电磁感应第1节

第1节划时代的发现

第2节探究感应电流的产生条件

追悔莫及的亨利美国物理学家亨利是奥尔巴尼学院的教授，由于教学任务繁重，也没有专门的实验室，他主要利用假期在学院的大厅里进行电学实验工作．1829年8月的暑假，亨利在考察绕有不同长度导线的电磁铁所产生磁力的大小时，意外地发现，当通电导线中的电流被突然切断时，会产生强烈的电火花．当时亨利无法给出解释，这一重要发现被搁置下来了．1830年8月的暑假，亨利继续上次的实验．他发现当电磁铁导线中突然通入强电流时，电流计的指针向一个方向偏转；当电磁铁导线中的电流突然消失时，电流计的指针反向偏转；当电磁铁导线中电流保持稳定时，电流计的指针不偏转．亨利对这一现象感到很奇怪，但暑假结束了，他只得停止实验．到了1832年6月，亨利在杂志上看到了法拉第在1831年所做的电磁感应实验的简讯，立即痛苦地意识到法拉第的发现与自己两年前的发现相类似．他马上用自己的旧仪器进一步完善了过去的实验，并把自己前前后后做的实验做了一个总结，写成一篇论文．即使这样，在电磁感应现象的发现上，亨利只能屈居第二了．一、电流的磁效应1．电流的磁效应1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应．2．发现电流的磁效应的意义(1)电流的磁效应的发现证实了电和磁存在着必然的联系，突破了人类对电与磁认识的局限性，掀起了一场研究电与磁关系的革命．(2)在奥斯特电流磁效应的影响下，法国物理学家安培研究了不同形状的电流产生的磁场，提出了判断电流产生的磁场的右手螺旋法则，并提出了著名的“分子电流”假说，揭示了磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷运动产生的．(3)奥斯特的发现激发了人们探索“磁生电”的方法，在“磁生电”这一光辉思想的指引下，英国物理学家法拉第经过十年的不懈努力终于找到了“磁生电”的条件，于1831年发现了电磁感应现象．二、电磁感应现象1．电磁感应现象

1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“由磁生电”的条件，产生的电流叫感应电流．法拉第把引起电流的原因概括为五类：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．注意：

“磁生电”是一种在运动变化过程中才出现的效应．2．发现电磁感应现象的意义

(1)电磁感应现象的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生．(2)电磁感应现象的发现使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代．

三、探究产生感应电流的条件

1．实验过程实验1

如下图所示，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．在实验1中，当导体AB在磁场中静止或平行于磁感线运动时，无论磁场多强，闭合回路中都无电流；当导体AB做切割磁感线运动时，闭合回路中有电流产生．实验2如下图所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生．在实验2中，当条形磁铁静止在螺线管中时，无论磁铁的磁场多强，回路中都没有电流；将磁铁插入或拔出螺线管时，组成螺线管的导线切割磁感线，闭合回路中有电流产生．实验3如右图所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD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，电流表中也有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器不动时，无电流产生．

在实验3中，导体和磁场之间并没有发生相对运动．当螺线管AB中电流不变时，螺线管CD中没有电流产生；而当螺线管AB中的电流变化时，螺线管CD中就产生了电流.注意：进一步分析不难看出：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“不论用什么方法，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”．3．实验结论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：电路闭合，磁通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可，电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量尽管很大但不变化，那么无论有多大，也不会产生感应电流．

如下图所示，线圈平面与水平方向成θ角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量Φ＝________.

解析：线圈平面abcd与磁感应强度B方向不垂直，不能直接用Φ＝BS计算，处理时可以用不同的方法：法一：把S投影到与B垂直的方向即水平方向，如图中a′b′cd，S⊥＝Scosθ，故Φ＝BS⊥＝BScosθ.法二：把B分解为平行于线圈平面的分量B∥和垂直于线圈平面的分量B⊥，显然B∥不穿过线圈，且B⊥＝Bcosθ，故Φ＝B⊥S＝BScosθ.答案：BScosθ

变式迁移如下图所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度为B＝0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？解析：线圈横截面为正方形时的面积S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10－2m2.穿过线圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb截面形状为圆形时，其半径r＝4L/2π＝2L/π.截面积大小S2＝π(2L/π)2＝16/(100π)m2.穿过线圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×16/(100π)Wb≈2.55×10－2Wb.所以，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.答案：5.5×10－3Wb如下图所示，正方形线圈在通电长直导线的磁场中运动：A向右平动，B向下平动，C绕轴转动(ad边向外)，D从纸面向外做平动，E向上平动(E线圈有个缺口)，判断线圈中有没有感应电流．解析：在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的，对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱．A向右平动．穿过线圈的磁通量没有变化，故A线圈中没有产生感应电流．B向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电动势和感应电流．C绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化，必产生感应电动势和感应电流．D离开纸面向外，线圈中磁通量减少，故情况同B、C.E向上平移，穿过线圈的磁通量增加，故产生感应电动势，但由于线圈没有闭合，因此无感应电流．答案：B、C、D中产生感应电流，A、E中不产生感应电流．变式迁移如右图所示，闭合圆导线圈平行地放置在匀强磁场中，其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两直径．试分析线圈做以下哪种运动时能产生感应电流(

)A．使线圈在其平面内平动或转动B．使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动C．使线圈以ac为轴转动D．使线圈以bd为轴稍做转动解析：根据产生感应电流的条件可知：只需要使穿过闭合回路的磁通量发生变化，就能在回路中产生感应电流．线圈在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，根据前面分析ΔΦ＝B·ΔS知：只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定要改变，回路中一定有感应电流产生．当线圈在纸面内平动或转动时，线圈相对磁场的正对面积始终为零，因此ΔS＝0，因而无感应电流产生；当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生；当线圈以ac为轴转动时，线圈相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流；当线圈以bd为轴稍作转动，则线圈相对磁场的正对面积发生了改变，因此在回路中产生了感应电流．故选D.答案：D1．(2011年北京西城)许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献．下列表述正确的是(

)A．开普勒测出了引力常量B．法拉第发现了电磁感应现象C．安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式D．库仑总结并确认真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律练习解析：引力常量是由卡文迪许利用扭秤实验测得的，选项A错误；磁场对运动电荷的作用力公式是由洛伦兹提出的，选项C错误，正确答案为BD.答案：BD2．如右图所示，开始时矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场中，另一半在匀强磁场外，若要线圈中产生感应电流，下列方法中可行的是(

)A．将线圈向左平移一小段距离B．将线圈向上平移C．以ab为轴转动(小于60°)D．以