4磁生电的探索

手压式手电筒:电从哪里来复习电能生磁一、电磁感应的探究历程安培二、科学探究•提供的器材灵敏电流计、螺线管（粗细各一个）、条形磁铁、蹄形磁铁、电源、开关、滑动变阻器、导体、铁架台、导线若干。猜想与假设•思考磁能产生电的条件可能是什么？•如何利用这些器材进行实验？制定计划和设计实验•根据自己的猜想，制定实验方案和设计记录实验现象的表格。1、导体在磁场中运动实验方案可能有：实验操作有无电流产生实验探究结论导体AB与磁场相对静止无导体AB切割磁感线，通过闭合回路的磁通量，有感应电流产生导体AB平行于磁感线运动(与导轨不分离)无导体AB做切割磁感线运动(与导轨不分离)有发生变化2、磁铁在螺线管中运动探究2：(如图所示)实验操作有无电流产生实验探究结论将磁铁插入螺线管时有将磁铁插入或拔出螺线管时，通过螺线管闭合回路的磁通量，有感应电流产生磁铁静止在螺线管中时无将磁铁拔出螺线管时有发生变化3、实验方案实验操作有无电流产生实验探究结论闭合开关的瞬间有导体和磁场间并没有发生相对运动，当螺线管A中的电流发生变化时，螺线管B所处的磁场，从而引起了穿过螺线管B的发生变化，螺线管B所在的闭合回路中有感应电流产生闭合开关，A中电流稳定后，滑动变阻器电阻变大有发生变化磁通量实验操作有无电流产生实验探究结论闭合开关，A中电流稳定后，滑动变阻器电阻不变无导体和磁场间并没有发生相对运动，当螺线管A中的电流发生变化时，螺线管B所处的磁场，从而引起了穿过螺线管B的发生变化，螺线管B所在的闭合回路中有感应电流产生闭合开关，A中电流稳定后，滑动变阻器电阻变小有断开开关的瞬间有发生变化磁通量甲：导体在磁场中运动乙：磁铁在螺线管中运动丙：当小螺线管中的电流变化时，什么在变？实验结论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电流，这就是磁生电的条件。电磁感应:磁通量变化而产生电流的现象叫做电磁感应现象;所产生的电流叫做感应电流。特例：即使是闭合回路的部分导体做切割磁感线运动，也不能保证一定存在感应电流，如图1－1－7所示，abcd线框的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但同样没有感应电流。图1－1－7“切割磁感线”产生感应电流和“磁通量变化”在本质上是一致的．如图1－1－3所示，当导体ab向右运动时，会引起abcd回路的面积变大，从而使磁通量发生变化，所以在回路中产生感应电流．图1－1－3强调：导体做切割磁感线运动不一定产生感应电流，因为电路不一定闭合；闭合电路在磁场中运动也不一定产生感应电流，因为磁通量可能不变。1．关于产生感应电流的条件，下列说法正确的是()A．位于磁场中的闭合线圈，一定能产生感应电流B．闭合线圈和磁场发生相对运动，一定能产生感应电流C．闭合线圈做切割磁感线运动，一定能产生感应电流D．穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化，一定能产生感应电流解析：产生感应电流的条件是：①闭合回路，②磁通量发生变化。答案：D2．法拉第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运动的磁体；⑤在磁场中运动的导体。图所示实验装置分别说明了哪种情形？解析：实验(a)说明的是④，运动的磁体产生感应电流；实验(b)说明的是⑤，在磁场中运动的导体产生感应电流；实验(c)说明的是①、②，变化的电流产生变化的磁场，最终产生感应电流。答案：见解析3．如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，下列说法中正确的是()A．ΦaΦbΦcB．ΦaΦbΦcC．ΦaΦcΦbD．ΦaΦcΦb解析：当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通量的计算，应该是：ΦaΦbΦc。答案：B4如图所示，一个垂直纸面向里的匀强磁场，B＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为2cm。现于纸面内先后放上圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1cm,10匝；B线圈半径为2cm,1匝；C线圈半径为0.5cm,1匝。问：(1)在磁感应强度减为0.4T的过程中，A、B线圈中的磁通量改变多少？(2)当磁场转过30°角的过程中，C线圈中磁通量改变多少？[审题指导]解决此题的关键是理解磁通量Φ＝BS中S的意义，同时掌握ΔΦ＝Φ2－Φ1的计算方法。[解析](1)对A线圈，Φ1A＝B1πr12，Φ2A＝B2πr12。磁通量改变量|Φ2A－Φ1A|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4Wb＝1.256×10－4Wb；对B线圈，|Φ2B－Φ1B|＝(0.8－0.4)×3.14×(2×10－2)2Wb＝5.024×10－4Wb。(2)对C线圈：Φ1C＝Bπr2，磁场转过30°，线圈面积在垂直磁场方向的投影为πr2cos30°，则Φ2C＝Bπr2cos30°。磁通量改变量|Φ2C－Φ1C|＝Bπr2(1－cos30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb＝8.4152×10－6Wb。[答案](1)1.256×10－4Wb5.024×10－4Wb(2)8.4152×10－6Wb总结、对磁通量及其变化的理解1．磁通量磁通量表示磁场中穿过某一面积的磁感线净条数．Φ＝BS为匀强磁场中磁通量的计算公式．应用此公式时需注意以下两点：(1)公式Φ＝BS的适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直，即B⊥S.(2)S为有效面积①在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直．公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．如图所示，在水平方向的匀强磁场中，面积为S的平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过平面abcd的磁通量应为Φ＝B·Scosθ.Scosθ即为平面S在垂直于磁感线方向上的投影，我们称之为“有效面积”．②S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积．如图1－1－2所示，若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积S2.图1－1－22．磁通量的变化(1)引起磁通量变化的原因：由公式Φ＝BScosα可知，引起磁通量发生变化的原因有：①面积S不变，磁感应强度B发生变化，则磁通量Φ发生变化；②面积S变化，磁感应强度B不变，则磁通量Φ发生变化；③面积S变化，磁感应强度B也发生变化，则磁通量Φ可能发生变化；④线圈平面和磁场方向的夹角发生变化时，引起穿过线圈的磁通量发生变化．(2)磁通量变化量的计算：ΔΦ＝Φt－Φ0＝BΔS(B⊥S，且B不变S变化)SΔB(B⊥S，且S不变B变化)BtSt－B0S0(B与S均变化，S为有效面积)5.如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是()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[思路点拨]明确磁感线的分布特点→判断磁通量是否变化→判断是否产生感应电流[解析]四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，线圈按A、B、D三种情况移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流。C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确。[答案]C6．如图所示，矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外。下述过程中能使线圈产生感应电流的是()A．以bc为轴转动45°B．以ad为轴转动45°C．将线圈向下平移D．将线圈向上平移解析：线圈有没有产生感应电流关键看磁通量是否变化或磁感线条数是否改变，以bc为轴转动45°，磁通量不发生变化，无感应电流，所以A错。将线圈向上、向下平移时线圈的磁通量也不发生变化，也无感应电流，故C、D也错。答案：B