PAGE13-劃時代的發覺探究感應電流的產生條件目標導航思維脈圖1.會選用試驗儀器探究感應電流的產生條件。 (科學思維)2.能運用感應電流產生的條件推斷是否有感應電流產生。 (物理觀念)3.體會磁生電的思想,體會探究自然規律的科學看法和科學精神。 (科學看法與責任)必備學問·自主學習一、劃時代的發覺“磁生電”說明白什么?滿意哪些條件才能“磁生電”?提示:“磁生電”說明白磁和電相互聯系;“磁生電”的條件是穿過閉合線圈的磁通量發生變更。1.奧斯特夢圓“電生磁”:1820年,丹麥物理學家奧斯特發覺了電流的磁效應。2.法拉第心系“磁生電”:1831年,英國物理學家法拉第發覺了“磁生電”的現象,這種現象叫作電磁感應,產生的電流叫作感應電流。二、探究感應電流產生的條件1.探究導體棒在磁場中運動是否產生電流(如圖所示):試驗操作試驗現象(有無電流)導體棒靜止無導體棒平行磁感線運動無導體棒切割磁感線運動有總結:閉合導體回路包圍的面積變更時,產生感應電流;閉合導體回路包圍的面積不變時,不產生感應電流。2.探究磁鐵在通電螺線管中運動是否產生電流(如圖所示):試驗操作試驗現象(有無電流)N(或S)極插入線圈有N(或S)極停在線圈中無N(或S)極從線圈中抽出有總結:線圈中的磁場變更時產生感應電流;線圈中的磁場不變時不產生感應電流。3.模擬法拉第試驗(如圖所示):試驗操作試驗現象(線圈B中有無電流)開關閉合瞬間有開關斷開瞬間有開關保持閉合,滑動變阻器滑片不動無開關保持閉合,快速移動滑動變阻器的滑片有(1)只要閉合電路內有磁通量,閉合電路中就有感應電流產生。 (×)(2)穿過螺線管的磁通量發生變更時,螺線管內部就肯定有感應電流產生。 (×)(3)閉合電路的部分導體在磁場中運動就會產生感應電流。 (×)(4)線框不閉合時,即使穿過線框的磁通量發生變更,線框中也沒有感應電流產生。 (√)關鍵實力·合作學習學問點一磁通量1.磁通量的理解:磁通量可以形象地理解為穿過某一面積磁感線條數的多少,當穿過某一面積的磁感線條數發生變更時,則穿過該面積的磁通量發生變更。2.磁通量的計算:(1)B與S垂直時(勻強磁場中),Φ=BS。B指勻強磁場的磁感應強度,S為線圈的面積。(2)B與S不垂直時(勻強磁場中),Φ=BS⊥。S⊥為線圈在垂直磁場方向上的投影面積,S⊥=Ssinθ,稱之為有效面積,如圖甲所示。或者Φ=B⊥S。B⊥為磁感應強度B垂直線圈平面方向上的重量,B⊥=Bsinθ,如圖乙所示。兩種計算方法均可得出Φ=BSsinθ。3.磁通量變更的三種狀況:(1)磁感應強度B不變,閉合電路的面積S發生變更。如圖a。(2)閉合電路的面積S不變,磁感應強度B發生變更。如圖b。(3)磁感應強度B和閉合電路的面積S都不變,它們之間的夾角α發生變更。如圖c。4.磁通量變更量的求法:可先規定磁通量的正方向,磁通量變更量為末狀態磁通量減去初狀態磁通量。如圖甲,豎直向下的勻強磁場中,水平放置一正方形線框;如圖乙,豎直向下的勻強磁場中,平行磁感應強度的方向放置正方形線框。若線框的面積是S,磁感應強度為B,試求兩種狀況下,穿過線框的磁通量分別是多少?提示:甲圖中穿過線框的磁通量Φ1=BS;乙圖中穿過線框的磁通量為Φ2=0。【典例1】有一個100匝的線圈,其橫截面是邊長為L=0.20m的正方形,放在磁感應強度為B=0.50T的勻強磁場中,線圈平面與磁場垂直。若將這個線圈橫截面的形態由正方形變更成圓形(橫截面的周長不變),在這一過程中穿過線圈的磁通量變更了多少?【解題探究】(1)磁通量的大小由什么確定?提示:磁場的磁感應強度B和線圈在垂直于磁場方向的面積S。(2)磁通量的正負如何確定?