河北省邢台市高中物理 第四章 电磁感应4.1划时代的发现

河北省邢台市高中物理 第四章 电磁感应4.1划时代的发现

‎4.1划时代的发现 ‎ ‎【学习目标】‎ ‎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.知道感应电流的产生条件．‎ 一、划时代的发现 ‎[问题设计]‎ 哲学家康德说过，各种自然现象之间是相互联系和相互转化并且是和谐统一的．你能举出一些例子吗？这对奥斯特有什么启发？‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．奥斯特梦圆“电生磁”‎ ‎1820年，丹麦物理学家 发现载流导体能使小磁针 ，这种效应称为电流的 ．‎ ‎2．法拉第心系“磁生电”‎ ‎1831年，英国物理学家 发现了 现象，即“磁生电”现象．产生的电流叫做 电流．他把引起电流的原因概括为五类：变化的 、变化的 、运动的恒定电流、运动的 、在磁场中运动的导体．‎ 二、磁通量及其变化 ‎[问题设计]‎ 如图1所示，框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.试求：‎ 图1‎ ‎(1)框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？‎ ‎(2)若框架绕OO′转过60°，则穿过框架平面的磁通量为多少？‎ ‎(3)若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？‎ ‎(4)若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量变化量为多少？‎ 答案 (1)BS (2)BS (3)－BS (4)－2BS ‎[要点提炼]‎ ‎1．磁通量 ‎(1)定义：闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁场的 的乘积叫磁通量，符号为Φ.在数值上等于穿过投影面的磁感线的 ．‎ ‎(2)公式：Φ＝BS.其中S为回路平面在垂直磁场方向上的 面积，也称为有效面积．所以当回路平面与磁场方向之间的夹角为θ时，磁通量Φ＝ ，如图2所示．‎ 图2‎ ‎(3)单位：韦伯，简称韦，符号Wb.‎ ‎(4)注意：①磁通量是标量，但有正、负之分．一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁通量就为“＋”，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“ ”．②磁通量与平面的匝数 (填“有关”或“无关”)．‎ ‎2．磁通量的变化量ΔΦ ‎(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝ .‎ ‎(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ .‎ ‎(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝ ，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.‎ 特别提醒 计算穿过某面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量Φ1＝BS，当平面转过180°后，磁通量Φ2＝－BS，磁通量的变化量ΔΦ＝－2BS.‎ 三、感应电流的产生条件 ‎[问题设计]‎ ‎1．实验1：如图3所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生(填“有”或“无”)．‎ 图3‎ ‎2．实验2：如图4所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，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4‎ ‎3．实验3：如图5所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S接通或断开时，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，滑动变阻器滑动触头不动时，电流表中无电流产生(填“有”或“无”)．‎ 图5‎ ‎4．上述三个实验产生感应电流的情况不同，但其中肯定有某种共同的原因，完成下表并总结产生感应电流的条件.‎ 实验1‎ 闭合电路中磁感应强度B不变，闭合电路的面积S① ‎ 共同原因：⑥ 电路中⑦ 发生变化 实验2‎ 闭合电路中磁感应强度B② ，闭合电路的面积S③ ‎ 实验3‎ 闭合电路中磁感应强度B④ ，闭合电路的面积S⑤ ‎ 总结 实验1是通过导体相对磁场运动改变磁通量；实验2是磁体即磁场运动改变磁通量；实验3通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．产生感应电流的条件：穿过 电路的 发生变化．‎ ‎2．特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：‎ ‎(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割．如图6所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线．‎ 图6‎ ‎(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，如图丁．如果由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去．‎ ‎[延伸思考] 电路不闭合时，磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象？‎ 答案 当电路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象．‎ 一、磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算 例1 如图7所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一金属线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化情况是( )‎ 图7‎ A．先减小后增大 B．始终减小 C．始终增大 D．先增大后减小 例2 匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，矩形线圈abcd的面积S＝‎0.5 m2‎，共10匝，开始时B与线圈所在平面垂直且线圈有一半在磁场中，如图8所示．求：‎ 图8‎ ‎(1)当线圈绕ab边转过60°时，线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量；‎ ‎(2)当线圈绕dc边转过60°时，线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量．‎ 二、产生感应电流的分析判断及实验探究 例3‎ ‎ 如图9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9‎ A．