学年高考物理 主题3 电磁场与电磁波初步 3 电磁感应现象学案必修3文档格式.docx

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，若有n匝线圈，则产生的感应电动势为：

E＝n

.

3.国际单位：

ΔΦ的单位是韦伯（Wb），Δt的单位是秒（s），E的单位是伏特.

1.判断下列说法的正误.

（1）只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生.（　×

　）

（2）闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流.（　√　）

（3）感应电动势的大小与磁通量的变化量成正比.（　×

（4）感应电动势的大小与磁通量变化的快慢有关，磁通量变化越快，感应电动势越大.（　√　）

2.某线圈共10匝，已知通过线圈的磁通量在20s内由30Wb均匀增大到40Wb，则线圈产生的感应电动势为________V.

答案　5

一、磁通量

1.定义：

物理学中把磁场中穿过某一面积S的磁感线条数定义为穿过该面积的磁通量.

2.单位：

韦伯，符号：

Wb.

3.公式：

Φ＝BS（B⊥S）.

4.意义：

表示穿过某一面积的磁感线条数的多少.

5.引起磁通量变化的原因

（1）B变S不变.

（2）B不变S变（如闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动）.

（3）B不变S不变而B与S夹角θ变（如线圈转动）.

（4）B、S、θ中有两个量或三个量同时变.

例1　关于磁通量的概念，下列说法中正确的是（　　）

A.磁场中某处的磁感应强度越大，面积越大，则穿过线圈的磁通量一定就越大

B.放在某处的一个平面，穿过它的磁通量为零，则该处磁感应强度一定为零

C.磁通量的变化不一定是由于磁场的变化而引起的

D.磁场中某处的磁感应强度不变，放在该处线圈的面积也不变，则磁通量一定不变

答案　C

解析　磁通量的大小与磁感应强度的大小、面积的大小以及磁场和平面的夹角有关，所以A、B、D错，C对.

针对训练1　磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”.在图1所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0.下列判断正确的是（　　）

图1

A.Φ1最大B.Φ2最大

C.Φ3最大D.Φ1、Φ2、Φ3相等

答案　A

解析　磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少，从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多，穿过S3的磁感线条数最少.

二、产生感应电流的条件

1.实验探究感应电流产生的条件

（1）闭合电路的部分导体切割磁感线

在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图2所示.

图2

导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中.

表1

导体棒的运动

表针的摆动方向

向右平动

向左

向后平动

不摆动

向左平动

向右

向上平动

向前平动

向下平动

结论：

只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有电流产生；

前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生.

（2）向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出

如图3所示，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，或从线圈中抽出，或静止地放在线圈中.观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中.

图3

表2

磁铁的运动

N极插入线圈

S极插入线圈

N极停在线圈中

S极停在线圈中

N极从线圈中抽出

S极从线圈中抽出

只有磁铁相对线圈运动时，才有电流产生；

磁铁相对线圈静止时，没有电流产生.

（3）模拟法拉第的实验

如图4所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面.观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生.把观察到的现象记录在表3中.

图4

表3

操作

现象

开关闭合瞬间

有电流产生

开关断开瞬间

开关闭合时，滑动变阻器的滑片不动

无电流产生

开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片

只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生.

2.结论

不论用什么方法，不论何种原因，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生.

3.产生感应电流的条件

（1）闭合电路；

（2）磁通量发生变化.

例2　线圈在长直导线电流的磁场中做如图5所示的运动：

A向右平动，B向下平动，C绕轴转动（ad边向里），D垂直于纸面向纸外做平动，E向上平动（E线圈有个缺口），判断线圈中有没有感应电流.

图5

答案　A、E中无感应电流；

B、C、D中有感应电流

解析　在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的.对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱.

A向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故线圈中没有感应电流.

B向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流.

C绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化（开始时减少），必产生感应电流.

D离纸面越远，线圈中磁通量越少，线圈中有感应电流.

E向上平动，穿过线圈的磁通量增加，但由于线圈没有闭合，因此无感应电流.

判断是否产生感应电流的关键是明确电路是否闭合，分清磁感线的疏密分布，从而判断磁通量是否变化，而不是看磁通量的有无.