提示:從磁感線穿過面的角度來分,一個面積的兩個面分為“正面”和“反面”,“正面”穿入的磁感線,磁通量為正值,“反面”穿入的磁感線,磁通量為負值。【解析】線圈橫截面為正方形時的面積S1=L2=(0.20m)2=4.0×10-2m穿過線圈的磁通量Φ1=BS1=0.50×4.0×10-2Wb=2.0×10-2Wb,橫截面形態為圓形時,半徑r==,橫截面面積大小S2=π()2=m2,穿過線圈的磁通量Φ2=BS2=0.50×Wb≈2.55×10-2Wb,所以,磁通量的變更量ΔΦ=Φ2-Φ1=(2.55-2)×10-2Wb=5.5×10-3Wb。答案:5.5×10-3Wb磁通量Φ=BS的計算的幾點留意(1)S是指閉合回路中包含磁場的那部分的有效面積。(2)磁通量與線圈的匝數無關,也就是磁通量大小不受線圈匝數的影響。同理,磁通量的變更量ΔΦ=Φ2-Φ1也不受線圈匝數的影響。所以,干脆用公式求Φ、ΔΦ不必考慮線圈匝數n。1.如圖所示,矩形線框ABCD面積為S,磁感應強度為B的勻強磁場垂直線框平面,M為AB邊的中點,N為AD邊的中點,只有AMON區域中有磁場,穿過線框的磁通量為 ()A.BSB.BSC.BSD.BS【解析】選D。由圖可知,有磁場的區域面積:S′=S,當線圈平面與磁場方向垂直時,Φ=BS′=BS。故A、B、C錯誤,D正確。2.如圖甲所示,一面積為S的矩形導線框abcd,在勻強磁場中,磁場的磁感應強度為B,方向與ad邊垂直并與線框平面成45°角,O、O′分別是ab和cd邊的中點。現將線框右半邊ObcO′繞OO′逆時針轉過90°到圖乙所示位置,下列推斷正確的是 ()A.在圖甲位置時線圈中的磁通量是BSB.在圖乙位置時線圈中的磁通量是BSC.由圖甲位置到圖乙位置線圈中的磁通量變更了BSD.由圖甲位置到圖乙位置線圈中的磁通量變更了BS【解析】選C。線框的右半邊(ObcO′)未旋轉時整個回路的磁通量為:Φ1=BSsin45°=BS,線框的右半邊(ObcO′)旋轉90°后,穿進跟穿出的磁通量相等,整個回路的磁通量Φ2=0,磁通量的變更量為BS,C正確。【加固訓練】1.如圖所示,通有恒定電流的導線MN與閉合金屬框共面,第一次將金屬框由Ⅰ平移到Ⅱ,其次次將金屬框繞cd邊翻轉到Ⅱ,設先后兩次通過金屬框的磁通量變更的大小分別為ΔΦ1和ΔΦ2,則 ()A.ΔΦ1<ΔΦ2 B.ΔΦ1=ΔΦ2C.ΔΦ1>ΔΦ2 D.不能推斷【解析】選A。設在位置Ⅰ時磁通量大小為Φ1,在位置Ⅱ時磁通量大小為Φ2。規定位置Ⅱ相對線圈磁通量為正,第一次將金屬框由Ⅰ平移到Ⅱ,穿過線框的磁感線方向沒有變更,磁通量變更量ΔΦ1=Φ2-Φ1;其次次將金屬框繞cd邊翻轉到Ⅱ,穿過線框的磁感線的方向發生變更,磁通量變更量ΔΦ2=Φ1+Φ2。所以:ΔΦ1<ΔΦ2。故選A。2.如圖所示,線圈平面與水平方向夾角θ=60°,磁感線豎直向下,線圈平面面積S=0.4m2A.0.16Wb B.0.32WbC.0.48Wb D.0.64Wb【解析】選C。起先時穿過線圈的磁通量大小Φ1=BScosθ=0.8×0.4×Wb=0.16Wb;把線圈以cd為軸順時針轉過120°角,則通過線圈磁通量大小Φ2=BS=0.8×0.4Wb=0.32Wb,則此過程中磁通量的變更量:ΔΦ=Φ1+Φ2=0.48Wb,故選C。學問點二感應電流產生的條件(1)只要滿意電路閉合和穿過該電路的磁通量發生變更這兩個條件,就必定產生感應電流。(2)只要產生了感應電流,則電路肯定是閉合的,穿過該電路的磁通量也肯定發生了變更。從奧斯特發覺電流四周存在磁場后,法拉第堅信磁肯定能生電。他運用如圖所示的裝置進行試驗探討,以至于經過了10年都沒發覺“磁生電”。