学年高中物理 第四章 电磁感应 第1节 划时代的发现 第2节 探究感应电流的产生条Word下载.docx
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2.磁通量的物理意义
(1)可以形象地理解为磁通量就是穿过某一面积的磁感线的条数。
(2)同一个平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量最大,当它跟磁场方向平行时,磁通量为0。
三、探究感应电流的产生条件
1.探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图411所示)
图411
实验操作
实验现象(有无电流)
分析论证
导体棒静止
无
闭合电路包围的面积变化时,电路中有电流产生;
包围的面积不变时,电路中无电流产生
导体棒平行磁感线运动
导体棒切割磁感线运动
有
2.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图412所示)
图412
实验现象
(有无电流)
N极插入线圈
线圈中的磁场变化时,线圈中有感应电流;
线圈中的磁场不变时,线圈中无感应电流
N极停在线圈中
N极从线圈中抽出
S极插入线圈
S极停在线圈中
S极从线圈中抽出
3.模仿法拉第的实验(如图413所示)
图413
实验现象(线圈B中有无电流)
开关闭合瞬间
线圈B中磁场变化时,线圈B中有感应电流;
线圈B中磁场不变时,线圈B中无感应电流
开关断开瞬间
开关保持闭合,滑动变阻器滑片不动
开关保持闭合,迅速移动滑动变阻器的滑片
4.归纳结论
只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就有感应电流。
1.自主思考——判一判
(1)有电流即生磁场。
(√)
(2)有磁场即生电流。
(×
)
(3)静止的电荷周围也能产生磁场。
(4)磁通量计算公式Φ=BS,可计算任何磁场的磁通量。
(5)导体棒切割磁感线不一定产生感应电流,但若垂直切割,则一定产生感应电流。
(6)穿过闭合回路的磁通量发生变化,一定产生感应电流。
2.合作探究——议一议
(1)法拉第总结的引起感应电流的原因有哪些?
提示:
变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。
(2)同一匀强磁场中两个面积不同的线圈,磁通量一定不同吗?
不一定,当两个线圈与磁场方向的夹角不同时,磁通量可能相同。
(3)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时,回路一定无感应电流吗?
不一定,如果穿过闭合回路的磁通量正在变化,只是某一时刻磁通量为零,则回路中会产生感应电流。
磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算
1.对磁通量的正、负的理解
磁通量有正、负之分,其正、负是这样规定的:
任何一个面都有正、反两面,若磁感线从正面穿入时磁通量为正值,则磁感线从反面穿入时磁通量为负值。
2.磁通量的变化量ΔΦ
(1)当B不变,有效面积S变化ΔS时,ΔΦ=B·
ΔS。
(2)当B变化,有效面积S不变时,ΔΦ=ΔB·
S。
(3)当B和S同时变化时,ΔΦ=Φ末-Φ初≠ΔB·
[典例] 如图414所示,有一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1cm。
现于纸面内先后放上圆线圈A、B、C,圆心均处于O处,线圈A的半径为1cm,10匝;
线圈B的半径为2cm,1匝;
线圈C的半径为0.5cm,1匝。
问:
图414
(1)在B减为0.4T的过程中,线圈A和线圈B中的磁通量变化多少?
(2)在磁场转过30°
角的过程中,线圈C中的磁通量变化了多少?
(3)在磁场转过180°
[思路点拨] 解答本题应把握以下三点:
(1)磁通量与线圈匝数无关。
(2)当线圈平面与磁场不垂直时,应分解B或取S在与B垂直的平面上的投影面积。
(3)磁感线反向穿过线圈平面时,Φ为负值。
[解析]
(1)由题意知线圈B与线圈A中的磁通量始终一样,故它们的变化量也一样。
ΔΦ=(B2-B1)·
πr2≈1.26×
10-4Wb。
所以,线圈A和线圈B中的磁通量都减少1.26×
(2)对线圈C,Φ1=B·
πr′2,当磁场转过30°
时,Φ2=B·
πr′2cos30°
,故ΔΦ=Φ2-Φ1=B·
πr′2(cos30°
-1)=-8.41×
10-6Wb。
所以,线圈C中的磁通量减少8.41×
(3)磁场转过180°
后,磁感线从另一侧穿过线圈,若取Φ1为正,则Φ2为负,有:
Φ1=Bπr′2,Φ2=-Bπr′2,故ΔΦ=Φ2-Φ1=-2Bπr′2=-1.26×
[答案]
(1)都减少1.26×
10-4Wb
(2)减少了8.41×
10-6Wb (3)1.26×
10-4Wb
匀强磁场中磁通量的计算
(1)B与S垂直时,Φ=BS。
B指匀强磁场的磁感应强度,S为线圈的面积。
(2)B与S不垂直时,Φ=B⊥·
B⊥为B垂直于线圈平面的分量,如图所示,Φ=B⊥·
S=Bsinθ·
1.如图415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,穿过的磁通量分别为Φa、Φb、Φc,则( )
图415
A.Φa<
Φb<
Φc
B.Φa>
Φb>
C.Φa<
Φc<
Φb
D.Φa>
Φc>
解析:
选B 当a中有电流通过时,穿过a、b、c三个闭合线圈垂直纸面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,因此穿过闭合线圈的净磁感线条数a最多,b次之,c最少,即Φa>
Φc,选项B正确。
