浙江新高考专用2024-2025学年高中物理第四章电磁感应现象1-2划时代的发现探究感应电流的产生条件讲义新人教版选修3-2

PAGEPAGE131划时代的发觉2探究感应电流的产生条件学问内容选考要求课时要求电磁感应现象b1.知道奥斯特发觉了电流的磁效应、法拉第发觉了电磁感应现象.2.知道磁通量和磁通量变更量的含义.3.理解什么是电磁感应现象及感应电流的产生条件.一、划时代的发觉1.丹麦物理学家奥斯特发觉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亲密联系.2.英国物理学家法拉第发觉了电磁感应现象，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、感应电流的产生条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变更，闭合导体回路中就有感应电流.1.推断下列说法的正误.(1)若把导线东西放置，当接通电源时，导线下面的小磁针肯定会发生转动.(×)(2)奥斯特发觉了电流的磁效应，法拉第发觉了电磁感应现象.(√)(3)小磁针在通电导线旁边发生偏转的现象是电磁感应现象.(×)(4)通电线圈在磁场中转动的现象是电流的磁效应.(×)2.如图1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1答案偏转不偏转一、磁通量及其变更如图所示，闭合导线框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.(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更了多少？答案(1)BS0(2)eq\f(1,2)BS削减了eq\f(1,2)BS1.对磁通量的理解(1)磁通量表示穿过某一面积的磁感线净条数的多少，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.2.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＝BS⊥(S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积)或Φ＝B⊥S(B⊥为B垂直于线圈平面的重量).如图2所示，Φ＝BSsinθ.图23.磁通量的变更大致可分为以下几种状况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变更.如图3(a)所示.(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变更.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更.如图(c)所示.图3例1如图4所示，有一垂直纸面对里的匀强磁场，磁感应强度为B，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为r.现于纸面内先后放上圆形线圈A、B、C，圆心均处于O处，线圈A的半径为r，10匝；线圈B的半径为2r,1匝；线圈C的半径为eq\f(r,2)，1匝.图4(1)在磁感应强度B减为eq\f(B,2)的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变更了多少？(2)在磁场转过90°角的过程中，线圈C中的磁通量变更了多少？转过180°角呢？答案(1)A、B线圈的磁通量均削减了eq\f(Bπr2,2)(2)削减了eq\f(1,4)Bπr2削减了eq\f(1,2)Bπr2解析(1)A、B线圈中的磁通量始终一样，故它们的变更量也一样.ΔΦ＝(eq\f(B,2)－B)·πr2＝－eq\f(Bπr2,2)即A、B线圈中的磁通量都削减了eq\f(Bπr2,2)(2)对线圈C，Φ1＝Bπr′2＝eq\f(1,4)Bπr2当磁场转过90°时，Φ2＝0，故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝－eq\f(1,4)Bπr2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＝－eq\f(1,4)Bπr2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－eq\f(1,2)Bπr2.例2磁通量是探讨电磁感应现象的重要物理量，如图5所示，通有恒定电流的长直导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，其次次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变更量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()图5A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1＝ΔΦ2C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.无法确定答案C解析设闭合线框在位置1时穿过闭合线框的磁通量为Φ1，平移到位置2时穿过闭合线框的磁通量为Φ2，导线MN中的电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处要强，故Φ1>Φ2.设以原来磁感线穿过的方向为正方向，则从另一面穿过的方向为负方向，将闭合线框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，穿过闭合线框的磁感线反向，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2，故正确选项为C.二、感应电流产生的条件1.试验：探究感应电流产生的条件(1)如图6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.(均填“有”或“无”)图6(2)如图7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.(均填“有”或“无”)图7(3)如图8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始终闭合，当变更滑动变阻器的阻值时，电流表中________电流通过；而开关始终闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中________电流通过.(均填“有”或“无”)图8(4)归纳总结：试验一中：导体棒切割磁感线运动，回路面积发生变更，从而引起了磁通量的变更，产生了感应电流.试验二中：磁铁插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变更，从而引起了磁通量的变更，产生了感应电流.试验三中：开关闭合、断开、滑动变阻器的滑动触头移动时，A线圈中电流变更，从而引起穿过B的磁通量变更，产生了感应电流.三个试验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变更.答案(1)有无(2)有无(3)有有无2.感应电流产生条件的理解不论什么状况，只要满意电路闭合和磁通量发生变更这两个条件，就必定产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路肯定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也肯定发生了变更.3.区分ΔΦ与Φ感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变更，即与ΔΦ有关.ΔΦ与Φ的大小没有必定的联系.例3(多选)下图中能产生感应电流的是()答案BD解析A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，通过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合电路的磁通量减小，有感应电流.[学科素养]本题通过分析四种状况是否有感应电流的产生，加深了学生对磁通量概念、磁通量的变更的理解，进一步驾驭感应电流产生的两个条件：(1)闭合电路；(2)磁通量发生变更，二者缺一不行.通过这样的训练熬炼了学生的归纳思维实力，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.例4(2024·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，磁通量做周期性变更，产生感应电流，故A正确.推断部分导体做切割磁感线运动产生感应电流时应留意：1导体是否将磁感线“割断”，假如没有“割断”就不能说切割.如例4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4D图中ad、bc边都切割磁感线，由切割不简单推断，则要回来到磁通量是否变更上去.

