1、13.1.1 划时代的发现3.1.2 探究感应电流的产生条件学习目标 核心提炼1.了解电磁感应现象发现的过程，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神。2.通过实验，探究和理解感应电流的产生条件。3.掌握磁通量的概念及其计算。4.能够运用感应电流的产生条件判断能否产生感应电流。1 个条件感应电流的产生条件3 个概念磁通量、电磁感应、感应电流3 个实验导体切割磁感线实验、线圈中插入或抽出磁铁实验、模仿法拉第的实验一、电磁感应的发现1.奥斯特梦圆“电生磁”1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现通电导线能使放在导线附近的小磁针偏转，这种现象称为电流的磁效应。电流的磁效应说明电流能在其周围产生磁场。2.
2、法拉第心系“磁生电”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”的现象。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。把这些现象定名为电磁感应，产生的电流叫做感应电流。思维拓展电流的磁效应与电磁感应有什么区别？答案 电流的磁效应是指电流周围产生磁场，即“电生磁” 。电磁感应现象是利用磁场产生感应电流，即“磁生电” 。 “电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象，要正确区分这两种现象，弄清现象的因果关系是关键。二、探究感应电流的产生条件实验 1 如图 1 所示，导体 AB 做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，
3、而导体 AB 顺着磁感线运动时，线路中无电流产生。(填“有”或“无”)2图 1实验 2 如图 2 所示，当条形磁铁插入或抽出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。(填“有”或“无”)图 2实验 3 如图 3 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，电流表中有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中无电流通过。(填“有”或“无”)图 3结论归纳：产生感应电流的条件是：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。思考判
4、断(1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。()(2)穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生。()(3)穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流。()(4)闭合正方形线框在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流。()对磁通量变化的理解3要点归纳1.匀强磁场中磁通量的计算(1)B 与 S 垂直时， BS。(2)B 与 S 不垂直时， B S， B 为 B 垂直于线圈平面的分量。如图 4 甲所示， B S( Bsin )S。也可以 BS ， S 为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，如图乙所示， BS BScos 。图 42.磁通量的变化大致可分为以下几种
5、情况(1)磁感应强度 B 不变，有效面积 S 发生变化。如图 5(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 5精典示例例 1 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图 6 所示，通有恒定电流的导线 MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置 1 平移到位置 2，第二次将线框绕 cd 边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为 1和 2，则( )图 6A. 1 2 B. 1 24C. 1 2。将闭合线框从位置 1 平移到位置 2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，
6、所以 1| 2 1| 1 2；将闭合线框从位置 1 绕 cd 边翻转到位置 2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以 2|( 2) 1| 1 2(以原来穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)。故选项 C 正确。答案 C(1)求解磁通量的变化量时要取有效面积。(2)磁通量的变化与线圈的匝数无关。(3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正、负不同。针对训练 1 边长 L10 cm 的正方形线框有 10 匝，固定在匀强磁场中，磁场方向与线框平面间的夹角 30，如图 7 所示，磁感应强度随时间的变化规律为 B23 t(T)，求：图 7(1)2 s 末穿过线框的磁通量；(2)第 3
7、s 内穿过线框的磁通量的变化量 。解析 (1)2 s 末穿过线框的磁感应强度B2(232) T8 T，由 BSsin 知 2 s 末穿过线框的磁通量 B2Ssin 8(0.1) 2sin 30 Wb410 2 Wb。(2)第 3 s 内磁感应强度的变化 B3 T，所以 BSsin 3(0.1) 2sin 30 Wb1.510 2 Wb。答案 (1)410 2 Wb (2)1.510 2 Wb5感应电流的产生条件要点归纳1.感应电流产生条件的理解(1)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。(2)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
