浙江省高中物理 第四章 电磁感应 第1课时 划时代的发Word格式.docx

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B.磁场对感应电流发生作用，阻碍导体运动

C.由于导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流

D.电荷在磁场中定向移动形成电流

解析　根据引起电流原因的五类情况可知，导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流为电磁感应现象。

故选项C正确。

答案　C

知识点二　磁通量及其变化

[基础梳理]

1.磁通量

（1）定义：

闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁场的磁感应强度的乘积叫磁通量，符号为Φ。

在数值上等于穿过投影面的磁感线的条数。

（2）公式：

Φ＝BS。

其中S为回路平面在垂直磁场方向上的有效面积。

若正方形线框的边长为a，磁感强度为B的正方形匀强磁场区域的边长为b，则穿过线框的磁通量Φ＝Bb2，如图1所示。

图1

（3）单位：

韦伯，简称韦，符号Wb。

（4）注意：

①磁通量是标量，但有正、负之分。

一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁通量就为“＋”，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“－”。

②磁通量与线圈的匝数无关（填“有关”或“无关”）。

2.磁通量的变化量：

ΔΦ＝Φ2－Φ1

[要点精讲]

（1）B与S垂直时（匀强磁场中）：

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（匀强磁场中）：

Φ＝BS⊥。

S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S投影到与B垂直的方向上，如图2所示，Φ＝BSsinθ。

图2

【例1】如图3所示，有一个面积为S＝400cm2的正方形线圈abcd，平面与竖直方向的夹角θ＝60°

，放在磁感应强度为B＝0.50T的水平匀强磁场中，则穿过正方形线圈的磁通量是多少？

图3

解析　线圈在垂直B方向上的有效面积

S⊥＝Scosθ＝400×

10－4×

cos60°

＝0.04×

0.5m2＝0.02m2

穿过正方形线圈的磁通量

Φ＝BS⊥＝0.50×

0.02Wb＝0.01Wb

答案　0.01Wb

【例2】如图4所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一金属线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化情况是（　　）

图4

A.先减小后增大B.始终减小

C.始终增大D.先增大后减小

解析　线框在磁铁两端的正上方时穿过该线框磁通量最大，在磁铁中央时穿过该线框的磁通量最小，所以该过程中的磁通量先减小后增大，故A对。

答案　A

知识点三　实验：

探究感应电流的产生条件

1.实验设计

（1）实验1：

如图5所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生（填“有”或“无”）。

图5

（2）实验2：

如图6所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。

（填“有”或“无”）

图6

（3）实验3：

如图7所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；

若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；

而开关一直闭合，滑动变阻器滑动触头不动时，电流表中无电流产生（填“有”或“无”）。

图7

2.分析论证

上述三个实验产生感应电流的情况不同，但其中肯定有某种共同的原因，完成下表并总结产生感应电流的条件。

实验1

闭合电路中磁感应强度B不变，闭合电路的面积S变化

共同原因：

闭合电路中磁通量发生变化

实验2

闭合电路中磁感应强度B变化，闭合电路的面积S不变

实验3

特别提醒　实验1是通过导体相对磁场运动改变磁通量；

实验2是磁体即磁场运动改变磁通量；

实验3通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“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”。

3.归纳总结

产生感应电流的条件：

穿过闭合电路的磁通量发生变化。

对产生感应电流的条件的理解

（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。

而导体回路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，即使穿过导体回路的磁通量很大但不发生变化，也不会产生感应电流。

（2）判断穿过闭合导体回路的磁通量是否变化时，可充分利用磁感线来进行定性判断。

即通过观察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变化判断某过程中磁通量是否变化。

【例3】下列情况能产生感应电流的是（　　）

图8

A.如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动

B.如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时

C.如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时

D.如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时

解析　导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化无感应电流，故A错误；

条形磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量增加，拔出时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故B正确；

开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故C错误；

开关S接通，滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场变化，螺线管B中磁通量变化，线圈中产生感应电流，故D正确。

