劃時代的發(fā)現(xiàn)公開課

第四章電磁感應

第1節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)第2節(jié)探究感應電流的產(chǎn)生條件

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知識解惑欄目鏈接追悔莫及的亨利美國物理學家亨利是奧爾巴尼學院的教授，由于教學任務繁重，也沒有專門的實驗室，他主要利用假期在學院的大廳里進行電學實驗工作．1829年8月的暑假，亨利在考察繞有不同長度導線的電磁鐵所產(chǎn)生磁力的大小時，意外地發(fā)現(xiàn)，當通電導線中的電流被突然切斷時，會產(chǎn)生強烈的電火花．當時亨利無法給出解釋，這一重要發(fā)現(xiàn)被擱置下來了．

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知識解惑欄目鏈接1830年8月的暑假，亨利繼續(xù)上次的實驗．他發(fā)現(xiàn)當電磁鐵導線中突然通入強電流時，電流計的指針向一個方向偏轉(zhuǎn)；當電磁鐵導線中的電流突然消失時，電流計的指針反向偏轉(zhuǎn)；當電磁鐵導線中電流保持穩(wěn)定時，電流計的指針不偏轉(zhuǎn)．亨利對這一現(xiàn)象感到很奇怪，但暑假結(jié)束了，他只得停止實驗．到了1832年6月，亨利在雜志上看到了法拉第在1831年所做的電磁感應實驗的簡訊，立即痛苦地意識到法拉第的發(fā)現(xiàn)與自己兩年前的發(fā)現(xiàn)相類似．

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知識解惑欄目鏈接他馬上用自己的舊儀器進一步完善了過去的實驗，并把自己前前后后做的實驗做了一個總結(jié)，寫成一篇論文．即使這樣，在電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)上，亨利只能屈居第二了．

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知識解惑欄目鏈接1．發(fā)現(xiàn)“電生磁”的科學家是________，發(fā)現(xiàn)“磁生電”的科學家是________．2．法拉第把引起電流的原因概括為五類，它們都與變化和運動相聯(lián)系，這就是：變化的________、變化的________、運動的________、運動的________、在磁場中________的導體．他把這些現(xiàn)象命名為________．產(chǎn)生的電流叫做________．3．產(chǎn)生感應電流的條件是：只要穿過閉合電路的______發(fā)生變化，閉合電路中就有感應電流．奧斯特法拉第電流磁場恒定電流磁鐵運動電磁感應感應電流磁通量

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知識解惑欄目鏈接電流的磁效應1．產(chǎn)生感應電流的條件．法拉第把引起電流的原因概括為五類：變化的電流、變化的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體．注意：“磁生電”是一種在運動變化過程中才出現(xiàn)的效應．感應電流產(chǎn)生的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化．

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知識解惑欄目鏈接以上表述是充分必要條件．不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必然產(chǎn)生感應電流；反之，只要產(chǎn)生了感應電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化．當閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，電路中有感應電流產(chǎn)生．這個表述是充分條件，不是必要的．在導體做切割磁感線運動時用它判定比較方便．

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知識解惑欄目鏈接2．感應電動勢產(chǎn)生的條件．感應電動勢產(chǎn)生的條件是：穿過電路的磁通量發(fā)生變化．這里不要求閉合．無論電路閉合與否，只要磁通量變化了，就一定有感應電動勢產(chǎn)生．這好比一個電源：不論外電路是否閉合，電動勢總是存在的．但只有當外電路閉合時，電路中才會有電流．

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知識解惑欄目鏈接例1如下圖所示，線圈平面與水平方向成θ角，磁感線豎直向下，設磁感應強度為B，線圈面積為S，則穿過線圈的磁通量Φ＝________.

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知識解惑欄目鏈接解析：線圈平面abcd與磁感應強度B方向不垂直，不能直接用Φ＝BS計算，處理時可以用不同的方法：方法一：把S投影到與B垂直的方向即水平方向，如圖中a′b′cd，S⊥＝Scosθ，故Φ＝BS⊥＝BScosθ.方法二：把B分解為平行于線圈平面的分量B∥和垂直于線圈平面的分量B⊥，顯然B∥不穿過線圈，且B⊥＝Bcosθ，故Φ＝B⊥S＝BScosθ.答案：BScosθ

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知識解惑欄目鏈接變式遷移1．如下圖所示，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狀由正方形改變成圓形(橫截面的周長不變)，在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？

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知識解惑欄目鏈接變式遷移解析：線圈橫截面為正方形時的面積S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10－2m2.穿過線圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb.截面形狀為圓形時，其半徑r＝＝.截面積大小S2＝π2＝m2.穿過線圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×Wb≈2.55×10－2Wb.所以，磁通量的變化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.答案：5.5×10－3Wb

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知識解惑欄目鏈接例2如下圖所示，正方形線圈在通電長直導線的磁場中運動：A向右平動，B向下平動，C繞軸轉(zhuǎn)動(ad邊向外)，D從紙面向外做平動，E向上平動(E線圈有個缺口)，判斷線圈中有沒有感應電流．

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知識解惑欄目鏈接解析：在直導線電流磁場中的五個線圈，原來磁通量都是垂直紙面向里的，對直線電流來說，離電流越遠，磁場就越弱．A向右平動．穿過線圈的磁通量沒有變化，故A線圈中沒有產(chǎn)生感應電流．B向下平動，穿過線圈的磁通量減少，必產(chǎn)生感應電動勢和感應電流．C繞軸轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量變化，必產(chǎn)生感應電動勢和感應電流．

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知識解惑欄目鏈接D離開紙面向外，線圈中磁通量減少，故情況同B、C.E向上平移，穿過線圈的磁通量增加，故產(chǎn)生感應電動勢，但由于線圈沒有閉合，因此無感應電流．答案：B、C、D中產(chǎn)生感應電流，A、E中不產(chǎn)生感應電流．

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知識解惑欄目鏈接變式遷移2．金屬矩形線圈abcd在勻強磁場中做如圖所示的運動，線圈中有感應電流的是()

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