2.如图416所示,通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面,第一次将线框由1平移到2,第二次将线框绕cd边翻转到2,设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则( )
图416
A.ΔΦ1>
ΔΦ2 B.ΔΦ1<
ΔΦ2
C.ΔΦ1=ΔΦ2D.无法确定
选B 设线框在位置1时的磁通量为Φ1,在位置2时的磁通量为Φ2,直线电流产生的磁场在1处比在2处要强,若平移线框,则ΔΦ1=Φ1-Φ2,若转动线框,磁感线是从线框的正反两面穿过的,一正一负,因此ΔΦ2=Φ1+Φ2。
根据分析知:
ΔΦ1<
ΔΦ2,选项B正确。
感应电流是否产生的判断
1.导体回路闭合、磁通量变化是产生感应电流的两个必要条件,缺一不可。
2.穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况:
(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。
(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。
(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ2-Φ1计算并判断磁通量是否变化。
(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。
[典例] 如图417所示,矩形线框abcd由静止开始运动,若要使线框中产生感应电流且磁通量逐渐变大,则线框的运动情况应该是( )
图417
A.向右平动(ad边还没有进入磁场)
B.向上平动(ab边还没有离开磁场)
C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)
D.以ab边为轴转动(转角不超过90°
[思路点拨] 解答本题时应把握以下两点:
(1)产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。
(2)判断线框做各种运动时穿过线框的磁通量是否发生变化。
[解析] 选项A和D所描述的情况,线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大,D情况下S变小),穿过线框的磁通量均改变,由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流。
而选项B、C所描述的情况中,线框中的磁通量均不改变,不会产生感应电流。
D中磁通量大小变小。
[答案] A
(1)如果电路不闭合,即使磁通量发生变化也不会产生感应电流。
(2)磁通量发生变化,其内涵主要体现在“变化”上。
比如穿过电路的磁通量很大,若不变化,也不会产生感应电流。
1.(多选)下图均为闭合线框在匀强磁场中运动,请判断哪种情况能产生感应电流( )
选CD 产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化,A、B没有磁通量的变化,所以没有感应电流,C、D是闭合回路,同时磁通量发生变化,所以产生感应电流。
2.如图418所示,条形磁铁以速度v向螺线管靠近,下面几种说法中正确的是( )
图418
A.螺线管中不会产生感应电流
B.螺线管中会产生感应电流
C.只有磁铁速度足够大时,螺线管中才能产生感应电流
D.只有在磁铁的磁性足够强时,螺线管中才会产生感应电流
选B 螺线管所在的回路是闭合的,当条形磁铁向螺线管靠近时,穿过闭合回路的磁通量发生变化,产生感应电流。
3.如图419所示,磁场中有一个闭合的弹簧线圈。
先把线圈撑开[如图(a)],然后放手,让线圈收缩[如图(b)]。
线圈收缩时,其中是否有感应电流产生?
为什么?
图419
产生感应电流。
因为弹簧线圈构成的回路为闭合导体回路,收缩时,穿过回路的磁通量变小,符合产生感应电流的两个条件。
答案:
见解析
1.关于磁通量的概念,以下说法中正确的是( )
A.磁感应强度越大,穿过闭合回路的磁通量也越大
B.磁感应强度越大,线圈面积越大,则磁通量也越大
C.穿过线圈的磁通量为零,但磁感应强度不一定为零
D.磁通量发生变化,一定是磁场发生变化引起的
选C 穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、回路所围面积以及两者夹角三个因素,所以只了解其中一个或两个因素无法确定磁通量的变化情况,A、B项错误;
同样由磁通量的特点,也无法判断其中一个因素的情况,C项正确,D项错误。
2.如图1所示,虚线框内有匀强磁场,大环和小环是垂直于磁场放置的两个圆环,分别用Φ1和Φ2表示穿过大小两环的磁通量,则有( )
图1
A.Φ1>
Φ2
B.Φ1<
C.Φ1=Φ2
D.无法确定
选C 对于大环和小环来说,有效垂直面积相同,所以选C。
3.如图2所示,AB是水平面上一个圆的直径,在过AB的竖直面内有一根通电直导线CD,已知CD∥AB。
当CD竖直向上平移时,电流的磁场穿过圆面积的磁通量将( )
图2
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.始终为零D.不为零,但保持不变
选C 由于CD位于AB的正上方,根据安培定则可知,CD产生的磁感线在以AB为直径的圆内穿入和穿出的条数相同,所以不管电流怎么变化,下面圆内部的磁通量始终为0。
4.如图3所示,ab是闭合电路的一部分,处在垂直于纸面向外的匀强磁场中( )
图3
A.当ab垂直于纸面向外平动时,ab中有感应电流
B.当ab垂直于纸面向里平动时,ab中有感应电流
C.当ab垂直于磁感线向右平动时,ab中有感应电流
D.当ab垂直于磁感线向左平动时,ab中无感应电流
选C 闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时,回路中一定有感应电流,故当ab垂直于纸面向外、向