2020粤教版高中物理选修32第一章电磁感应现象产生感应电流的条件

学案1 电磁感应现象 产生感应电流的条件

[学习目标定位] 1.能理解什么是电磁感应现象.2.能记住产生感应电流的条件.3.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验.4.能说出磁通量变化的含义.5.会利用电磁感应产生的条件解决实际问题．

1．磁通量的计算公式Φ＝BS 的适用条件：(1)匀强磁场，(2)磁感线与平面垂直．若在匀强磁场B 中，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场方向上的投影面积．

2．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“－”．

3．由Φ＝BS 可知，磁通量的变化有三种情况：

(1)磁感应强度B 不变，有效面积S 变化；

(2)磁感应强度B 变化，有效面积S 不变；

(3)磁感应强度B 和有效面积S 同时变化．

一、电磁感应现象

1．1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，揭示出通电导线周围有磁场，表明了电能生磁．

2．1831年英国物理学家法拉第发现了由磁生电的现象，叫电磁感应现象，由电磁感应现象产生的电流叫感应电流．

3．法拉第把可以产生电磁感应的情况概括为五类：(1)变化着的电流；(2)变化着的磁场；(3)运动的恒定电流；(4)运动的磁铁；(5)在磁场中运动的导体．

二、产生感应电流的条件

1．只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生．

2．引起磁通量变化的原因可能是闭合电路中或闭合电路一部分的磁感应强度发生变化，或者是闭合电路在磁场中的面积发生变化，也可能是闭合电路与磁场的夹角发生变化．

一、磁通量及其变化

[问题设计]

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：

(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O O′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？

图1

(4)若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量变化量为多少？

答案 (1)BS (2)12

BS (3)－BS (4)－2BS [要点提炼]

1．磁通量的计算

(1)公式：Φ＝BS.

(2)适用条件：①匀强磁场，②磁场方向和平面垂直．

(3)B 与S 不垂直时：Φ＝BS ⊥，S ⊥为平面在垂直磁场方向上的投影面积，在应用时可将S 投影到与B 垂直的方向上，如图2所示，Φ＝BSsin_θ.

图2

(4)磁通量与平面的匝数无关．

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)当B 和S 同时变化时，ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.

特别提醒 计算穿过某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.

二、产生感应电流的条件

[问题设计]

1．实验1：如图3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3

图4

2．实验2：如图4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”)

3．实验3：如图5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，滑动变阻器不动时，电流表中无电流产生(填“有”或“无”)． 图5

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，完成下表并总实验1 闭合电路中磁感应强度B 不变，闭合电路的面积S ①变化 共同原因：⑥闭合电路中⑦磁通量发生变化

实验2

闭合电路中磁感应强度B ②变化，闭合电路的面积S ③不变 实验3 闭合电路中磁感应强度B ④变化，闭合电路的面积S ⑤不变 总结 实验1是通过导体相对磁场运动改变磁通量；实验2是磁体即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”．

[要点提炼]

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．特例：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6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6

(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．如果由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去．

[延伸思考] 电路不闭合时，磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象？

答案 当电路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象．

一、磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算

例1 如图7所示的线框，面积为S ，处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，B 的方向与线框平面成θ角，当线框转过90°到如图7所示的虚线位置时，试求：

图7

(1)初、末位置穿过线框的磁通量的大小Φ1和Φ2；

(2)磁通量的变化量ΔΦ.