高二物理探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件

1、二、探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件 要點(diǎn)導(dǎo)學(xué) 本節(jié)主要探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件。1、探究的方法主要是實(shí)驗(yàn)。連同初中學(xué)習(xí)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，課文介紹了三個(gè)實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)圖4-2-1，圖4-2-2和圖4-2-3。我們要認(rèn)真做好這三個(gè)實(shí)驗(yàn)，并從這三個(gè)實(shí)驗(yàn)中分析、歸納、概括出電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件。學(xué)習(xí)初中物理時(shí)，我們已經(jīng)知道：閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線，電路就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。那么在普遍情況下，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件是什么呢？完成下面兩張表格可以幫助我們發(fā)現(xiàn)三個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。 表格一、磁鐵相對(duì)于線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象（圖4-2-2） 磁鐵的動(dòng)作情況電流計(jì)指針的動(dòng)作磁鐵的動(dòng)作情況電流計(jì)指針的動(dòng)作N極插入線圈 S極插入線圈

2、 N極停在線圈中指針無(wú)動(dòng)作S極停在線圈中指針無(wú)動(dòng)作N極從線圈中抽出 S從線圈中抽出 表格二、線圈中的電流變化時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象（圖4-2-3） 線圈A中電流的變化情況線圈B中磁場(chǎng)的變化情況電流計(jì)指針的動(dòng)作開(kāi)關(guān)閉合的瞬間 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的瞬間 開(kāi)關(guān)閉合滑動(dòng)變阻器不動(dòng)B中的磁場(chǎng)不變指針無(wú)動(dòng)作開(kāi)關(guān)閉合變阻器電阻變化 2、對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的歸納。從上面的兩張表格中我們可以看到，指針無(wú)動(dòng)作時(shí)，無(wú)一例外地線圈中的磁場(chǎng)都是不變化的，那么在上面的表格中，凡是指針有動(dòng)作的，線圈中的磁場(chǎng)又有什么共同點(diǎn)呢？請(qǐng)你用盡可能簡(jiǎn)單的語(yǔ)言表達(dá)它們的共同點(diǎn)： 。在圖4-2-1所示的實(shí)驗(yàn)中，磁場(chǎng)是不變的，只是導(dǎo)體AB在切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了電

3、磁感應(yīng)，這種方式產(chǎn)生電磁感應(yīng)與上面所說(shuō)的線圈中磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電磁感應(yīng)之間肯定是有聯(lián)系的。前者是磁場(chǎng)不變但閉合電路包圍磁場(chǎng)的面積在變，后者是閉合電路的面積不變，但電路中的磁場(chǎng)在變。由此可見(jiàn)，穿過(guò)閉合電路的磁場(chǎng)變化或者電路包圍磁場(chǎng)的面積變化都會(huì)引起電磁感應(yīng)。 3、概括電磁感應(yīng)的條件。由于閉合電路的面積與垂直穿過(guò)此面積的磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積叫做磁通量，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。從磁感線的角度來(lái)看，磁通量就是穿過(guò)閉合電路的磁感線的數(shù)目，因此即使磁場(chǎng)和閉合電路的面積都不變，如果磁場(chǎng)與閉合電路所在平面之間的夾角變化（如由垂直變?yōu)椴淮怪保磐恳矔?huì)發(fā)生變化。 范例精析例1 如圖4-

4、2-4所示，在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一矩形線圈abcd垂直磁場(chǎng)放置，現(xiàn)使線圈做如下幾種運(yùn)動(dòng)：（a）向上加速平移，（未出磁場(chǎng)），（b）勻速向右平移，（c）繞ab邊轉(zhuǎn)90°，其中線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 。解析： 要判斷線圈中是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生，則需判斷穿過(guò)線圈的磁通量是否發(fā)生變化。在（a）中穿過(guò)線圈平面的磁感線始終與線圈平面垂直且線圈在磁場(chǎng)中的面積未發(fā)生變化，所以穿過(guò)線圈的磁通量沒(méi)有變化，線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。在（b）中線圈平移出磁場(chǎng)的過(guò)程中，在磁場(chǎng)中的面積逐漸減少，穿過(guò)線圈的磁通量在減少，所以線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。在(c)中，線圈從圖示位置繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中，線圈面積不

5、變，但磁感線與線圈平面的夾角越來(lái)越小，穿過(guò)線圈的磁感線條數(shù)在減少，故磁通量越來(lái)越小，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 拓展 ：在判斷是否有感應(yīng)電流時(shí)，除了確定是閉合電路外，如閉合電路是在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則著重判斷閉合電路在磁場(chǎng)中的面積是否變化，以及和磁感線的夾角是否發(fā)生變化，以確定磁通量是否變化，從而確定是否有感應(yīng)電流發(fā)生。 例2 如圖4-2-5所示，A、B兩回路中各有一開(kāi)關(guān)S1、S2，且回路A中接有電源，回路B中接有靈敏電流計(jì)，下列操作及相應(yīng)的結(jié)果可能的是A、 先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)B、 S1、S2閉合后，在斷開(kāi)S2的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn) C、 先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計(jì)指

