2024年高中物理第一章電磁感應(yīng)第一二節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件講義含解析粵教版選修3-2

PAGE1-電磁感應(yīng)現(xiàn)象探討產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1．奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)，法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2．法拉第將“磁生電”的現(xiàn)象分為五類：(1)變更著的電流；(2)變更著的磁場；(3)運(yùn)動的恒定電流；(4)運(yùn)動的磁鐵；(5)在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。3．感應(yīng)電流：由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電流。4．感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1．電生磁的發(fā)覺奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)，揭示出通電導(dǎo)線四周有磁場，表明白電能生磁，從今揭開了探討電磁聯(lián)系的序幕。2．電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)覺英國科學(xué)家法拉第經(jīng)過長達(dá)十年的不懈努力，于1831年發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。3．法拉第的概括法拉第把可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)的狀況概括為五類，即：變更著的電流；變更著的磁場；運(yùn)動的恒定電流；運(yùn)動的磁鐵；在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。4．電磁感應(yīng)現(xiàn)象和感應(yīng)電流由磁生電的現(xiàn)象，叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象。由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電流，叫做感應(yīng)電流。二、探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1．利用蹄形磁鐵的磁場(如圖1-1-1所示)圖1-1-1試驗操作試驗現(xiàn)象(有無電流)分析論證導(dǎo)體棒靜止無閉合電路包圍的磁場的面積變更時，電路中有電流產(chǎn)生；包圍的磁場的面積不變時，電路中無電流產(chǎn)生導(dǎo)體棒平行磁感線運(yùn)動無導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動有2．利用條形磁鐵的磁場(如圖1-1-2所示)圖1-1-2試驗操作試驗現(xiàn)象(有無電流)分析論證N極插入線圈有線圈中的磁場變更時，線圈中有感應(yīng)電流；線圈中的磁場不變時，線圈中無感應(yīng)電流N極停在線圈中無N極從線圈中抽出有S極插入線圈有S極停在線圈中無S極從線圈中抽出有3．利用通電螺線管的磁場(如圖1-1-3所示)圖1-1-3試驗操作試驗現(xiàn)象(線圈B中有無電流)分析論證開關(guān)閉合瞬間有線圈B中磁場變更時，線圈B中有感應(yīng)電流；磁場不變時，線圈B中無感應(yīng)電流開關(guān)斷開瞬間有開關(guān)保持閉合，滑動變阻器滑片不動無開關(guān)保持閉合，快速移動滑動變阻器的滑片有4．試驗結(jié)論——產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。1．自主思索——判一判(1)有電流即生磁場。(√)(2)有磁場即生電流。(×)(3)靜止的電荷四周也能產(chǎn)生磁場。(×)(4)磁通量計算公式Φ＝BS，可計算任何磁場的磁通量。(×)(5)導(dǎo)體棒切割磁感線不肯定產(chǎn)生感應(yīng)電流，但若垂直切割，則肯定產(chǎn)生感應(yīng)電流。(×)(6)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變更，肯定產(chǎn)生感應(yīng)電流。(√)2．合作探究——議一議(1)法拉第總結(jié)的引起感應(yīng)電流的緣由有哪些？提示：變更的電流、變更的磁場、運(yùn)動的恒定電流、運(yùn)動的磁鐵、在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。(2)同一勻強(qiáng)磁場中兩個面積不同的線圈，磁通量肯定不同嗎？提示：不肯定，當(dāng)兩個線圈與磁場方向的夾角不同時，磁通量可能相同。(3)某一時刻穿過閉合回路的磁通量為零時，回路肯定無感應(yīng)電流嗎？提示：不肯定，假如穿過閉合回路的磁通量正在變更，只是某一時刻磁通量為零，則回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。磁通量Φ及其變更量ΔΦ的理解與計算1．對磁通量的正、負(fù)的理解磁通量有正、負(fù)之分，其正、負(fù)是這樣規(guī)定的：任何一個面都有正、反兩面，若磁感線從正面穿入時磁通量為正值，則磁感線從反面穿入時磁通量為負(fù)值。2．磁通量的變更量ΔΦ(1)當(dāng)B不變，有效面積S變更ΔS時，ΔΦ＝B·ΔS。(2)當(dāng)B變更，有效面積S不變時，ΔΦ＝ΔB·S。(3)當(dāng)B和S同時變更時，ΔΦ＝Φ末－Φ初≠ΔB·ΔS。[典例]如圖1-1-4所示，有一垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場，B＝0．