1.(产生感应电流条件的理解)(2024·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更，线圈中就肯定有感应电流B.只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就肯定有感应电流C.穿过某闭合线圈的磁通量为零时，线圈电路中肯定没有感应电流D.当穿过闭合电路的磁通量发生变更时，闭合电路中肯定有感应电流答案D解析产生感应电流的条件：回路闭合、磁通量变更，即使某时刻穿过闭合电路的磁通量为0，但只要磁通量在变更，电路中就有感应电流，故选项A、B、C错误，D正确.2.(磁通量的理解)(多选)(2024·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更量大小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更量大小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更量大小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更量大小ΔΦ＝0，故D错误.3.(磁通量的理解)如图10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10A.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心时，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.(产生感应电流的推断)(多选)如图11所示装置，在下列各种状况中，能使悬挂在螺线管旁边的铜质闭合线圈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一、选择题考点一电磁感应现象的发觉与相识1.(2024·浙江11月选考)发觉电流磁效应的物理学家是()A.法拉第B.奥斯特C.库仑D.安培答案B2.下列现象中，属于电磁感应现象的是()A.通电线圈在磁场中转动B.因闭合线圈在磁场中运动而产生电流C.磁铁吸引小磁针D.小磁针在通电导线旁边发生偏转答案B解析线圈在磁场中由于磁通量的变更而产生电流的现象叫电磁感应现象，B正确.A中通电线圈在磁场中转动是因为受安培力作用，A错误.D是电流的磁效应，D错误.C中磁铁吸引小磁针是磁场的作用，C错误.3.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解析在运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更的分析4.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.5.(2024·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.πBR2 B.πBr2C.nπBR2 D.nπBr2答案B解析由磁通量的定义式知Φ＝BS＝πBr2，故B正确.6.如图4所示，线圈ABCO的面积为0.4m2，匀强磁场的磁感应强度B＝0.1T，方向为x轴正方向.在线圈由图示位置绕z轴向下转过60°的过程中，通过线圈的磁通量变更量为()图4A.3.46×10－2WbB.2×10－2WbC.0D.4×10－2Wb答案A解析在题图实线位置时，线圈平面与磁场方向平行，通过线圈的磁通量Φ1＝0；当线圈由则通过线圈的磁通量变更量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝3.46×10－2Wb，A正确.7.如图5所示为一水平放置的条形磁铁，一闭合线框abcd位于磁铁的左端，线框平面始终与磁铁的上表面垂直，并与磁铁的端面平齐.当线框由图中位置Ⅰ经过中间位置Ⅱ到达位置Ⅲ时，穿过线框的磁通量变更状况为()图5A.不发生变更B.先削减后增加C.先增加后削减D.不能确定答案B解析条形磁铁的磁感线分布如图所示，两端磁感线分布密集，中间磁感线分布稀疏，线框在位置Ⅱ时磁通量最小，故从Ⅰ经Ⅱ到Ⅲ，磁通量先削减后增加，选项B正确.考点三有无感应电流的推断8.(多选)某试验小组利用如图6所示装置，探究感应电流的产生条件.图中A是螺线管，条形磁铁的S极置于螺线管内，磁铁保持静止状态，B为灵敏电流计，开关K处于断开状态，电路连接和各仪器均正常.下列关于试验现象的说法正确的是()图6A.K闭合前，通过螺线管的磁通量为零B.K闭合瞬间，通过螺线管的磁通量不变C.K闭合瞬间，灵敏电流计指针不发生偏转D.K闭合，抽出磁铁过程中，灵敏电流计指针发生偏转答案BCD9.(多选)(2024·西湖高级中学高二上学期期中)如图7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7A.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边为轴转动答案BC10.如图所示，矩形线框在足够大的匀强磁场中做的各种运动中，能够产生感应电流的是()答案B解析矩形线框中磁通量变更的只有B图，因此只有B图能产生感应电流，故选B.11.(多选)如图8所示，线圈abcd在磁场区域ABCD中，下列哪种状况下线圈中有感应电流产生()图8A.把线圈变成圆形(周长不变)B.使线圈在磁场中加速平移C.使磁场增加或减弱D.使线圈以过ab的直线为轴旋转答案ACD解析把线圈变成圆形(周长不变)，线圈面积变大，通过线圈的磁通量增大，线圈中有感应电流产生，A正确；使线圈在磁场中加速平移，通过线圈的磁通量不变，线圈中没有感应电流产生，B错误；使磁场增加或减弱，通过线圈的磁通量增大或减小，线圈中有感应电流产生，C正确；使线圈以过ab的直线为轴旋转，线圈在磁场中的有效面积发生变更，线圈中磁通量发生变更，线圈中有感应电流产生，D正确.12.(多选)如图9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，若井字形回路中有感应电流通过，则可能()图9A.v1>v2B.v1<v2C.v1＝v2D.A、B、C选项都正确答案AB13.(多选)如图10所示，A、B两回路中各有一开关S1、