物理选修32人教全程导学笔记第四章电磁感应1～2

1划时代的发现2实验：探究感应电流的产生条件知识内容电磁感应现象考试要求必考加试b课时要求1.知道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．知道磁通量和磁通量变化量的含义．3．理解什么是电磁感应现象及感应电流的产生条件.一、电磁感应的发现[导学探究](1)在一次讲演中，奥斯特在南北方向的导线下面放置了一枚小磁针，当接通电源时小磁针为什么转动？(2)法拉第把两个线圈绕在同一个铁环上，一个线圈接到电源上，另一个线圈接入“电流表”，在给一个线圈通电或断电的瞬间，观察电流表，会看到什么现象？说明了什么？答案(1)电流的周围产生磁场，小磁针受到磁场力的作用而转动．(2)电流表的指针发生摆动，说明另一个线圈中产生了电流．[知识梳理]1．电流的磁效应丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系．2．电磁感应现象的发现英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应．产生的电流叫做感应电流．二、磁通量及其变化[导学探究]如图1所示，闭合导线框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.图1(1)分别求出B⊥S(图示位置)和B∥S(线框绕OO′转90°)时，穿过闭合导线框架平面的磁通量．(2)由图示位置绕OO′转过60°时，穿过框架平面的磁通量为多少？这个过程中磁通量变化了多少？答案(1)BS0(2)eq\f(1,2)BS减少了eq\f(1,2)BS[知识梳理]1．定义：闭合回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫做磁通量．2．公式：Φ＝BS，其中的S应为平面在垂直于磁场方向上的投影面积．大小与线圈的匝数无关(填“有”或“无”)．3．磁通量的变化量：ΔΦ＝Φ2－Φ1.三、感应电流产生的条件[导学探究](1)如图2所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中________电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中________电流产生．(填“有”或“无”)图2(2)如图3所示，当条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中________电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中________电流产生．(填“有”或“无”)图3(3)如图4所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中________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________电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中________电流通过．(填“有”或“无”)图4总结：上述三个实验中，什么情况下产生了感应电流？产生感应电流时共同特点是什么？答案(1)有无(2)有无(3)有有无实验一中：导体棒切割磁感线运动，引起回路面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．实验二中：磁铁插入或拔出线圈时，引起线圈中的磁场变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．实验三中：开关闭合、断开、滑动变阻器的滑动触头移动时，A线圈中电流变化，从而引起穿过B的磁通量变化，产生了感应电流．三个实验共同特点是：产生了感应电流时闭合回路的磁通量发生了变化．[知识梳理]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．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(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)通电线圈在磁场中转动的现象是电流的磁效应．(×)(3)穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零．(√)(4)磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的．(×)2．如图5所示，条形磁铁A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针________(填“不偏转”或“偏转”)；若条形磁铁A在线圈B中保持不动，电流表G的指针________(填“不偏转”或“偏转”)．图5答案偏转不偏转一、磁通量Φ的理解与计算1．匀强磁场中磁通量的计算(1)B与S垂直时，Φ＝BS.(2)B与S不垂直时，Φ＝B⊥S，B⊥为B在垂直于线圈平面的分量．如图6甲所示，Φ＝B⊥S＝(Bsinθ)·S.也可以为Φ＝BS⊥，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，如图乙所示，Φ＝BS⊥＝BScosθ.图62．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，有效面积S发生变化．如图7(a)所示．(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示．(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示．图7例1如图8所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，B＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1cm.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1cm,10匝；线圈B的半径为2cm,1匝；线圈C的半径为0.5cm,1匝．(π取3.14)问：图8(1)在B减为0.4T的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少？(2)在磁场转过90°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？转过180°角呢？