8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1cm?，F(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處，線圈A的半徑為1cm,10匝；線圈B的半徑為2cm,1匝；線圈C的半徑為0．5cm,1匝。問：圖1-1-4(1)在B減為0．4T的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變更多少？(2)在磁場轉(zhuǎn)過30°角的過程中，線圈C中的磁通量變更了多少？(3)在磁場轉(zhuǎn)過180°角的過程中，線圈C中的磁通量變更了多少？[思路點(diǎn)撥]解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)。(2)當(dāng)線圈平面與磁場不垂直時，應(yīng)分解B或取S在與B垂直的平面上的投影面積。(3)磁感線反向穿過線圈平面時，Φ為負(fù)值。[解析](1)由題意知線圈B與線圈A中的磁通量始終一樣，故它們的變更量也一樣。ΔΦ＝(B2－B1)·πr2≈1．26×10－4Wb。所以，線圈A和線圈B中的磁通量都削減1．26×10－4Wb。(2)對線圈C，Φ1＝B·πr′2，當(dāng)磁場轉(zhuǎn)過30°時，Φ2＝B·πr′2cos30°，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos30°－1)＝－8．41×10－6Wb。所以，線圈C中的磁通量削減8．41×10－6Wb。(3)磁場轉(zhuǎn)過180°后，磁感線從另一側(cè)穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ2為負(fù)，有：Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2＝－1．26×10－4Wb。[答案](1)都削減1．26×10－4Wb(2)削減了8．41×10－6Wb(3)1．26×10－4Wb勻強(qiáng)磁場中磁通量的計算(1)B與S垂直時，Φ＝BS。B指勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為線圈的面積。(2)B與S不垂直時，Φ＝B⊥·S。B⊥為B垂直于線圈平面的重量，如圖所示，Φ＝B⊥·S＝Bsinθ·S。1．如圖1-1-5所示，a、b、c三個閉合線圈放在同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈a中有電流I通過時，穿過的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，則()圖1-1-5A．Φa<Φb<ΦcB．Φa>Φb>ΦcC．Φa<Φc<ΦbD．Φa>Φc>Φb解析：選B當(dāng)a中有電流通過時，穿過a、b、c三個閉合線圈垂直紙面對里的磁感線條數(shù)一樣多，向外的磁感線的條數(shù)c最多，其次是b，a中沒有向外的磁感線，因此穿過閉合線圈的凈磁感線條數(shù)a最多，b次之，c最少，即Φa>Φb>Φc，選項B正確。2．如圖1-1-6所示，通過恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合線框共面，第一次將線框由1平移到2，其次次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到2，設(shè)先后兩次通過線框的磁通量變更分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()圖1-1-6A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1<ΔΦ2C．ΔΦ1＝ΔΦ2 D．無法確定解析：選B設(shè)線框在位置1時的磁通量為Φ1，在位置2時的磁通量為Φ2，直線電流產(chǎn)生的磁場在1處比在2處要強(qiáng)，若平移線框，則ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若轉(zhuǎn)動線框，磁感線是從線框的正反兩面穿過的，一正一負(fù)，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2。依據(jù)分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，選項B正確。感應(yīng)電流是否產(chǎn)生的推斷1．導(dǎo)體回路閉合、磁通量變更是產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩個必要條件，缺一不行。2．穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變更，大致有以下幾種狀況：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，線圈面積S發(fā)生變更。(2)線圈面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變更。(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和回路面積S同時發(fā)生變更，此時可由ΔΦ＝Φ2－Φ1計算并推斷磁通量是否變更。(4)線圈面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B也不變，但二者之間夾角發(fā)生變更。[典例]如圖1-1-7所示，矩形線框abcd由靜止起先運(yùn)動，若要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流且磁通量漸漸變大，則線框的運(yùn)動狀況應(yīng)當(dāng)是()圖1-1-7A．向右平動(ad邊還沒有進(jìn)入磁場)B．向上平動(ab邊還沒有離開磁場)C．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(ad邊還沒有轉(zhuǎn)入磁場)D．