答案　BD

名师点睛　判断是否产生感应电流，关键是明确导体回路是否闭合以及回路中的磁通量是否发生变化。

只有两个条件同时满足了才能产生感应电流。

1.发电机的基本原理是电磁感应，发现电磁感应现象的科学家是（　　）

A.奥斯特B.安培

C.麦克斯韦D.法拉第

答案　D

2.如图9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（　　）

图9

A.Φ1>

Φ2　　B.Φ1<

Φ2

C.Φ1＝Φ2　　D.无法确定

解析　根据磁通量的计算公式Φ＝BS，大环、小环围成的面积虽不同，但磁场穿过的那部分有效面积相同，则磁通量相同。

3.如图10所示，在匀强磁场中的U形导轨上，有两根等长的平行导线ab和cd，以相同的速度v匀速向右滑动。

为使ab中有感应电流产生，对开关S来说（　　）

图10

A.断开和闭合都可以B.应断开

C.断开和闭合都不行D.应闭合

解析　ab、cd杆以相同的速度同向运动，相对静止，即abcd闭合回路的面积不变，磁通量不变，只有当开关闭合后，构成abNM闭合回路的磁通量发生变化，ab中才能产生感应电流，故A、B、C错误，D正确。

4.（2017·

浙江省嘉兴市高二月考）如图11所示是“探究感应电流的产生条件”的实验装置，下列情况中不会引起电流表指针偏转的是（　　）

图11

A.闭合开关时

B.断开开关时

C.闭合开关后拔出线圈A时

D.断开开关后移动变阻器的滑片时

解析　闭合开关时，穿过B线圈的磁通量从无到有，磁通量发生变化，产生感应电流，电流表指针发生偏转，A项错误；

断开开关时，穿过B线圈的磁通量从有到无，磁通量发生变化，产生感应电流，电流表指针发生偏转，B项错误；

闭合开关后，拔出线圈A时，穿过B线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，电流表指针发生偏转，C项错误；

断开开关后，移动滑动变阻器，穿过线圈B的磁通量始终为零，磁通量不变，不产生感应电流，D项正确。

5.如图12所示，矩形线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场内、一半在匀强磁场外。

已知磁感应强度为0.1T，线圈面积为0.1m2，现使线圈从图示位置开始匀速转动；

如果转动轴为bc，则在线圈转动60°

的过程中，磁通量的改变量大小为____，线圈中________（填“能”或“不能”）产生感应电流；

如果转动轴为OO′，则在线圈转动90°

的过程中，磁通量的改变量大小为__________，线圈中____________（填“能”或“不能”）产生感应电流。

图12

解析　线圈绕bc转动60°

，穿过线圈的磁感线条数不变，即穿过线圈的磁通量不变，无感应电流；

当线圈绕OO′轴转动90°

，磁通量的变化量大小为ΔΦ＝B

－0＝5×

10－3Wb，能产生感应电流。

答案　0　不能　5×

10－3Wb　能

一、选择题（在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。

）

1.首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是（　　）

A.安培和法拉第B.法拉第和楞次

C.奥斯特和安培D.奥斯特和法拉第

解析　1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，选项D正确。

2.如图1所示，一个矩形线圈与通有相同大小电流的两根平行直导线在同一平面内且处于导线的中央，则（　　）

A.两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零

B.两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零

C.两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都为零

D.因两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零

解析　若两电流同向，根据右手螺旋定则，两电流产生的磁场在线圈处方向相反，根据对称性，穿过线圈的磁通量为零，故A正确；

若两电流反向，两电流产生的磁场在线圈处方向相同，穿过线圈的磁通量不为零，故B、C、D错误。

3.如图2所示，通电螺线管水平固定，OO′为其轴线，a、b、c三点在该轴线上，在这三点处各放一个完全相同的小圆环，且各圆环平面垂直于OO′轴。

则关于这三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量Φa、Φb、Φc的大小关系，下列判断正确的是（　　）

