4[1]11划时代的发现第2节412探究电磁感应的产生条件(人教版选修3-2).docx

第四章　电磁感应
第1节　划时代的发现
第2节　探究电磁感应的产生条件
要点一 电流的磁效应和电磁感应现象的区别是什么
电流的磁效应是指电流周围产生磁场即“电生磁〞，而电磁感应现象是利用磁场产生感应电流即“磁生电〞，是两种因果关系相反的现象．
搞清现象的因果关系是“电生磁〞还是“磁生电〞，是正确区分以上两种现象的关键．
要点二 磁通量问题探究
1．磁通量的计算方法
B与S垂直
B与S不垂直
某面积内有不同方向的磁场
N匝线圈

Φ＝BS
Φ＝BS⊥(S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积)
ΔΦ＝|Φ1－Φ2|

说明：B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积

说明：磁场方向为水平方向，此时：Φ＝BSsin θ
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
和前面计算方式一样，线圈匝数不会影响磁通量的计算.
2.需要注意的问题
(1)如果线圈平面翻转，即转过180°，穿过线圈的磁通量不是不变而是变化了2BS.
(2)磁通量虽然有正负，但是没有方向，是标量．
(3)线圈匝数虽然对磁通量没有影响，但是对产生的感应电流的大小有影响．
一、如图4－(1、2)－5所示，简单介绍下面几个实验装置，表达几种装置中是通过什么方式改变了磁通量从而产生了感应电流．
图4－(1、2)－5
实验装置介绍：①甲图中导体棒做切割磁感线运动，②乙图中磁体进入或在拔出线圈，③丙图中闭合(或断开)电键或在闭合电键后移动滑动变阻器．
实验原理解释：甲图中产生感应电动势的原因是导体运动改变了回路的面积，从而使磁通量发生变化；乙图中是通过磁体运动即改变磁场的强弱从而使线圈的磁通量发生变化；丙图中当闭合电键时，电流的磁场从无到有，磁场发生了变化，当移动滑动变阻器时也是改变了电流的磁场从而使磁通量发生了变化．
二、简述法拉第对电磁感应现象发现的奉献以及法拉第研究电磁感应问题的方法
法拉第电磁感应规律的发现，对人类社会有着划时代的奉献．由于电磁感应规律的发现，使人类得到了翻开电能宝库的金钥匙，使后来创造发电机、电动机、变压器，以及交流电的利用等等成为可能．由于电磁感应现象的发现，把机械能变为电能，使现代社会能得到廉价的电能．今天，人类社会进入电气时代，与电磁感应的发现是分不开的．
法拉第前后一共做了类似的几十个实验，最终认识到电磁感应现象的暂态性，提出只有在变化时，静止导线中电流才能在另一根静止导线中感应出电流；而导线中的稳恒电流是不可能在另一根静止导线中感应出电流的．
1831年11月24日，法拉第写了一篇论文，向英国皇家学会报告了整个实验情况，他把可以产生感应电流的情形概括为
五类：(1)变化的电流；(2)变化的磁场；(3)运动的稳恒电流；(4)运动的磁铁；(5)在磁场中运动的导体．他正确地指出感应电流与原电流的变化有关，而与原电流本身无关．法拉第把上述现象正式定名为“电磁感应〞．至此，法拉第作出了划时代的发现——电磁感应现象.
一、如何产生感应电流
【例1】一个处于匀强磁场中的闭合线圈有一定的磁通量，能够使该回路产生感应电流的是()
A．改变磁感应强度
B．改变回路平面与磁场方向的夹角
C．改变闭合线圈所围的面积
D．线圈在磁场中平移
E．改变线圈的匝数多少
F．把闭合线圈翻转
解析产生感应电流的条件是在闭合回路中改变其磁通量，改变匝数和使线圈在磁场中平移并不能改变磁通量的大小．
答案ABCF
二、磁通量的变化
b→b→c在条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化
图4－(1、2)－6
答案穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大．
(2)如图4－(1、2)－7所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面内．当a中的电流增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化在相同时间内哪一个变化更大为什么
图4－(1、2)－7
答案b、c线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大．由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c
线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大.
1.首先发现电磁感应现象的科学家是()
A．奥斯特B．麦克斯韦
C．安培D．法拉第
答案D
2．某同学在实验室重做法拉第发现电磁感应现象的实验，他将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图4－(1、2)－8所示的实验装置．当他接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是()
图4－(1、2)－8
A．开关的位置接错
B．电流表的正负极接错
C．线圈B的接头3、4接反
D．蓄电池的正负极接反
答案A
解析当开关位置接错时，开关的闭合和断开不会使A线圈中的电流发生变化，电流恒定使其产生的磁场不变，从而不会产生感应电流．
3．以下现象中，属于电磁感应现象的是()
A．小磁针在通电导线附近发生偏转
B．通电线圈在磁场中转动
C．因闭合线圈在磁场中运动而产生的电流
D．磁铁吸引小磁针
答案C
解析电磁感应是指“磁生电〞的现象，而小磁针和通电线圈在磁场中转动，反映了磁场力的性质．所以A、B不是电磁感应现象，C是电磁感应现象．
4．如图4－(1、2)－9所示，把一条大约长10 m的电线的两端接在灵敏电流计的两个接线柱上形成闭合回路，两个同学迅速摇动这根电线，可以发电吗简述你的理由．你认为两个同学沿哪个方向站立时，发电的可能性比较大你可以做一下试一试．
图4－(1、2)－9
答案利用地磁场进行发电．导线切割地磁场的方向上发电的可能性大.
题型①法拉第的奉献