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)角不超過90°)[思路點(diǎn)撥]解答本題時應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變更。(2)推斷線框做各種運(yùn)動時穿過線框的磁通量是否發(fā)生變更。[解析]選項A和D所描述的狀況，線框在磁場中的有效面積S均發(fā)生變更(A狀況下S增大，D狀況下S變小)，穿過線框的磁通量均變更，由產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件知線框中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。而選項B、C所描述的狀況中，線框中的磁通量均不變更，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。D中磁通量大小變小。[答案]A(1)假如電路不閉合，即使磁通量發(fā)生變更也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。(2)磁通量發(fā)生變更，其內(nèi)涵主要體現(xiàn)在“變更”上。比如穿過電路的磁通量很大，若不變更，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。1．(多選)下圖均為閉合線框在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，請推斷哪種狀況能產(chǎn)生感應(yīng)電流()解析：選CD產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變更，A、B沒有磁通量的變更，所以沒有感應(yīng)電流，C、D是閉合回路，同時磁通量發(fā)生變更，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流。2．如圖1-1-8所示，條形磁鐵以速度v向螺線管靠近，下面幾種說法中正確的是()圖1-1-8A．螺線管中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流B．螺線管中會產(chǎn)生感應(yīng)電流C．只有磁鐵速度足夠大時，螺線管中才能產(chǎn)生感應(yīng)電流D．只有在磁鐵的磁性足夠強(qiáng)時，螺線管中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流解析：選B螺線管所在的回路是閉合的，當(dāng)條形磁鐵向螺線管靠近時，穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變更，產(chǎn)生感應(yīng)電流。3．如圖1-1-9所示，磁場中有一個閉合的彈簧線圈。先把線圈撐開[如圖(a)]，然后放手，讓線圈收縮[如圖(b)]。線圈收縮時，其中是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生？為什么？圖1-1-9解析：產(chǎn)生感應(yīng)電流。因為彈簧線圈構(gòu)成的回路為閉合導(dǎo)體回路，收縮時，穿過回路的磁通量變小，符合產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩個條件。答案：見解析1．關(guān)于磁通量的概念，以下說法中正確的是()A．磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大B．磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，線圈面積越大，則磁通量也越大C．穿過線圈的磁通量為零，但磁感應(yīng)強(qiáng)度不肯定為零D．磁通量發(fā)生變更，肯定是磁場發(fā)生變更引起的解析：選C穿過閉合回路的磁通量大小取決于磁感應(yīng)強(qiáng)度、回路所圍面積以及兩者夾角三個因素，所以只了解其中一個或兩個因素?zé)o法確定磁通量的變更狀況，A、B項錯誤；同樣由磁通量的特點(diǎn)，也無法推斷其中一個因素的狀況，C項正確，D項錯誤。2．如圖1所示，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，大環(huán)和小環(huán)是垂直于磁場放置的兩個圓環(huán)，分別用Φ1和Φ2表示穿過大小兩環(huán)的磁通量，則有()圖1A．Φ1>Φ2 B．Φ1<Φ2C．Φ1＝Φ2 D．無法確定解析：選C對于大環(huán)和小環(huán)來說，有效垂直面積相同，所以選C。3．如圖2所示，AB是水平面上一個圓的直徑，在過AB的豎直面內(nèi)有一根通電直導(dǎo)線CD，已知CD∥AB。當(dāng)CD豎直向上平移時，電流的磁場穿過圓面積的磁通量將()圖2A．漸漸增大B．漸漸減小C．始終為零D．不為零，但保持不變解析：選C由于CD位于AB的正上方，依據(jù)安培定則可知，CD產(chǎn)生的磁感線在以AB為直徑的圓內(nèi)穿入和穿出的條數(shù)相同，所以不管電流怎么變更，下面圓內(nèi)部的磁通量始終為0。4．如圖3所示，ab是閉合電路的一部分，處在垂直于紙面對外的勻強(qiáng)磁場中()圖3A．當(dāng)ab垂直于紙面對外平動時，ab中有感應(yīng)電流B．當(dāng)ab垂直于紙面對里平動時，ab中有感應(yīng)電流C．當(dāng)ab垂直于磁感線向右平動時，ab中有感應(yīng)電流D．當(dāng)ab垂直于磁感線向左平動時，ab中無感應(yīng)電流解析：選C閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時，回路中肯定有感應(yīng)電流，故當(dāng)ab垂直于紙面對外、向里平動時都不切割磁感線，ab中都沒有感應(yīng)電流，故A、B錯。當(dāng)ab垂直于磁感線向右、向左平動時都切割磁感線，ab中都有感應(yīng)電流，故C對D錯。5．