主要緣由是什么?提示:勵磁線圈A中的電流是恒定電流,產生穩恒磁場,穿過線圈B的磁通量都不發生變更,電流表G中沒有感應電流。【典例2】如圖為“探究感應電流與磁通量變更關系”的試驗裝置圖。下列操作中不能產生感應電流的是 ()A.B.C.開關S閉合后,D.開關S閉合后,【審題關鍵】序號信息提取①S閉合瞬間,穿過線圈B的磁通量發生變更②S斷開瞬間,穿過線圈B的磁通量發生變更③滑片P移動,穿過線圈B的磁通量發生變更④滑片P不移動,穿過線圈B的磁通量不發生變更【解析】選D。開關S閉合瞬間,穿過線圈B的磁通量發生變更,線圈產生感應電流,故A錯誤;開關S斷開瞬間,穿過線圈B的磁通量發生變更,有感應電流產生,故B錯誤;開關S閉合后,變阻器滑片P移動,穿過線圈B的磁通量發生變更,有感應電流產生,故C錯誤;開關S閉合后,變阻器滑片P不移動,穿過線圈B的磁通量不發生變更,沒有感應電流產生,故D正確。1.如圖是電磁沖擊鉆的原理示意圖,若發覺靜止的鉆頭M突然向右運動,則可能是 ()A.開關S由閉合到斷開的瞬間B.開關S由斷開到閉合的瞬間C.保持開關S閉合,滑動變阻器滑片P加速向右滑動D.保持開關S閉合,滑動變阻器滑片P減速向右滑動【解析】選B。開關S由閉合到斷開的瞬間,穿過M的磁通量減小,為阻礙磁通量的減小,鉆頭向左運動,故A錯誤;開關S由斷開到閉合的瞬間,穿過M的磁通量變大,為阻礙磁通量變大,鉆頭向右運動,故B正確;保持開關S閉合,滑動變阻器滑片P加速向右滑動時接入電阻增大,電流減小,穿過M的磁通量減小,為阻礙磁通量減小,鉆頭向左運動,故C錯誤;保持開關S閉合,滑動變阻器滑片P減速向右滑動時接入電阻增大,電流減小,穿過M的磁通量減小,為阻礙磁通量減小,鉆頭向左運動,故D錯誤。2.圖中能產生感應電流的是 ()【解析】選B。線圈是不閉合的,不能產生感應電流,故A錯誤;線框的面積增大,穿過線框的磁通量增大,能夠產生感應電流,故B正確;由于直導線在線圈的直徑的上方,所以穿過線圈的磁通量等于0,電流增大,線圈的磁通量仍舊是0,故C錯誤;線框整體垂直于磁場運動,線框的磁通量始終是最大的,沒有發生變更,沒有感應電流,故D錯誤。【加固訓練】1.科學家探究自然界的奇妙,要付出艱辛的努力。19世紀,英國科學家法拉第經過10年堅持不懈的努力,發覺了電磁感應現象。如圖中可用于探討電磁感應現象的試驗是 ()【解析】選C。A圖是演示通電導體在磁場中受力的裝置,故A不符合題意;B圖是奧斯特試驗裝置,故B不符合題意;C圖是演示電磁感應現象的裝置,故C符合題意;D圖是通電后燈泡發光,體現電流的熱效應,故D不符合題意。2.下列狀況中能產生感應電流的是 ()A.如圖甲所示,導體AB順著磁感線運動B.如圖乙所示,條形磁鐵插入線圈中不動時C.如圖丙所示,小螺線管A置于大螺線管B中不動,開關S一干脆通,滑動變阻器滑片不動時D.如圖丙所示,小螺線管A置于大螺線管B中不動,開關S一干脆通,在移動變阻器滑片的過程中【解析】選D。如圖甲所示,導體AB順著磁感線運動,不切割磁感線,無感應電流,選項A錯誤;如圖乙所示,條形磁鐵插入線圈中不動時,磁通量不變,無感應電流產生,選項B錯誤;如圖丙所示,小螺線管A置于大螺線管B中不動,開關S一干脆通且滑動變阻器滑片不動時,穿過B的磁通量不變,無感應電流,選項C錯誤;如圖丙所示,小螺線管A置于大螺線管B中不動,開關S一干脆通,在移動變阻器滑片的過程中,線圈A中的電流變更,穿過線圈B的磁通量變更,會有感應電流產生,選項D正確。【拓展例題】考查內容:“磁生電”與“電生磁”的比較【典例】科學家通過長期探討,發覺了電和磁的聯系,其中最重要的兩項探討如圖所示。(1)探討電磁感應現象的裝置是____(“甲”或“乙”)圖,依據這一現象,制成了____(“電動機”或“發電機”)。