A．既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体外表感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流
B．既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流
C．既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势
D．既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流
思维步步高稳恒电流周围的磁场是恒定的，还是变化的穿过某线圈的磁通量发生变化，有哪几种变化的可能性
答案A
解析稳恒电流周围存在的是恒定的磁场，在近旁静止的线圈中不会产生变化的磁通量，不能感应出感应电流．假设近旁的线圈运动，那么穿过线圈的磁通量会发生变化，能感应出感应电流．
拓展探究我国已经制定了登月方案，假设航天员登月后想探测一下月球外表是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈．那么以下推断中正确的选项是()
A．直接将电流表放于月球外表，看是否有示数来判断磁场有无
B．将电流表与线圈组成闭合电路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，那么判断月球外表无磁场
C．将电流表与线圈组成闭合电路，使线圈沿某一方向运动，如电流表有示数，那么判断月球外表有磁场
D．将电流表与线圈组成闭合电路，使线圈分别绕两个互相垂直的轴转动，月球外表假设有磁场，那么电流表至少有一次示数不为零
答案CD
解析电流表有示数时可判断有磁场存在，沿某方向运动而无示数不能确定磁场是否存在，D项中线圈分别绕相互垂直的轴转动，假设月球存在磁场，那么至少有一次穿过线圈(可正穿也可斜穿)的磁通量的变化率不为零，故电流表有示数，C、D正确．
题型②产生感应电流的条件
如图1是研究电磁感应现象实验所需的器材，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流计和线圈B连接成副线圈回路．并列举出实验中改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方式．
图1
思维步步高这两个线圈的作用是什么需要几个回路电流表所测量的是什么物理量滑动变阻器和开关的作用是什么
答案实物连接如以下列图所示
产生感应电流的方式有以下三种：
①合上(或断开)开关瞬间；②将线圈A插入线圈B或从线圈B中抽出；③将线圈A插入线圈B中不动并移动滑动变阻器的滑片．
拓展探究如图2所示，
图2
竖直放置的长直导线通以恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面内，在以下情况中线圈产生感应电流的是()
A．导线中电流变大
B．线框向右平动
C．线框向下平动
D．线框以ab边为轴转动
答案　ABD
解析分析是否产生感应电流，关键是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，关键就是分清磁感线的分布，亦即分清磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化．
对A选项，因I增大而引起导线周围的磁场增强，使线框的磁通量增大，故A正确．
对B选项，因离开直导线方向越远，磁感线分布越疏(如图甲)，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故B正确．
对C选项，由图甲可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变，故C错．
对D选项，可用一些特殊位置来分析，当线框在图甲位置时，穿过线框的磁通量最大，当线框转过90°时，穿过线框的磁通量为零，因此可以判定线框以ab轴转动时磁通量一定变化，故D正确．
1.闭合回路产生感应电流的本质原因是()
A．导体切割磁感线
B．回路所处的位置的磁感应强度的变化
C．闭合回路的磁通量发生了变化
D．回路中有干电池作为电源
答案C
2．如图3所示，
图3
竖直放置的长直导线通以恒定电流，一矩形导电线框abcd与通电导线共面放置，且ad边与通电导线平行．以下情况下能产生感应电流的是()
A．线框向左平动
B．线框与电流方向同向平动
C．线框以ab边为轴转动
D．线框以直导线为轴转动
答案AC
解析　当线框向左平动时线框内的磁场变强，应选项A正确；ab边为轴转动，磁通量由最大值逐渐变为零，应选项C正确．
3．如图4所示，
图4
