化之中”． 二、科学探究——感应电流产生的条件 1．探究1：利用导体在磁场中运动 闭合回路的部分导体在磁场中做 切割磁感线 运动时，闭合回路中电流表的指针发生偏转，说 明回路中产生了感应电流．
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图1－1－2
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2．磁通量的变化 (1)引起磁通量变化的原因：由公式Φ＝ BScosα可知，引起磁通量发生变化的原因有： ①面积S不变，磁感应强度B发生变化，则 磁通量Φ发生变化； ②面积S变化，磁感应强度B不变，则磁通 量Φ发生变化； ③面积S变化，磁感应强度B也发生变化， 则磁通量Φ可能发生变化； ④线圈平面和磁场方向的夹角发生变化 时，引起穿过线圈的磁通量发生变化．
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第 一 章 电 磁 感 应
(2)磁通量变化量的计算： ΔΦ＝Φt－Φ0 BΔS(B⊥S，且B不变S变化) ＝SΔB(B⊥S，且S不变B变化) B S －B S (B与S均变化，S为有效面积) t t 0 0
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一、电磁感应的探索历程 1．电流的磁效应 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 间存在的某种联系． 2．探索“磁生电” 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： 菲涅尔 、 安培 、 科拉顿 、 亨利 等，都没有坚持到最后，这其中已经发现感 应电流的科学家是： 美国科学家亨利 ．
变式拓展
1．一个200匝、面积为20 cm2的线圈放在磁场 中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强 度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中磁通 量变化了多少？ 解析：当磁场为0.1 T时的磁通量为：Φ1＝ B1Ssinθ 当磁场为0.5 T时的磁通量为： Φ2＝B2Ssinθ 在此过程中磁通量的变化为： ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(B2－B1)Ssinθ ＝(0.5－0.1)×20×10－4×sin30°Wb ＝4×10－4 Wb. 答案：4×10－4 Wb
【思路点拨】 根据产生感应电流的条件， 分析闭合电路的磁通量是否变化． 【解析】 A选项中因为线圈平面平行于磁 感线，在以OO′为轴转动的过程中，线圈平面始终 与磁感线平行，穿过线圈的磁通量始终为零，所 以无感应电流产生；B选项中，线框平面也与磁感 线平行，穿过线圈的磁通量为零，竖直向上运动 过程中，线框平面始终与磁感线平行，磁通量始 终为零，故无感应电流产生；C选项中，线框平面 与磁感线平行，与B选项相同，故无感应电流
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类型一 磁通量的变化
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例1 磁通量是研究电磁感应现 象的重要物理量，如图1－1－ 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1平移到2，第二次将 线框绕cd边翻转到2，设先后 两次通过线框的磁通量变化量 分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
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二、对“导体切割”磁感线的理解 闭合回路中的一段导体做切割磁感线运动 时，闭合回路中产生感应电流． 1．“切割磁感线”产生感应电流和“磁通量 变化”在本质上是一致的．如图1－1－3所示， 当导体ab向右运动时，会引起abcd回路的面积 变大，从而使磁通量发生变化，所以在回路中 产生感应电流．
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图1－1－3
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第 一 章 电 磁 感 应
2．注意导线是否“切割”磁感线，形象地说 就是将磁感线“割断”．如果导线方向平行于磁 感线，或者速度方向平行于磁感线，则导线并 没有“切割”磁感线． 3．回路中有导线切割磁感线，也不能保证 一定产生感应电流．例如整个回路都处在一个 匀强磁场中沿垂直磁场方向运动时，回路的磁 通量没有变化，虽然有切割现象，但不会产生 感应电流．
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第 一 章 电 磁 感 应
课 标 定 位
学习目标：1.了解电磁感应现象的探索过 程，体会人类探索自然规律的科学态度和科 学精神． 2．通过实验，理解“磁生电”的条件． 3．理解并掌握磁通量的变化这一概念． 重点难点：感应电流产生的条件． 易错问题：1.磁通量变化的计算时易出现 有效面积的错误． 2．错误的认为只要导体做切割磁感线运 动就有感应电流．
