山东省专用2018-2019学年高中物理第四章电磁感应第12节划时代的发现探究感应电流的产生条件讲义含解析新人教版选修3 .doc

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：BS。(2)适用条件：匀强磁场；S是垂直磁场的有效面积。(3)单位：韦伯，1 Wb1 Tm2。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。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(如图所示)实验操作实验现象(有无电流)分析论证导体棒静止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导体棒切割磁感线运动2探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示)实验操作实验现象(有无电流)分析论证N极插入线圈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N极从线圈中抽出S极插入线圈S极停在线圈中S极从线圈中抽出3.模仿法拉第的实验(如图所示)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开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片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。磁通量及其变化量的理解与计算1对磁通量的理解(1)磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。(2)磁通量是标量，但是有正负。磁通量的正负不代表大小，只表示磁感线是怎样穿过平面的。即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量为负。(3)某面积内有相反方向的磁场时，分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和。2磁通量的计算(1)B与S垂直时(匀强磁场中)，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(匀强磁场中)，BS。S为线圈在垂直磁场方向上的投影，SSsin ，称之为有效面积，如图甲所示。或者BS。B为磁感线B垂直线圈平面方向上的分量，BBsin ，如图乙所示。两者磁通量相等，BSsin 。3磁通量的变化磁通量的变化，大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，闭合电路的面积S发生变化，如图a。(2)闭合电路的面积S不变，磁感应强度B发生变化，如图b。(3)磁感应强度B和闭合电路的面积S都不变，它们之间的夹角发生变化，如图c。典例如图所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，B0.8 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：(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，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。(B2B1)r21.26104 Wb。所以，线圈A和线圈B中的磁通量都减少1.26104 Wb。(2)对线圈C，1Br2，当磁场转过30时，2Br2cos 30，故21Br2(cos 301)8.41106 Wb。所以，线圈C中的磁通量减少8.41106 Wb。(3)磁场转过180后，磁感线从另一侧穿过线圈，若取1为正，则2为负，有：1Br2，2Br2，故212Br21.26104 Wb。故线圈C中的磁通量变化了1.26104 Wb。答案(1)都减少1.26104 Wb(2)减少了8.41106 Wb(3)1.26104 Wb磁通量的计算公式中S为有效面积，如图所示，穿过方框a、b的磁通量相等，而不是ab。 1.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，穿过三个线圈的磁通量分别为a、b、c，则()AabbcCaccb解析：选B当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈垂直纸面向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此穿过闭合线圈的净磁感线条数a最多，b次之，c最少，即abc，选项B正确。2.如图所示，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分别为1和2，则()A12B12C12D无法确定解析：选B设线框在位置1时的磁通量为1，在位置2时的磁通量为2，直线电流产生的磁场在1处比在2处要强，若平移线框，则112，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212。根据分析知：1BbBc，abBbBc，abcDBaBbBc，abc解析：选C越靠近螺线管的地方磁场的磁感应强度越强，由题图知，a、b、c三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系为BaBbBc；三个小圆环的面积相同，根据磁通量的定义BS可知，abc，所以A、B、D错，C正确。5多选如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直。导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好。这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则两金属棒的运动情况可能是()Av1v2 Bv1v2Cv1v2D无法确定解析：选AB只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。故选项A、B正确。6.如图所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d，将一边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，若dl，则线框中不产生感应电流的时间应等于()A.B.C.D.解析：选C当线框刚刚完全进入磁场时至线框刚刚出磁场时，通过线框的磁通量不发生变化，线框中不会产生感应电流，C正确。7.如图所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P，现用力从四周拉弹簧线圈，使线圈包围的面积变大，则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法中，正确的是()A磁通量增大，有感应电流产生B磁通量增大，无感应电流产生C磁通量减小，有感应电流产生D磁通量减小，无感应电流产生解析：选C本题中条形磁铁磁感线的分布如图所示(从上向下看)。磁通量是指穿过一个面的磁感线的多少，由于垂直纸面向外的和垂直纸面向里的磁感线要抵消一部分，当弹簧线圈P的面积扩大时，垂直纸面向里的磁感线条数增加，而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的，故穿过这个面的磁通量将减小，回路中会有感应电流产生，选项C正确。8.如图所示，大圆导线环A中通有逆时针方向的电流，在导线环所在平面内有一个圆B，它的一半面积在A环内，另一半面积在A环外，则穿过圆B的磁通量()A为零 B垂直环面向里C垂直环面向外 D条件不足，无法判断解析：选C因为通电导线环的磁场的磁感线是中心密集、外部稀疏，所以穿过圆B的合磁通量是垂直环面向外的，选项C正确。9.两根通电直导线M、N都垂直纸面固定放置，通过它们的电流方向如图所示，线圈的平面跟纸面平行，现将线圈从位置A沿M、N连线的中垂线迅速平移到位置B，则在平移过程中，线圈中的感应电流()A沿顺时针方向，且越来越小B沿逆时针方向，且越来越大C始终为零D先沿顺时针方向，后沿逆时针方向解析：选C由安培定则可判断出AB连线上的磁场方向平行于纸面，所以穿过线圈的磁通量始终为零，线圈中不产生感应电流，故选C。10.多选如图所示，在同一铁芯上有A和C两个线圈，其中A线圈与滑动变阻器、电源、开关相连，C线圈两端与灵敏电流计相连。在以下采取的做法中，能使灵敏电流计指针偏转的是()A开关S闭合的瞬间B开关S闭合后，变阻器滑片P向右滑动C开关S闭合后，变阻器滑片P保持不动D开关S断开的瞬间解析：选ABD当开关S闭合瞬间，A线圈中电流变化，磁通量变化，使C线圈中的磁通量变化，产生感应电流，灵敏电流计指针偏转，选项A正确。当开关S闭合后，变阻器滑片P向右滑动时，闭合电路的总电阻减小，电流增大，A线圈中电流增大，磁通量增加，使C线圈中的磁通量增加，产生感应电流，灵敏电流计指针偏转，选项B正确。若开关S闭合后，变阻器滑片P不动，闭合电路中电流恒定，A线圈中的磁通量不变，C线圈中的磁通量不变，无感应电流，灵敏电流计指针不偏转，选项C错误。当开关S断开瞬间，A线圈中电流变化，磁通量变化，C线圈中的磁通量变化，产生感应电流，灵敏电流计指针偏转，选项D正确。11为了探究电磁感应现象的产生条件，如图给出了必备的实验仪器。(1)请你用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。(2)正确连接实验电路后，在闭合开关时灵敏电流计的指针发生了偏转。开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片，灵敏电流计的指针_偏转(选填“发生”或“不发生”)。断开开关时灵敏电流计的指针_偏转(选填“发生”或“不发生”)。解析：(1)A线圈与滑动变阻器、电源、开关构成闭合电路，B线圈与灵敏电流计连接构成回路。(2)移动变阻器的滑片和断开开关都会导致B线圈中的磁通量发生变化。从而使B线圈中产生感应电流，进而让灵敏电