A.Ba＝Bb＝Bc，Φa＝Φb＝Φc

B.Ba>

Bb>

Bc，Φa<

Φb<

Φc

C.Ba>

Bc，Φa>

Φb>

D.Ba>

Bc，Φa＝Φb＝Φc

解析　根据通电螺线管产生的磁场特点，Ba>

Bc，由Φ＝BS，可得Φa>

Φc，故C正确。

4.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图3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量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则（　　）

A.ΔΦ1>

ΔΦ2　　B.ΔΦ1＝ΔΦ2

C.ΔΦ1<

ΔΦ2　　D.无法确定

解析　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＝|Φ2－Φ1|＝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＝|－Φ2－Φ1|＝Φ1＋Φ2。

5.如图4所示，矩形线框abcd位于通电直导线附近，且开始时与导线在同一平面，线框的两个边与导线平行。

欲使线框中产生感应电流，下面做法可行的是（　　）

A.线框向上移动

B.让ad边与导线重合，绕导线转过一个小角度

C.以bc边为轴转过一个小角度

D.以ab边为轴转过一个小角度

解析　通电导线周围的磁感线是以线上的点为圆心的一系列同心圆。

A、B两种情况线圈中的磁感线条数不变，没有感应电流；

C、D两种情况下的线圈中的磁感线条数变化，产生感应电流。

答案　CD

6.（2017·

台州市高二期中）关于电磁感应现象，下列说法中正确的是（　　）

A.闭合线圈放在变化的磁场中，必然有感应电流产生

B.闭合正方形线圈在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流

C.穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流

D.只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中一定有感应电流产生

解析　闭合线圈放在变化的磁场中，若线圈与磁场平行，磁通量为零，没有变化，没有感应电流产生，A项错误；

闭合线圈在匀强磁场中垂直磁感线运动，若磁通量不变，则没有感应电流产生，B项错误；

穿过闭合电路的磁通量发生变化，一定有感应电流，C项正确；

穿过线圈的磁通量变化时，若电路闭合，产生感应电流，若电路不闭合，没有感应电流，D项错误。

7.（2017·

台州市高二期中）如图5所示，导线框abcd放在光滑导轨上向右运动（abcd与导轨接触良好），G1和G2是两只电流表，则（　　）

A.只有G2偏转

B.只有G1偏转

C.G1、G2都会偏转

D.G1、G2都不偏转

解析　导线框向右滑动时，ad边与导轨构成的闭合回路磁通量增加，回路中会产生感应电流，因此有电流流过两电流表G1和G2，两电流表都会偏转。

8.如图6所示，闭合铁芯有很好的防漏磁作用。

在闭合铁芯上绕有两个线圈ab和cd，线圈ab与外部的电源、开关S、滑动变阻器组成串联电路；

线圈cd与一灵敏电流表串联。

则下列情况中线圈cd中有电流的是（　　）

A.开关S闭合或断开的瞬间

B.开关S是闭合的，但滑动触头向左滑

C.开关S是闭合的，但滑动触头向右滑

D.开关S始终闭合，滑动触头不动

解析　由题知，cd若要有感应电流，穿过cd的磁通量必须发生变化，而穿过cd的磁场是由线圈ab中电流引起的。

当开关S闭合或断开的瞬间，ab中电流发生变化，cd中有感应电流，A正确；

当开关S闭合，滑动触头向右或向左移动时，与ab相连的闭合电路的总电阻变化，由闭合电路欧姆定律知，流过ab的电流变化，cd中也有感应电流产生，B、C正确；

若开关S始终闭合，滑动触头又不动，则ab电流不变，cd中就没有感应电流，D错误。

答案　ABC

9.在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直，导轨上有两条可以沿导轨自由移动的导体棒ab、cd，这两根导体棒的速度分别为v1、v2，如图7所示。

ab棒上没有感应电流通过，则一定有（　　）

A.v1>

v2B.v1<

v2

C.v1≠v2D.v1＝v2

解析　当两导体棒运动时，如果所围成的abcd的面积是变化的，说明穿过区域abcd的磁通量是变化的，则ab棒上有感应电流产生，故只要两导体棒的速度不相等，ab棒上都会有感应电流产生，而两导体棒的速度相等时，ab棒上就没有感应电流了，故D项正确。