答案(1)A、B线圈的磁通量均减少了1.256×10－4Wb(2)减少了6.28×10－5Wb减少了1.256×10－4Wb解析(1)A、B线圈中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样．ΔΦ＝(B′－B)·πr2＝－1.256×10－4Wb即A、B线圈中的磁通量都减少1.256×10－4Wb(2)对线圈C，Φ1＝Bπr′2＝6.28×10－5Wb当转过90°时，Φ2＝0，故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝0－6.28×10－5Wb＝－6.28×10－5Wb当转过180°时，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ3为负，有Φ3＝－Bπr′2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.256×10－4Wb.1．磁通量与线圈匝数无关．2．磁通量是标量，但有正、负，其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反．针对训练1(多选)(2017·湖州菱湖中学高二上学期期中)如图9所示，面积大小为S的矩形线圈abcd，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈可以绕垂直磁场方向的轴O1O2转动．下列说法中正确的是()图9A．当线圈在图示位置时，穿过线圈的磁通量大小Φ＝BSB．当线圈从图示位置转过90°时，穿过线圈的磁通量大小Φ＝0C．当线圈从图示位置转过180°的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量大小ΔΦ＝0D．当线圈从图示位置转过360°的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量大小ΔΦ＝BS答案AB解析矩形线圈abcd垂直于磁场放置，则穿过矩形线圈的磁通量是Φ1＝BS，故A正确；当线圈绕转轴转过90°时，线圈平面与磁场方向平行，穿过线圈的磁通量Φ2＝0，故B正确；当线圈从图示位置转过180°，则穿过矩形线圈的磁通量是Φ3＝－BS，穿过线圈的磁通量的变化量大小ΔΦ＝2BS，故C错误；当线圈从图示位置转过360°的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量大小ΔΦ＝0，故D错误．

二、感应电流产生条件的理解及应用1．感应电流产生条件的理解不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化．2．区别ΔΦ与Φ：感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变化，即与ΔΦ有关．ΔΦ与Φ的大小没有必然的联系．例2(多选)如图10所示是法拉第最初研究电磁感应现象的装置，下列说法正确的是()图10A．当右边磁铁S极离开B端时，线圈产生感应电流B．当右边磁铁S极离开B端，并在B端附近运动时，线圈中产生感应电流C．当磁铁保持图中状态不变时，线圈中有感应电流D．当磁铁保持图中状态不变时，线圈中无感应电流答案ABD解析当磁铁离开B端或在B端附近运动时，线圈所处位置磁场变化，穿过线圈的磁通量变化，产生感应电流，A、B正确；当磁铁保持图中状态不变时，穿过线圈的磁通量不变，线圈中无感应电流，C错误，D正确．判断是否产生感应电流的技巧1电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可.2磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化也不会产生感应电流，磁通量虽然是零但是变化的仍然可以产生感应电流.针对训练2(多选)如图11所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是()图11A．开关S闭合的瞬间B．开关S闭合后，电路中电流稳定时C．开关S闭合后，滑动变阻器触头滑动的瞬间D．开关S断开的瞬间答案ACD例3(2017·温州中学高二上学期期中)金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动，线圈中有感应电流的是()答案A解析在选项B、C中，线圈中的磁通量始终为零，不产生感应电流；选项D中磁通量始终最大，保持不变，也没有感应电流；选项A中，在线圈转动过程中，磁通量做周期性变化，产生感应电流，故A正确．判断部分导体做切割磁感线运动产生感应电流时应注意：(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割．如例3中，A图是真“切割”，B、C图中没有切断，是假“切割”．(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，如例3D图中ad、bc边都切割磁感线，由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去．1．(产生感应电流条件的理解)(2017·台州中学高二统考)关于感应电流，下列说法中正确的是()A．只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流B．只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流C．穿过某闭合线圈的磁通量为零时，线圈电路中一定没有感应电流D．当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流答案D解析产生感应电流的条件：回路闭合、磁通量变化，即使某时刻穿过闭合电路的磁通量为0，但只要磁通量在变化，电路中就有感应电流，故选项A、B、C错误，D正确．2．(产生感应电流的判断)(多选)下图中能产生感应电流的是()答案BD解析根据产生感应电流的条件：A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量发生变化，有感应电流．3．(磁通量的理解)如图12所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为()图12A．Φa>Φb B．Φa<ΦbC．Φa＝Φb D．不能比较答案A解析条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：①磁铁内外磁感线的条数相同；②磁铁内外磁感线的方向相反；③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏．两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中一个圆环的磁感线的俯视图如图所示，穿过该圆环的磁通量Φ＝Φ进－Φ出，由于两圆环面积Sa＜Sb，两圆环的Φ进相同，而Φ出a＜Φ出b，所以穿过两圆环的有效磁通量Φa＞Φb，故A正确．4．(产生感应电流的判断)(多选)如图13所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是()图13A．将线框向左拉出磁场B．以ab边为轴转动C．以ad边为轴转动(小于60°)D．以bc边为轴转动(小于60°)答案ABC解析将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分切割磁感线，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流．当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流．当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框内会产生感应电流．当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)．考点一电磁感应现象的发现与认识1．在物理学建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献．关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是()A．安培成功地发现了电流的磁效应B．洛伦兹通过实验测定了磁场对电流的作用力C．卡文迪许利用卡文迪许扭秤首先较准确地测定了静电力常量D．法拉第通过大量的实验研究发现了电磁感应现象答案D解析奥斯特发现了电流的磁效应，A错误；安培通过实验测定了磁场对电流的作用力，B错误；卡文迪许利用卡文迪许扭秤首先较准确地测定了引力常量，C错误；法拉第发现了电磁感应现象，D正确．2．如图1所示，磁带录放机既可用作录音，也可用作放音，其主要部件为匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b，不论是录音过程还是放音过程，磁带或磁头软铁都会存在磁化现象．下面是对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的描述，正确的是()图1A．放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应B．录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应C．放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用D．录音和放音的主要原理都是电磁感应答案A解析在使用录放机进行放音和录音时，录音过程是由电信号转变为磁信号，而放音过程是把磁带上的磁信号转变为电信号，故放音过程磁生电是电磁感应，录音过程电生磁是电流的磁效应，A正确．考点二磁通量及其变化的分析3．(2016·平湖调研)如图2所示，仅在虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场方向放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过大、小两环的磁通量，则有()图2A．Φ1>Φ2 B．Φ1<Φ2C．Φ1＝Φ2 D．无法确定答案C解析对于大环和小环来说，磁感线的净条数相等，所以选C.4．(2017·温州中学高二上学期期中)如图3所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r(r＜R)的范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面，若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()图3A．πBR2B．πBr2C．nπBR2D．nπBr2答案B解析由磁通量的定义式知Φ＝BS＝πBr2，故B正确．5.如图4所示，ab是水平面内一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电直导线ef，已知ef平行于ab.当ef向上竖直平移时，电流产生的磁场穿过圆的磁通量将()图4A．逐渐增大 B．逐渐减小C．始终为零 D．不为零，但保持不变答案C解析根据磁场具有对称性可以知道，穿入圆的磁感线的条数与穿出圆的磁感线的条数是相等的，故磁通量始终为零，C项正确．6．如图5所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积S1>S2＝S3，“1”和“2”在同一平面内，“3”线圈在磁铁的正中间．设各线圈中的磁通量依次为Φ1、Φ2、Φ3，则它们的大小关系是()图5A．Φ1>Φ2>Φ3 B．Φ1>Φ2＝Φ3C．Φ1<Φ2<Φ3 D．Φ1<Φ2＝Φ3答案C解析所有磁感线都会经过磁体内部，内、外磁场方向相反，所以处在同一平面内的线圈的面积越大，则抵消的磁通量越大，则Φ1<Φ2，线圈3在正中间，此处磁铁外部磁场最弱，即抵消得最少，所以Φ3>Φ2，选C.7.如图6所示，固定的长直导线中通有恒定电流，一矩形线框从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)()图6A．一直增加B．一直减少C．先增加后减少D．先增加，再减少到零，然后再增加，然后再减少答案D解析离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小，故D正确．考点三有无感应电流的判断8．(多选)如图7所示，电流表与螺线管组成闭合电路，以下能使电流表指针偏转的是()图7A．将磁铁插入螺线管的过程中B．磁铁放在螺线管中不动时C．将磁铁从螺线管中向上拉出的过程中D．磁铁静止而将螺线管向上移动的过程中答案ACD解析只要是螺线管中的磁通量发生变化，回路中就有感应电流，指针便会偏转；只要是螺线管中的磁通量不发生变化，回路中就无感应电流，指针便不会偏转．在磁铁插入、拉出过程中螺线管中的磁通量均发生变化，能产生感应电流，电流表指针偏转，故A、C正确；磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量不发生变化，无感应电流产生，故B错误；磁铁静止而螺线管向上移动的过程中，螺线管中的磁通量发生变化，有感应电流产生，电流表指针偏转，故D正确．9．(多选)(2017·杭州西湖高级中学高二上学期期中)如图8所示，竖直放置的长直导线通以恒定电流，有一矩形线圈与导线在同一平面内，在下列状况中线框中不能产生感应电流的是()图8A．线框向右平动B．线框以导线为轴转动C．线框向下平行于导线移动D．线框以ad边为轴