6、針偏轉(zhuǎn)D、S1、S2閉合后，在斷開(kāi)S1的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)解析： 回路A中有電源，當(dāng)S1閉合后，回路中有電流，在回路的周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，回路B中有磁通量，在S1閉合或斷開(kāi)的瞬間，回路A中的電流從無(wú)到有或從有到無(wú)，電流周?chē)拇艌?chǎng)發(fā)生變化，從而使穿過(guò)回路B的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)若S2是閉合的，則回路B中有感應(yīng)電流，電流表指針偏轉(zhuǎn)。所以A、D正確。 拓展：這類(lèi)問(wèn)題，首先要判斷該電流的磁場(chǎng)方向，從而確定是否有磁感線穿過(guò)線圈平面，然后再根據(jù)電流的變化情況判斷磁通量是否變化，若產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流雖然發(fā)生了變化，但穿過(guò)線圈平面的磁通量始終為零，那么閉合回路中也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。如將圖4-2-5中的

7、回路A換成一根通過(guò)回路B的一條直徑的充分長(zhǎng)通電直導(dǎo)線，則不論直導(dǎo)線中的電流如何變化，回路B也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。 例3 恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一圓形的閉合導(dǎo)體線圈，線圈平面垂直于磁場(chǎng)方向。當(dāng)線圈在此磁場(chǎng)中作下列哪種運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈能產(chǎn)生感應(yīng)電流？A.線圈沿自身所在的平面作勻速運(yùn)動(dòng)B.線圈沿自身所在的平面作加速運(yùn)動(dòng)C.線圈繞任意一條直徑作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)D.線圈繞任意一條直徑作變速轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：線圈沿自身所在的平面作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)線圈中磁通量不變；線圈沿自身所在的平面作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)線圈中磁通量也不變，所以線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流。線圈繞任意一條直徑作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈中磁通量有變化，線圈繞任意一條直徑作變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈中磁通量也有變

8、化，所以線圈中有感應(yīng)電流。正確答案是C、D。 拓展：這道高考題的立意是考查考生對(duì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是否掌握。同時(shí)也考查了考生的空間想象能力。解決這一類(lèi)問(wèn)題 的關(guān)鍵是看線圈中的磁通量是否變化。 能力訓(xùn)練1、如圖4-2-6，豎直放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線ef中通有恒定電流，有一矩形線框abcd與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，在下列情況中線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 （ABD ）A、導(dǎo)線中電流強(qiáng)度變大 B、線框向右平動(dòng) C、線框向下平動(dòng) D、線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng) E、線框以直導(dǎo)線ef為軸轉(zhuǎn)動(dòng) 2、下列關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)電流的說(shuō)法中，正確的是 （ D ） A、只要穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生 B、只要閉合導(dǎo)線做切割

9、磁感線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線中就一定有感應(yīng)電流 C、閉合電路的一部分導(dǎo)體，若不做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，則閉合電路中就一定沒(méi)有感應(yīng)電流 D、當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中就一定有感應(yīng)電流 3、如圖4-2-7所示，一個(gè)矩形線圈與通有相同大小的電流的平行直導(dǎo)線在同一平面，且處于兩直導(dǎo)線的中央，則線框中有感應(yīng)電流的是（ BC ） A、兩電流同向且不斷增大 B、兩電流同向且不斷減小 C、兩電流反向且不斷增大 D、兩電流反向且不斷減小 4、如圖4-2-8所示，導(dǎo)線ab和cd互相平行，則在下列情況中導(dǎo)線cd中無(wú)電流的是（ D ） A、電鍵S閉合或斷開(kāi)的瞬間 B、電鍵S是閉合的，但滑動(dòng)觸頭向左滑 C、電鍵S是閉

10、合的，但滑動(dòng)觸頭向右滑 D、電鍵S始終閉合，滑動(dòng)觸頭不動(dòng) 5、如圖4-2-9所示，范圍很大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行于OXY平面，線圈處在OXY平面中，要使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其運(yùn)動(dòng)方式可以是（ C ） A、沿OX軸勻速平動(dòng) B、沿OY軸加速平動(dòng) C、繞OX軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) D、繞OY軸加速轉(zhuǎn)動(dòng) 6、目前觀察到的一切磁體都存在N、S兩個(gè)極，而科學(xué)家卻一直在尋找是否存在只有一個(gè)磁極的磁單極子。若確定存在磁單極子，設(shè)法讓磁單極子A通過(guò)一超導(dǎo)材料制成的線圈如圖4-2-10所示，則下列對(duì)于線圈中的感應(yīng)電流的判斷，正確的是（ C） A、只有A進(jìn)入線圈的過(guò)程有電流 B、只有A離開(kāi)線圈的過(guò)程中有電流 C、A離開(kāi)線圈后，電流保持不變 D、A離開(kāi)線圈后，電流消失 7、如圖4-2-11所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一線圈，線圈平面與磁感