8、一定发生了变化。2. 与 的区别 与 意义不同，大小也没有必然的联系。感应电流的产生与 无关，只取决于 的变化，即与 有关。精典示例例 2 下列图中能产生感应电流的是( )解析 根据产生感应电流的条件可判断：A 选项中，电路没有闭合，无感应电流；B 选项中，面积增大，穿过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， 恒为零， 0，无感应电流；D 选项中，磁通量不发生变化，无感应电流。答案 B(1)判断闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流时，一定注意“部分导体” “切割”的含义。(2)磁感线的条数可用来形象地表示一个回路的磁通量大小，所以可充分利用穿过闭合电路的磁
9、感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化。针对训练 2 如图 8 是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情境。当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了。下图中能反映出金属探测器工作原理的是( )6图 8解析 探测器靠近金属物体时，相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线，从而产生了电流；选项 B 是导体棒切割磁感线，选项 C 是通电导体在磁场中受力运动，选项 A、D 是电流的磁效应。综上所述，选项 B 正确。答案 B1.(对磁通量的理解)关于磁通量，下列叙述正确的是( )A.在匀强磁场中，穿过一个面的磁通量等于磁感应强度
10、与该面面积的乘积B.在匀强磁场中， a 线圈的面积比 b 线圈的大，则穿过 a 线圈的磁通量一定比穿过 b 线圈的磁通量大C.把一个线圈放在 M、 N 两处，若放在 M 处时穿过线圈的磁通量比放在 N 处时大，则 M 处的磁感应强度一定比 N 处大D.同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大解析 磁通量等于磁感应强度与垂直磁场方向上的投影面积的乘积，A 错误；线圈面积大，但投影面积不一定大，B 错误；磁通量大，磁感应强度不一定大，C 错误、D 正确。答案 D2.(感应电流产生的条件)(多选)如图 9 所示，下列情况能产生感应电流的是( )7图 9A.如图甲所示，导体棒 AB 顺着磁
11、感线运动B.如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时C.如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，开关 S 一直接通时D.如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，开关 S 一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时解析 A 中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故选项 A 错误；B 中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故选项 B 正确；C 中开关 S 一直接通，回路中为恒定电流，螺线管 A 产生的磁场稳定，螺线管 B 中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故选项 C 错误；D 中开关 S 接通，滑动变阻
12、器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管 A 的磁场发生变化，螺线管 B 中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，故选项 D 正确。答案 BD3.(产生感应电流的判断)(多选)如图 10 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 10A.将线框向左拉出磁场8B.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)解析 将线框向左拉出磁场的过程中，线框的 bc 部分做切割磁感线运动，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
13、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中会产生感应电流。如果转过的角度超过 60(60300)， bc 边在无磁场区转动，那么线框中将不产生感应电流；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)。答案 ABC基础过关1.在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化
14、B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化9解析 产生感应电流必须满足的条件：电路闭合；穿过闭合电路的磁通量要发生变化。选项 A、B 电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项 A、B 观察不到电流表的变化；选项 C 满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项 C 也观察不到电流表的变化；选项 D 满足产生感应电
15、流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选项 D 正确。答案 D2.如图 1 所示，矩形线框 abcd 放置在水平面内，磁场方向与水平方向成 角，已知 sin ，回路面积为 S，磁感应强度为 B，则通过线框的磁通量为( )45图 1A.BS B. BS 45C. BS D. BS35 34解析 根据磁通量的定义可得通过线框的磁通量 BSsin ，代入解得 BS，所以45选项 B 正确。答案 B3.如图 2 所示， AB 是水平面上一个圆的直径，在过 AB 的竖直面内有一根通电直导线 CD，已知 CD AB。当 CD 竖直向上平移时，电流的磁场穿过圆面积的磁通量将( )图 2A.逐
16、渐增大 B.逐渐减小C.始终为零 D.不为零，但保持不变解析 由于 CD 位于 AB 的正上方，根据安培定则可知， CD 产生的磁感线在以 AB 为直径的圆内穿入和穿出的条数相同，所以不管导线 CD 在竖直方向上位置怎么变化，下面圆内部的磁通量始终为 0。选项 C 正确。答案 C104.(多选)如图 3 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，且井字形回路中有感应电流产生，则可能( )图 3A.v1 v2 B.v1 v2C.v1 v2 D.无法确