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第 一 章 电 磁 感 应
课程标准对本章的要求是： 1．收集资料，了解电磁感应现象的发 现过程，体会人类探索自然规律的科学态 度和科学精神． 2．通过实验，理解感应电流的产生条 件．举例说明电磁感应在生活和生产中的 应用． 3．通过实验，了解自感现象和涡流现 象．举例说明自感现象和涡流现象在生活 和生产中的应用．
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第 一 章 电 磁 感 应
产生；D选项中尽管线框在转动，但B与S都不 变，B又垂直于S，所以Φ＝BS始终不变，线圈 中无感应电流；而E选项，图示状态Φ＝0，当 转过90°时Φ＝BS，所以转动过程中穿过线圈 的磁通量在不断地变化，因此转动过程中线圈 中产生感应电流；F选项，螺线管内通入交流 电，电流的大小和方向都在变化，因此产生的 磁场强弱、方向也在变化，穿过线框的磁通量 发生变化，所以产生感应电流． 【答案】 EF
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图1－1－4
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A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2 C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定 【思路点拨】 根据线框在不同位置的磁 通量大小利用ΔΦ＝Φ2－Φ1计算． 【解析】 设线框在位置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1处比在2处要强．若平移线框，则 ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若转动线框，磁感线是从线框 的正反两面穿过的，一正一负，因此ΔΦ2＝Φ1 －(－Φ2)．根据分析知ΔΦ1<ΔΦ2.选项C正 确．答案为C. 【答案】 C
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第 一 章 电 磁 感 应
ΔΦ 本章重点： 电磁感应定律 E＝ 和 E＝Blv； Δt 产生感应电流的条件． 本章难点：电磁感应定律的应用． 本章知识的学习要注意以下两点： 1．电磁感应现象常与电路、力学、能量等知识 相联系，更侧重于实际生活、生产科技相结合，因 此要学好本章需要注意训练和掌握综合性问题的分 析思路和方法． 2．本章特点是要求有较强的抽象思维能力，同 时应注意在学习过程中不断提高理解能力、分析综 合能力、推理能力以及空间想象能力．
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第 一 章 电 磁 感 应
思考
只要导体棒在磁场中切割磁感线就一定 有电流吗？ 【思考·提示】 不一定，要看电路是 否闭合．
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一、对磁通量及其变化的理解 1．磁通量 磁通量表示磁场中穿过某一面积的磁感 线净条数．Φ＝BS为匀强磁场中磁通量的计 算公式．应用此公式时需注意以下两点： (1)公式Φ＝BS的适用条件：①匀强磁 场；②磁感线与平面垂直，即B⊥S.
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第 一 章 电 磁 感 应
3．探究3：利用通电螺线管的磁场 螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成 一个回路，螺线管B与电流表组成闭合回路， 螺线管A放在螺线管B内．开关闭合或断开的瞬 间，电流表的指针会发生偏转，而开关闭合稳 定后，电流表的指针 不 偏转；保持开关闭合， 当滑动变阻器的滑片移动时，电流表的指针发 生偏转 ；保持开关闭合，当螺线管A离开B或进 入B时，电流表的指针发生偏转．
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类型二
产生感应电流的条件
例2 如图1－1－5所示的条件下，闭合矩形线 圈能产生感应电流的是( )
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图1－1－5
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三、产生感应电流的条件 只要穿过闭合电路的 磁通量 发生变化，闭合 电路中就会产生感应电流． 注意：判断回路中是否有电流要抓住两条： (1)电路是否闭合． (2)磁通量是否改变．
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第 一 章 电 磁 感 应 2．探究2：利用磁铁在螺线管中的运动 将条形磁铁 插入 或拔出 与电流表构成闭合 电路的螺线管过程中，观察到电流表的指针发 生偏转，说明回路中产生了感应电流．
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