物理人教版选修3-2课堂探究第四章第一二节划时代的发现探究电磁感应产生的条件

课堂探究探究一对磁通量概念的理解·问题导引·如图甲，匀强磁场中水平放置一圆环，现使圆环顺时针转到竖直方向，如图乙所示，继续顺时针转到水平位置，如图丙所示。(1)圆环在甲、乙、丙三个位置时的磁通量分别是多少？(2)从甲到乙、乙到丙、甲到丙的过程磁通量的变化量分别是多少？提示：(1)磁通量分别为BS、0、－BS。(2)磁通量的变化量分别为BS、BS、2BS。·名师精讲·1．磁通量的计算(1)B与S垂直时：Φ＝BS，B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积。如图a。(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥＝B⊥S。S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，B⊥为B在垂直于S方向上的分量。如图b。(3)某线圈所围面积内有不同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。如图c。【例题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＞ΦcC．Φa＜Φc＜Φb D．Φa＞Φc＞Φb点拨：某一平面内存在双向磁场时，穿过此平面的磁通量表示为合磁通量的大小。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，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题后反思磁通量尽管是标量，但它有方向，若穿过某一平面的磁感线有两个方向，则穿过这一面积的磁通量应为抵消后的合磁通量。2．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。3．正确理解磁通量的标量性磁通量是标量，但有正负，其正负表示与规定的方向相同或相反。穿过某一面的磁通量等于各部分磁通量的代数和。【例题2】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)，则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)2m2×10－2m2。穿过线圈的磁通量：Φ1＝BS1××10－2×10－2Wb。截面形状为圆形时，其半径r＝＝。截面积大小S2＝π()2＝m2。穿过线圈的磁通量：Φ2＝BS2××10－2Wb。所以，磁通量的变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1×10－2×10－2×10－3Wb。答案：×10－3Wb题后反思磁通量Φ＝BS的计算有几点要注意：(1)S是指闭合回路中包含磁场的那部分的有效面积。(2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是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，不必去考虑线圈匝数n。探究二感应电流有无的判断·问题导引·1825年，瑞士科学家科拉顿用条形磁铁在线圈中进行插进和抽出的实验时，为了排除磁铁对电流表的影响，把电流表和线圈分别放在两个房间里，如图所示。他在两个房间跑来跑去，没有观察到电磁感应现象。是不是没有产生感应电流呢？提示：产生了感应电流，但只发生在插进和抽出的瞬间，时间太短。·名师精讲·1．产生感应电流的条件(1)电路为闭合电路。(2)穿过电路的磁通量发生变化。注意：(1)(2)两条必须同时满足，才能产生感应电流。2．判断感应电流有无的方法(1)明确电路是否为闭合电路。(2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化。穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：Φ变化的四种情况B不变、S变例：闭合电路的一部分导体切割磁感线时B变、S不变例：线圈与条形磁铁发生相对运动时B和S都变注意：此时可由ΔΦ＝Φt－Φ0计算并判断磁通量是否变化B和S大小都不变，但二者之间的夹角变例：线圈在匀强磁场中转动时【例题3】如图所示，在正方形线圈的内部有一条形磁铁，线圈与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO′，关于线圈中产生感应电流的下列说法中，正确的是()A．当磁铁向纸面外平移时，线圈中产生感应电流B．当磁铁向上平移时，线圈中产生感应电流C．当磁铁向下平移时，线圈中产生感应电流D．当磁铁N极向纸外、S极向纸里绕OO′轴转动时，线圈中产生感应电流解析：由条形磁铁周围磁感线的分布特点可知，当磁铁平动时，穿过正方形线圈的磁通量始终为零不发生变化，故线圈中不产生感应电流，故A、B、C错；当磁铁转动时，穿过正方形线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，D对。答案：D题后反思本题应充分利用磁感线的条数与