开关S接通的瞬间 B．开关S接通后，电路中电流稳定时 C．开关S接通后，滑动变阻器触头滑动的瞬间 D．开关S断开的瞬间 针对训练 如图10所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则( )‎ 图10‎ A．断开开关S，ab中有感应电流 B．闭合开关S，ab中有感应电流 C．无论断开还是闭合开关S，ab中都有感应电流 D．无论断开还是闭合开关S，ab中都没有感应电流 例4 在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图11所示．它们是①电流表；②直流电源；③带铁芯的线圈A；④线圈B；⑤开关；⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁 场强弱)．试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)．‎ 图11‎ ‎1．(对电磁感应现象的认识)下列关于电磁感应现象的认识，正确的是( )‎ A．它最先是由奥斯特通过实验发现的 B．它说明了电流周围存在磁场 C．它说明了闭合回路中磁通量变化时会产生电流 D．它说明了电流在磁场中会受到安培力 ‎2．(对磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解)如图12所示一矩形线框，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12‎ A．一直增加 B．一直减少 C．先增加后减少 D．先增加，再减少直到零，然后再增加，然后再减少 ‎3．(产生感应电流的分析判断)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13‎ A．将线框向左拉出磁场 B．以ab边为轴转动(小于90°)‎ C．以ad边为轴转动(小于60°)‎ D．以bc边为轴转动(小于60°)‎ ‎4．(产生感应电流的分析判断)如图14所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是( )‎ 图14‎ A．线圈中通以恒定的电流 B．通电时，使滑动变阻器的滑片P做匀速移动 C．通电时，使滑动变阻器的滑片P做加速移动 D．将电键突然断开的瞬间 题组一 电磁感应现象的发现 ‎1．奥斯特发现电流磁效应，使整个科学界受到了极大的震动，通过对电流磁效应的逆向思维，人们提出的问题是( )‎ A．电流具有热效应 B．电流具有磁效应 C．磁能生电 D．磁体具有磁化效应 ‎2．下面属于电磁感应现象的是( )‎ A．通电导体周围产生磁场 B．磁场对电流产生力的作用 C．闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在电路中产生电流的现象 D．电荷在磁场中定向移动形成电流 题组二 对磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算 ‎3．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 ‎4．关于磁通量的概念，以下说法中正确的是 ( )‎ A．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量越大 B．磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量越大 C．穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零 D．磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的 ‎5.如图1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1‎ A．πBR2 B．πBr2‎ C．nπBR2 D．nπBr2‎ 题组三 产生感应电流的分析判断 ‎6．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是( )‎ A．闭合线圈放在变化的磁场中，必然有感应电流产生 B．闭合正方形线圈在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流 C．穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流 D．只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定有感应电流产生 ‎7．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 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 ‎8．下图中能产生感应电流的是( )‎ ‎ ‎ ‎9.如图2所示，一有限范围的匀强磁场宽度为d，若将一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，已知d＞L，则导线框从开始进入到完全离开磁场的过程中无感应电流的时间等于( )‎ 图2‎ A. B. C. D. ‎10.如图3所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，初始位置线框与磁感线平行，则在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是( )‎ 图3‎ A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动 C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动 D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动 ‎11.为观察电磁感应现象，某学生将电流表、螺线管A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图4所示的实验电路．当接通和断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是( )‎ 图4‎ A．开关位置接错 B．电流表的正、负极接反 C．线圈B的3、4接头接反 D．蓄电池的正、负极接反 ‎12.如图5所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况中，导线cd中有电流的是 ( )‎ 图5‎ A．开关S闭合或断开的瞬间 B．开关S是闭合的，滑动触头向左滑 C．开关S是闭合的，滑动触头向右滑 D．开关S始终闭合，滑动触头不动 ‎13．如图6所示，A为多匝线圈，与开关、滑动变阻器相连后接入M、N间的交流电源，B为一接有小灯泡的闭合多匝线圈，下列关于小灯泡发光情况的说法中正确的是( )‎ 图6‎ A．闭合开关后小灯泡可能发光 B．若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，则小灯泡更亮 C．闭合开关瞬间，小灯泡才能发光 D．若闭合开关后小灯泡不发光，将滑动变阻器滑片左移后，小灯泡可能会发光