恒定的匀强磁场中有一个有小缺口的圆形的导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向．当线圈在此磁场中做以下哪种运动(均未出磁场)时，线圈能产生感应电流()
A．ab连在一起，线圈沿自身所在的平面做匀速运动
B．线圈沿自身所在的平面做加速运动
C．线圈绕任意一条直径做匀速转动
D．ab连在一起，线圈绕任意一条直径做变速转动
答案D
解析B、C两个选项错误的原因是线圈没有形成回路，A选项错误的原因是匀速平移不会改变磁通量的大小．
4．关于电磁感应现象，以下说法正确的选项是()
A．只要穿过电路中的磁通量发生变化，电路中就一定产生感应电流
B．只要导体相对于磁场运动，导体内一定会产生感应电流
C．只要闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中一定会产生感应电流
D．只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流
答案D
解析此题关键是理解产生感应电流的条件首先为“闭合电路〞，A项中电路是否闭合不确定，故A项错误，B项也错误；其次当电路闭合时，只有一局部导体切割磁感线才产生感应电流，C项错误；当闭合电路中磁通量发生变化时电路中产生感应电流，D项正确．
5．如图5所示，
图5
两光滑的金属导轨之间存在一匀强磁场，方向垂直指向纸里．导轨的一端经导线与一灯泡A相接，另一端用导线闭合，一金属框置于导轨之上，框与灯泡B串联．当金属框按图示方向运动时()
A．A、B两盏灯都不亮
B．A、B两盏灯都发亮
C．灯泡A发亮，B不亮
D．灯泡A不亮，B发亮
答案B
6．动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图6甲所示是话筒原理图，图乙所示是录音机的录音、放音原理图，由图可知
图6
①话筒工作时磁铁不动，线圈移动而产生感应电流
②录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流
③录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场④录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
其中正确的选项是()
A．②③④B．①②③C．①②④D．①③④
答案C
解析话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流，①正确．录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，④正确，磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，②正确．
7．如图7所示，
图7
有一矩形线圈abcd，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，那么穿过线圈的磁通量是多大
答案BScosθ
解析这种情况线圈平面与磁场方向不垂直，不能用Φ＝BS直接计算，应该把面积投影到与B垂直的方向，即水平方向，可得Φ＝BS⊥＝BScosθ.
8.
图8
安培曾经于1822年做了许多实验，其中的一个实验装置如图8所示，将一个铜质多匝线圈A固定在绝缘架上，另一个单匝线圈B用细线悬挂起来，两者在同一平面内，然后在线圈A中通以强电流，另一个强磁性磁铁接近线圈B放置不动，安培认为，线圈B中应该有感应电流产生，并且在磁场的作用下产生转动．你认为他的这个实验能成功吗需要怎样操作才能在线圈B中产生感应电流
答案在接通和断开线圈A中的电流的瞬间，由于A电流的变化从而使A周围的磁场发生变化，故在B线圈中会产生感应电流．
9．如图9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从纸面向纸外做平动，E向上平动(E线圈有个缺口)，判断线圈中有没有感应电流．
图9
答案在直导线电流磁场中的五个线圈，原来的磁通量都是垂直纸面向里的．
A向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故A线圈中没有感应电流．
B向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流．
C绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化，必产生感应电流．
D远离纸面向外平动，穿过线圈的磁通量减少，情况同B，必产生感应电流．
E向上平动，穿过线圈的磁通量增加，但由于线圈不是闭合的，因此无感应电流．