10.如图8所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中，下列做法中一定能使圆盘中产生感应电流的是（　　）

A.圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动

B.圆盘以某一水平直径为轴匀速转动

C.圆盘在磁场中向右匀速平移

D.磁场均匀增加

解析　保持圆环水平并使圆环绕过圆心的竖直轴转动，穿过圆盘的磁通量不变，不产生感应电流，故A错误；

在磁场中匀速平移，不会使其磁通量发生变化，故不会产生感应电流，C错误；

圆盘绕水平轴转动或磁场均匀增加，都会使圆盘中的磁通量发生变化，故有感应电流产生，B、D正确。

二、非选择题

11.如图9所示是研究电磁感应现象实验所需的器材，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程灵敏电流计和线圈B连接成副线圈回路。

并列举出实验中改变副线圈回路的磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方式：

（1）_________________________________________________________________；

（2）_________________________________________________________________；

（3）_________________________________________________________________。

解析　实线连接如图所示。

（1）将原线圈插入副线圈中，合上（或断开）开关瞬间；

（2）合上开关，将原线圈插入副线圈或从副线圈中取出；

（3）合上开关，将原线圈插入副线圈中并移动滑动变阻器的滑片。

答案　见解析

12.如图10所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连；

线圈Ⅱ与电流计Ⓖ相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计Ⓖ中是否有示数？

（1）开关闭合瞬间；

（2）开关闭合稳定后；

（3）开关闭合稳定后来回移动滑动变阻器的滑片；

（4）开关断开瞬间。

解析　

（1）开关闭合前，线圈Ⅰ、Ⅱ中均无磁场，开关闭合瞬间，线圈Ⅰ中电流从无到有，电流的磁场也从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量从无到有，线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计Ⓖ有示数。

（2）开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈Ⅱ虽有磁通量但磁通量稳定不变，线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计Ⓖ无示数。

（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，电阻变化，线圈Ⅰ中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计Ⓖ有示数。

（4）开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计Ⓖ有示数。

答案　

（1）有　

（2）没有　（3）有　（4）有

13.磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内，有一个电阻为R，边长为l的正方形导线框abcd，沿垂直于磁感线方向，以速度v匀速通过磁场区域；

如图11所示，从ab进入磁场开始计时。

（1）画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象；

（2）判断线框中有无感应电流。

解析　线框穿过磁场的过程可分为三个阶段：

进入磁场阶段（只有ab边在磁场中）、在磁场中运动阶段（ab、cd两边均在磁场中）、离开磁场阶段（只有cd边在磁场中）。

（1）①线框进入磁场阶段：

t→Δt，线框进入磁场中的面积S＝lvΔt1，故Φ＝BS＝BlvΔt1，Δt1＝

时，Φ＝Bl2；

②线框在磁场中运动阶段：

Δt2为

～

，线框中的磁通量为Φ＝Bl2，保持不变，此过程Δt2＝

；

③线框离开磁场阶段：

Δt3为

，线框中的磁通量均匀减小，即Φ＝Bl（l－vΔt3）＝Bl2－BlvΔt3，当Δt3＝

，Φ＝0

因此，穿过线框的磁通量随时间的变化图象如图所示：

（2）线框进入磁场阶段，穿过线框的磁通量增加，线框中产生感应电流；

线框在磁场中运动阶段，穿过线框的磁通量保持不变，无感应电流产生；

线框离开磁场阶段，穿过线框的磁通量减小，线框中产生感应电流。

答案　

（1）见解析图

（2）线框进入磁场阶段，有感应电流；

线框在磁场中运动阶段，无感应电流产生；

线框离开磁场阶段，产生感应电流