(多選)如圖4所示，在勻強(qiáng)磁場中有兩條平行的金屬導(dǎo)軌，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直。導(dǎo)軌上有兩條可沿導(dǎo)軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導(dǎo)軌接觸良好。這兩條金屬棒ab、cd的運(yùn)動速度分別是v1、v2，且井字形回路中有感應(yīng)電流通過，則可能()圖4A．v1＞v2 B．v1＜v2C．v1＝v2 D．無法確定解析：選AB只要金屬棒ab、cd的運(yùn)動速度不相等，穿過井字形回路的磁通量就發(fā)生變更，閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選項A、B正確。6．如圖5所示，一有限范圍的勻強(qiáng)磁場，寬度為d，將一邊長為l的正方形導(dǎo)線框以速度為v勻速地通過磁場區(qū)域，若d>l，則線框中不產(chǎn)生感應(yīng)電流的時間應(yīng)等于()圖5A．eq\f(d,v) B．eq\f(l,v)C．eq\f(d－l,v) D．eq\f(d－2l,v)解析：選C當(dāng)線框剛剛完全進(jìn)入磁場時至線框剛剛出磁場時，通過線框的磁通量不發(fā)生變更，線框中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，C正確。7．如圖6所示，在條形磁鐵的外面套著一個閉合金屬彈簧線圈P，現(xiàn)用力從四周拉彈簧線圈，使線圈包圍的面積變大，則下列關(guān)于穿過彈簧線圈磁通量的變更以及線圈中是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生的說法中，正確的是()圖6A．磁通量增大，有感應(yīng)電流產(chǎn)生B．磁通量增大，無感應(yīng)電流產(chǎn)生C．磁通量減小，有感應(yīng)電流產(chǎn)生D．磁通量減小，無感應(yīng)電流產(chǎn)生解析：選C本題中條形磁鐵磁感線的分布如圖所示(從上向下看)。磁通量是指穿過一個面的磁感線的多少，由于垂直紙面對外的和垂直紙面對里的磁感線要抵消一部分，當(dāng)彈簧線圈P的面積擴(kuò)大時，垂直紙面對里的磁感線條數(shù)增加，而垂直紙面對外的磁感線條數(shù)是肯定的，故穿過這個面的磁通量將減小，回路中會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項C正確。8．某同學(xué)做探討產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件的試驗，將電流表、線圈A和B、蓄電池、開關(guān)用導(dǎo)線接成如圖7所示的試驗電路，當(dāng)他接通、斷開開關(guān)時，電流表的指針都沒有偏轉(zhuǎn)，請你幫他查出緣由并改正。圖7解析：由條件可知線圈A中電流不變，產(chǎn)生的磁場也恒定，所以穿過線圈B的磁通量始終不發(fā)生變更，因此不論開關(guān)是斷開還是閉合，線圈B中均不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表的指針也不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。應(yīng)將電源、開關(guān)、滑動變阻器和A線圈串在一起，構(gòu)成回路。B線圈與電流表構(gòu)成另一回路。答案：見解析9．(多選)如圖所示，用導(dǎo)線做成的圓形回路與始終導(dǎo)線構(gòu)成幾種位置組合，其中圖A、B、C中直導(dǎo)線都與圓形線圈在同一平面內(nèi)，O點(diǎn)為線圈的圓心，圖D中直導(dǎo)線與圓形線圈垂直，并與中心軸重合。則切斷直導(dǎo)線中的電流時，圓形回路中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()解析：選BC對圖A而言，因為通電直導(dǎo)線位于環(huán)形導(dǎo)線所在平面內(nèi)，且與直徑重合，因此穿過圓環(huán)的磁通量為零，所以當(dāng)切斷導(dǎo)線中的電流時，磁通量在整個變更過程中必為零，所以閉合回路中不會有感應(yīng)電流產(chǎn)生；對圖B而言，因為磁通量為大小兩個部分磁感線條數(shù)之差，當(dāng)切斷直導(dǎo)線中的電流時，磁通量為零，即此過程中磁通量有變更，故閉合回路中會有感應(yīng)電流產(chǎn)生；同理分析可得圖C中也有感應(yīng)電流產(chǎn)生；對圖D而言，因為環(huán)形導(dǎo)線與直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場的磁感線平行，故磁通量為零。當(dāng)切斷直導(dǎo)線中的電流時，磁通量在整個變更過程中皆為零，所以閉合回路中不會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，所以當(dāng)切斷直導(dǎo)線中的電流時，能產(chǎn)生感應(yīng)電流的有B、C兩種狀況。10．(多選)如圖8所示，A、B兩回路中各有一開關(guān)S1、S2，且回路A中接有電源，回路B中接有靈敏電流計，下列操作及相應(yīng)的結(jié)果中可能的是()圖8A．先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)B．S1、S2閉合后，在斷開S2的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)C．先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)D．S1、S2閉合后，在斷開S1的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)解析：選AD回路A中有電源，當(dāng)S1閉合后，回路中有電流，產(chǎn)生磁場，回路B中有磁通量。在S1閉合或斷開的瞬間，回路A中的電流從無到有或從有到無，產(chǎn)生的磁