4.12究感应电流产生的条件

第四章电磁感应第一节划时代的发现第二节探究感应电流的产生条件探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳追悔莫及的亨利美国物理学家亨利是奥尔巴尼学院的教授，由于教学任务繁重，也没有专门的实验室，他主要利用假期在学院的大厅里进行电学实验工作．1829年8月的暑假，亨利在考察绕有不同长度导线的电磁铁所产生磁力的大小时，意外地发现，当通电导线中的电流被突然切断时，会产生强烈的电火花．当时亨利无法给出解释，这一重要发现被搁置下来了．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳1830年8月的暑假，亨利继续上次的实验．他发现当电磁铁导线中突然通入强电流时，电流计的指针向一个方向偏转；当电磁铁导线中的电流突然消失时，电流计的指针反向偏转；当电磁铁导线中电流保持稳定时，电流计的指针不偏转．亨利对这一现象感到很奇怪，但暑假结束了，他只得停止实验．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳4到了1832年6月，亨利在杂志上看到了法拉第在1831年所做的电磁感应实验的简讯，立即痛苦地意识到法拉第的发现与自己两年前的发现相类似．他马上用自己的旧仪器进一步完善了过去的实验，并把自己前前后后做的实验做了一个总结，写成一篇论文．即使这样，在电磁感应现象的发现上，亨利只能屈居第二了．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳一、电磁感应的探索历程1．“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家__________发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现1831年，英国物理学家__________发现了电磁感应现象．奥斯特法拉第探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳3．法拉第的概括法拉第把引起感应电流的原因概括为五类，它们都与_____________相联系——1变化的__________2变化的__________3__________的恒定电流4__________的磁铁5在磁场中运动的__________他把这些现象定名为电磁感应，产生的电流叫做__________.变化和运动电流磁场运动运动导体感应电流探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳1、磁通量定义：在磁感应强度为B的匀强磁场当中，有一个与磁场方向垂直的平面S，B和S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量公式:Φ＝BS单位：韦伯符号：Wb1Wb=1T·m2探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳对公式的理解1.B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度2.公式只适用于S⊥B，若S与B不垂直，则S为垂直与磁场方向的投影面积当磁场B⊥S垂直,磁通量最大Φ=BS当B∥S时,磁通量最小Φ=0当磁场B与面积S不垂直,ΦBS探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳面积S＝0.5m2的闭合金属圆线圈处于磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，当磁场与环面垂直时，穿过环面的磁通量是_______；当金属圆环转过90°，环面与磁场平行时，穿过环面的磁通量是_______0.2Wb0探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳如图，线圈平面与水平方向成θ角，磁感应线竖直向下，设匀强磁场的磁感应强度为B，线圈面积为S，则Ф＝_________dθbcaBBScosθ探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳4.磁通量的意义可以用磁感线形象的说明3.Φ是标量，但有方向，若取某方向穿入平面的磁通量为正，则反方向穿入该平面的磁通量为负5.过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和(即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通)对公式的理解探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳2.磁通量的变化磁通量变化ΔФ＝Ф2－Ф1是某两个时刻穿过某个平面S的磁通量之差，即ΔФ取决于末状态的磁通量Ф2与初状态磁通量Ф1的代数差磁通量的变化一般有三种形式1、B不变，有效面积S变化2、B变化，S不变3、B和S同时变化探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳二、探究感应电流的产生条件1．导体棒切割磁感线运动是否会产生感应电流(如图)探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳现象实验操作闭合电路的磁通量的变化情况实验现象(电流表有无电流通过)导体棒静止不变无导体棒平行磁感线运动____________________导体棒切割磁感线运动____________________不变无变化有探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳2.磁铁在螺线管中运动是否会产生感应电流(如图)探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳现象实验操作线圈中磁通量的变化情况实验现象(电流表有无电流通过)N极插入线圈向下的磁通量__________________N极停在线圈中不变__________N极从线圈中拔出向下的磁通量__________________S极插入线圈向上的磁通量__________________S极停在线圈中不变__________S极从线圈中拔出向上的磁通量__________________增大有无减少有增大有无减少有探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳3.