磁生电的探索

手压式手电筒: 电从哪里来
复习
电能生磁
一、电磁感应的探究历程
安培
二、科学探究
• 提供的器材 灵敏电流计、螺线管（粗细各一个）、 条形磁铁、蹄形磁铁、电源、开关、 滑动变阻器、导体、铁架台、导线若 干。
猜想与假设
• 思考磁能产生电的条件可能是什么？ • 如何利用这些器材进行实验？
制定计划和设计实验
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．
(2)对C线圈：Φ1C＝Bπr2，磁场转过30°，线圈面积在垂
直磁场方向的投影为πr2cos30°，则Φ2C＝Bπr2cos30°。
磁通量改变量|Φ2C－Φ1C|＝Bπr2(1－cos 30°) ＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866) Wb ＝8.415 2×10－6 Wb。 [答案] (1)1.256×10－4 Wb 5.024×10－4 Wb
• 根据自己的猜想，制定实验方案和设 计记录实验现象的表格。
实验方案可能有：
1、导体在磁场中运动
实验操作 导体AB与磁场相对静止 导体AB平行于磁感线运 动(与导轨不分离) 导体AB做切割磁感线运
有无电 流产生 无
实验探究结论
导体AB切割磁感线，
无
通过闭合回路的磁通
量 发生变化 ，有感
动(与导轨不分离)
其次是b，a中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通量 的计算，应该是：Φa>Φb>Φc。 答案：B
4 如图所示，一个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2 cm。现于纸面内先后
放上圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1 cm,10匝；B线圈半 径为2 cm,1匝；C线圈半径为0.5 cm,1匝。问： (1)在磁感应强度减为0.4 T的过程中，A、
有无电流产生 有
实验探究结论 导体和磁场间并没有发生相对 运动，当螺线管A中的电流发 生变化时，螺线管B所处的磁 场 发生变化 ，从而引起了
定后，滑动
变阻器电阻 变大
有
穿过螺线管B的 磁通量
发
生变化，螺线管B所在的闭合 回路中有感应电流产生
实验操作
有无电 流产生
实验探究结论
闭合开关，A中
电流稳定后，滑 动变阻器电阻不 变 闭合开关，A中 无 导体和磁场间并没有发生相对 运动，当螺线管A中的电流发 发生变化 生变化时，螺线管 B所处的磁 场 有
电磁感应:磁通量变化而产生电流的现 象叫做电磁感应现象; 所产生的电流叫做感应电流。
特例：
即使是闭合回路的部分导体做切割磁感 线运动，也不能保证一定存在感应电 流，如图1－1－7所示，abcd线框的一 部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部 图1－1－7
分切割，但同样没有感应电流。
“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Leabharlann Baidu通量发生变化，所以在回路中产生感应电流．
量不发生变化，无感应电流，所以A错。将线圈向上、
向下平移时线圈的磁通量也不发生变化，也无感应电 流，故C、D也错。 答案：B
6．如图所示，矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场
内一半在匀强磁场外。下述过程中能使线圈产生感应电流
的是 ( ) B．以ad为轴转动45° D．将线圈向上平移
A．以bc为轴转动45° C．将线圈向下平移
解析：线圈有没有产生感应电流关键看磁通量是否变 化或磁感线条数是否改变，以bc为轴转动45°，磁通
3．如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当 线圈a中有电流I通过时，它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc， 下列说法中正确的是 A．Φa<Φb<Φc ( )
B．Φa>Φb>Φc
C．Φa<Φc<Φb D．Φa>Φc>Φb
解析：当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈
的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，
磁通量 ，从而引起了穿 发生变
电流稳定后，滑
动变阻器电阻变 小 断开开关的瞬间
过螺线管B的
化，螺线管B所在的闭合回路 中有感应电流产生
有
甲：导体在磁场中运动
乙：磁铁在螺线管中运动
丙：当小螺线管中的电流 变化时，什么在变？
实验结论
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，这 就是磁生电的条件。
D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
[思路点拨]
明确磁感线 判断磁通量 判断是否产 → → 的分布特点 是否变化 生感应电流
[解析]
四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，
磁通量为零，线圈按A、B、D三种情况移动后，线框仍
与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感
应电流。C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生 变化，所以产生感应电流，C项正确。 [答案] C
如图所示，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.
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 图1－1－2 中的S应是指闭合回路中包含磁场的那 部分有效面积S2.
解析：产生感应电流的条件是：①闭合回路，②磁通量
发生变化。 答案：D
2．法拉第把可以产生感应电流的情形概括为五类：①变 化的电流；②变化的磁场；③运动的稳恒电流；④运动的磁 体；⑤在磁场中运动的导体。 图所示实验装置分别说明了 哪种情形？
解析：实验(a)说明的是④，运动的磁体产生感应电流；
实验(b)说明的是⑤，在磁场中运动的导体产生感应电流； 实验(c)说明的是①、②，变化的电流产生变化的磁场， 最终产生感应电流。 答案：见解析
有
应电流产生
2、磁铁在螺线管中运动
探究2：(如图所示)
实验操作 有无电流产生 有 实验探究结论
将磁铁插入螺
线管时 磁铁静止在螺 线管中时 将磁铁拔出螺
将磁铁插入或拔出螺线管时， 通过螺线管闭合回路的磁通 量 发生变化 ，有感应电 流产生
无
线管时
有
3、实验方案
实验操作 闭合开关的 瞬间 闭合开关， A中电流稳
(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
5. 如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四
种情况下，线框中会产生感应电流的是( )
A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动 C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
(2)8.415 2×10－6 Wb
总结、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.
(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．
图1－1－3
强调： 导体做切割磁感线运动不一定产生感应电
流，因为电路不一定闭合；闭合电路在磁
场中运动也不一定产生感应电流，因为磁
通量可能不变。
1．关于产生感应电流的条件，下列说法正确的是
(
)
A．位于磁场中的闭合线圈，一定能产生感应电流
B．闭合线圈和磁场发生相对运动，一定能产生感应电流 C．闭合线圈做切割磁感线运动，一定能产生感应电流 D．穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化，一定能产生感 应电流
B线圈中的磁通量改变多少？
(2)当磁场转过30°角的过程中，C线圈中磁通量改 变多少？ [审题指导] 解决此题的关键是理解磁通量Φ＝BS中
S的意义，同时掌握ΔΦ＝Φ2－Φ1的计算方法。
[解析] (1)对A线圈，Φ1A＝B1πr12，Φ2A＝B2πr12。
磁通量改变量 |Φ2A－Φ1A|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4 Wb ＝1.256×10－4 Wb； 对B线圈， |Φ2B－Φ1B|＝(0.8－0.4)×3.14×(2×10－2)2 Wb ＝5.024×10－4 Wb。