17、定解析 只要金属棒 ab、 cd 的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。故选项 A、B 正确。答案 AB5.如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是( )解析 利用安培定则判断直导线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直导线电流产生的磁场分布情况是靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱。所以，A 中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为 A 出 进 0，即使切断导线中的电流， A也始终
18、为 0，A 中不可能产生感应电流。B 中线圈平面与导线的磁场平行，穿过 B 中线圈的磁通量也始终为 0，B 中也不能产生感应电流。C 中穿过线圈的磁通量如图乙所示， 进 出 ，即 C0，当切断导线中电流后，经过一定时间，穿过线圈的磁通量减小为 0，所以 C 中有感应电流产生。D 中线圈的磁通量如图丙所示，其有效磁通量为 D 出 进 0，即使切断导线中的电流， D也始终为 0，D 中不可能产生感应电流。11答案 C6.(多选)如图 4 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 4A.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抽出的过程中
19、D.磁铁静止而将螺线管向上移动解析 只要螺线管中的磁通量发生变化，回路中有感应电流，指针便会偏转；只要螺线管中的磁通量不发生变化，回路中无感应电流，指针便不会偏转。在磁铁插入、抽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。故选项 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，故选项 B 错误；由于磁铁静止而螺线管向上移动，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，故选项 D 正确。答案 ACD7.(多选)闭合线圈按如图所示的方式在磁场中运动，则穿过闭合线圈的磁通量发生变化的是( )解析 A 图中，图示状态 0，转至 9
20、0过程中 增大，因此磁通量发生变化；B 图中离直导线越远磁场越弱，磁感线越稀，所以当线圈远离导线时，线圈中磁通量不断变小；C 图中一定要把条形磁铁周围的磁感线空间分布图弄清楚，在图示位置，线圈中的磁通量为零，在向下移动过程中，线圈的磁通量一直为零，磁通量不变；D 图中，随着线圈的转动， B 与 S 都不变， B 又垂直于 S，所以 BS 始终不变，故选项 A、B 正确。答案 AB12能力提升8.如图 5 所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈 P，现用力从四周拉弹簧线圈，使线圈包围的面积变大，则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法正确的是( )图 5A.磁
21、通量增大，有感应电流产生B.磁通量增大，无感应电流产生C.磁通量减小，有感应电流产生D.磁通量减小，无感应电流产生解析 本题中条形磁铁磁感线的分布如图所示(从上向下看)。磁通量是指穿过一个面的磁感线的多少，由于垂直纸面向外和垂直纸面向里的磁感线要抵消一部分，当弹簧线圈 P 的面积扩大时，垂直纸面向里的磁感线条数增加，而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的，故穿过这个面的磁通量将减小，回路中会有感应电流产生，选项 C 正确。答案 C9.(多选)如图 6 所示，导线框 MNQP 近旁有一个跟它在同一竖直平面内的矩形线圈 abcd，下列说法正确的是( )图 6A.当电阻变大时， abcd 中有感应电流B
22、.当电阻变小时， abcd 中无感应电流C.电阻不变，将 abcd 在其原来所在的平面内向 PQ 靠近时， abcd 中有感应电流D.电阻不变，将 abcd 在其原来所在的平面内远离 PQ 时， abcd 中有感应电流解析 当电阻变化或 abcd 靠近、远离 PQ 时，穿过 abcd 的磁通量发生变化，会产生感应电流。故选项 A、C、D 正确，选项 B 错误。13答案 ACD10.某同学做研究产生感应电流的条件的实验，将电流表、线圈 A 和 B、蓄电池、开关用导线接成如图 7 所示的实验电路，当他接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，请你帮他查出原因并改正。图 7解析 由条件可知线圈 A
23、中电流不变，产生的磁场也恒定，所以穿过线圈 B 的磁通量始终不发生变化，因此不论开关是断开还是闭合，线圈 B 中均不会产生感应电流，电流表的指针也不会发生偏转。应将电源、开关、滑动变阻器和 A 线圈串在一起，构成回路。 B 线圈与电流表构成另一回路。答案 见解析11.如图 8 所示，线圈与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈与电流计 相连，线圈与线圈绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计 中是否有示数？图 8(1)开关闭合瞬间；(2)开关闭合稳定后；(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；(4)开关断开瞬间。解析 (1)开关闭合瞬间线圈中电流从无到有，电流的磁场也从无到有，穿过线圈的磁通量也从无到有，线圈中产生感应电流，电流计 有示数。(2)开关闭合稳定后，线圈中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈中虽有磁通量但磁通量恒定不变，线圈中无感应电流产生，电流计 无示数。(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，电阻变化，线圈中的电流变化，电流14形成的磁场也发生变化，穿过线圈的磁通量也发生变化，线圈中有感应电流产生，电流计 有示数。(4)开关断开瞬间，线圈中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过线圈的磁通量也从有到无，线圈中有感应电流产生，电流计 有示数。答案 (1)有 (2)无 (3)有 (4)有