模仿法拉第的实验(如图)探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳现象实验操作A中电流的变化情况实验现象(B中有无电流)闭合开关的瞬间增大__________闭合开关，A中电流稳定后不变__________闭合开关，A中电流稳定后，增大滑动变阻器连入电路的电阻减小__________闭合开关，A中电流稳定后，减小滑动变阻器连入电路电阻增大__________断开开关的瞬间减小__________有无有有有探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳3．实验结论产生感应电流的条件：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．注意：电路闭合，磁通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可，电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量尽管很大但不变化，那么无论有多大，也不会产生感应电流．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳有一个垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，磁感应强度B＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1cm.现在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B减为0.4T的过程中，线圈A和B中磁通量改变多少？(2)当磁场转过30°角的过程中，线圈C中磁通量改变多少？探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳思路点拨：分别写出初末状态的磁通量Φ1、Φ2的表达式，然后用ΔΦ＝|Φ2－Φ1|可求出磁通量的改变量．解析：(1)对A线圈，Φ1＝B1πr2A，Φ2＝B2πr2A，磁通量的改变量为|Φ2－Φ1|＝(B1－B2)πr2A＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.256×10－4Wb，同理，对B线圈，|Φ2－Φ1|＝(B1－B2)πr2＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.256×10－4Wb.探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳(2)对C线圈：Φ1＝Bπr2C，磁场转过30°，线圈的面积在垂直磁场方向的投影为πr2Ccos30°，则Φ2＝Bπr2Ccos30°，磁通量的改变量为|Φ2－Φ1|＝Bπr2C(1－cos30°)＝8.4×10－6Wb.答案：(1)1.256×10－4Wb1.256×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳【题后总结】磁通量是指穿过某一面积的磁感线的条数，与线圈匝数无关．若线圈所围面积大于磁场面积，则以磁场区域面积为准．本题中B线圈与A线圈中的磁通量始终一样，故它们的改变量也一样．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳[针对训练]1.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Фa、Фb、Фc，下列说法正确的是()A．Фa＜Фb＜ФcB．Фa＞Фb＞ФcC．Фa＜Фc＜ФbD．Фa＞Фc＞Фb探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳解析：当a中有电流通过时，a、b、c三个闭合线圈向里磁感线条数一样多，但b、c有向外的磁感线穿出，且c向外的条数多，抵消的多，合磁通量最小．所以Фa＞Фb＞Фc.答案：B探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳(多选)如图所示，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，在下列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E．线框以直导线为轴转动探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳解析：讨论是否产生感应电流，需分析通电导线周围的磁场分布情况．通电导线周围的磁感线是一系列同心圆，且由内向外由密变疏，即越远离导线磁感线越疏．对选项A，因I增大而引起导线周围磁场的磁感应强度增大，故选项A正确．甲对选项B，因离开直导线方向越远，磁感线分布越疏(如图甲所示)，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故选项B正确．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳对选项C，由甲图可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变，故选项C错误．对选项D，可用一些特殊位置来分析，当线框在如图甲所示位置时．穿过线框的磁通量最大，当线框转过90°时，穿过线框的磁通量最小：Φ＝0，因此可以判定线框以ab为轴转动时磁通量一定变化，故选项D正确．乙探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳对选项E，先画出俯视图(如图乙所示)，由图可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线条数不变，因此无感应电流，故选项E错误．答案：ABD【题后总结】产生感应电流的条件一闭合二变磁，即导体回路必须闭合，穿过闭合导体回路的磁通量发生变化．二者缺一不可．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳[针对训练]2．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．线圈向下平移D．线圈向上平移探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳解析：选项A以bc为轴转动45°的过程中，虽然整个线框在垂直于磁感应强度方向上的投影面积减小，但在磁场内的那部分投影面积并未改变．据公式Ф＝BS⊥，穿过线框平面的磁通量不变，始终为12BS，故无感应电流，所以选项A错误；选项B以ad为轴转动45°的过程中磁通量减小，所以有感应电流，选项B正确；选项C、D磁通量不变，无感应电流，故选项C、D错误．答案：B探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标