(2)探討通電導線在磁場中的受力狀況現象的裝置是__(“甲”或“乙”)圖,依據這一現象,制成了__(“電動機”或“發電機”)。

【解析】(1)甲圖中導體棒與電流表相連,無供電裝置,故為演示電磁感應的裝置。由這一原理我們制成了發電機。(2)乙圖中有電源供電,而無電流表,但能看到通電導線在磁場中的運動,故本試驗是探討磁場對電流作用的裝置,通過這一現象,我們制成了電動機。答案:(1)甲發電機(2)乙電動機情境·模型·素養如圖所示,A、B兩環共面同心,A環上勻稱帶有負電荷。探究:(1)當A環逆時針加速轉動時,通過B環中的磁通量變更了嗎?(2)當A環順時針勻速轉動時,通過B環中的磁通量變更了嗎?為什么?簡述出理由。【解析】(1)A環上勻稱帶有負電荷,當A環逆時針加速轉動時,產生順時針方向且大小越來越大的電流,產生的磁場變強,通過B環中的磁通量變更。(2)A環上勻稱帶有負電荷,當A環順時針勻速轉動時,產生逆時針方向且大小不變的電流,產生的磁場不變,通過B環中的磁通量不變。答案:(1)變更(2)不變理由見解析一種早期發電機原理示意圖如圖所示,該發電機由固定的圓形線圈和一對用鐵芯連接的圓柱形磁鐵構成,兩磁極相對于線圈平面對稱,線圈圓心為O點。探究:在磁極繞轉軸勻速轉動的過程中,磁感應強度為B,線圈面積為S。當磁極與O點在同一條直線上時,穿過線圈的磁通量為多少?【解析】在磁極與O點在同一條直線上時,穿過線圈的磁通量最大,為Φ=BS。答案:BS課堂檢測·素養達標1.1831年8月29日,法拉第歷經近十年的探討最終在一次試驗中發覺了電磁感應現象:把兩個線圈繞在同一個鐵環上(如圖),一個線圈接到電源上,另一個線圈接入“電流表”,在給一個線圈通電或斷電的瞬間,另一個線圈中也出現了電流。之后他設計出幾十個關于電磁感應現象的試驗,并把它們總結成五類狀況,請結合你學習的電磁感應學問推斷以下哪個選項不屬于這五類現象 ()A.恒定的電流B.變更的磁場C.運動的磁鐵D.在磁場中運動的導體【解析】選A。因為電磁感應現象是一個瞬間現象,只有在磁通量變更的時候才會出現,因此恒定的電流產生恒定的磁場,無法發生電磁感應現象,因此A符合題意,B、C、D不符合題意,故選A。2.如圖所示勻強磁場的磁感應強度為B,磁場方向與線框面的夾角為θ,若線框的面積為S,匝數為n,則穿過線框面的磁通量為()A.BSsinθ B.BScosθC.nBSsinθ D.nBScosθ【解析】選A。依據磁通量的概念可知,穿過線框面的磁通量為BSsinθ,故選A。3.老師做了一個物理小試驗讓學生視察:一輕質橫桿兩側各固定一金屬環,橫桿繞中心點自由轉動,老師拿一條形磁鐵插向其中一個小環,后又取出插向另一個小環,同學們看到的現象是 ()A.磁鐵插向左環,橫桿發生轉動B.磁鐵插向右環,橫桿發生轉動C.無論磁鐵插向左環還是右環,橫桿都不發生轉動D.無論磁鐵插向左環還是右環,橫桿都發生轉動【解析】選B。左環沒有閉合,在磁鐵插入過程中,不產生感應電流,故橫桿不發生轉動;右環閉合,在磁鐵插入過程中,產生感應電流,橫桿將發生轉動,故B正確,A、C、D錯誤。4.一磁感應強度為B的勻強磁場,方向水平向右,一面積為S的矩形線圈abcd如圖所示放置,平面abcd與豎直方向成θ角,將abcd繞ad軸轉180°角,則穿過線圈平面的磁通量的變更量為 ()A.0 B.2BSC.2BScosθ D.2BSsinθ【解析】選C。起先時穿過線圈平面的磁通量為Φ1=BScosθ,后來穿過線圈平面的磁通量為Φ2=-B