三、法拉第电磁感应定律

如图是探究电磁感应的实验装置

1.图甲中观察磁铁N极插入或抽出线圈的过程中电流表指针的偏转情况，它说明什么问题？

2.电流表指针的偏转程度与感应电动势的大小有什么关系？

3.图乙中，闭合回路中部分导线以不同速度水平切割磁感线，观察电流表指针偏转角度有何不同？

答案　1.说明电路中产生了感应电动势.

2.指针偏转程度越大，感应电动势越大.

3.速度越大，指针偏转角度越大.

1.感应电动势

（1）由电磁感应产生的电动势叫感应电动势.在闭合电路中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源.

（2）当电路闭合时，回路中有感应电流；

当电路断开时，回路中没有感应电流，但感应电动势仍然存在.

2.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率

的比较

（1）Φ是状态量，是闭合回路在某时刻（某位置）穿过回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时Φ＝BS.

（2）ΔΦ是过程量，它表示回路从某一时刻到另一时刻磁通量的改变量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.

（3）

表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化量，又称为磁通量的变化率.

（4）Φ－t图象上某点切线的斜率表示磁通量的变化率

3.法拉第电磁感应定律

（1）内容：

闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过该电路的磁通量的变化率成正比.

（2）公式：

n为线圈的匝数，ΔΦ是磁通量的变化量.

电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率

.而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然联系.

（3）单位：

ΔΦ的单位是韦伯（Wb），Δt的单位是秒（s），E的单位是Wb/s，E的国际单位是V.

（4）电磁感应现象的本质：

在电磁感应现象中，一定产生感应电动势，不一定产生感应电流.能否产生感应电动势是电磁感应现象的本质.

例3　关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是（　　）

A.穿过线圈的磁通量Φ最大时，所产生的感应电动势就一定最大

B.穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ增大时，所产生的感应电动势也增大

C.穿过线圈的磁通量Φ等于0时，所产生的感应电动势就一定为0

D.穿过线圈的磁通量的变化率

越大，所产生的感应电动势就越大

答案　D

解析　根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小与磁通量的变化率

成正比，与磁通量Φ及磁通量的变化量ΔΦ没有必然联系.当磁通量Φ很大时，感应电动势可能很小，甚至为0.当磁通量Φ等于0时，其变化率可能很大，产生的感应电动势也会很大，而ΔΦ增大时，

可能减小.如图所示，t1时刻，Φ最大，但E＝0；

0～t1时间内ΔΦ增大，但

减小，E减小；

t2时刻，Φ＝0，但

最大，E最大.故D正确.

例4　如图6所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05s，第二次用0.1s.设插入方式相同，试求：

图6

（1）两次线圈中平均感应电动势之比；

（2）两次线圈中电流之比.

答案　

（1）2∶1　

（2）2∶1

解析　

（1）由法拉第电磁感应定律得：

＝

·

（2）由欧姆定律可得：

[学科素养]　分析本题时要紧抓法拉第电磁感应定律的表达式E＝n

.两次ΔΦ相同，因此平均感应电动势之比等于时间的反比.通过本题的训练，进一步巩固了对法拉第电磁感应定律的理解，体现了“物理观念”的学科素养.

针对训练2　如图7甲所示，某线圈共有50匝，若穿过该线圈的磁通量随时间的变化如图乙所示，则a、b两点间的电压是多少？

图7

答案　50V

解析　求a、b两点间的电压就是求线圈中的感应电动势

由题图乙得

V＝1V

故E＝n

＝50V

所以a、b两点间的电压为50V.

1.（磁通量的计算）如图8所示，面积为S的线圈平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，一半在磁场中，则穿过线圈的磁通量为（　　）

图8

A.0　　　　　　　　B.

BS

C.BS　　　　　　　　D.2BS

答案　B

解析　根据磁通量公式Φ＝BS，因为题图中有效面积为

S，所以B项正确.

2.（磁通量变化的定性分析）如图9所示，一环形线圈沿条形磁铁的轴线，从磁铁N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点，A、B两点关于磁铁的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将（　　）

图9

A.先增大，后减小

B.先减小，后增大

C.先增大，后减小、再增大，再减小

D.先减小，后增大、再减小，再增大

3.（产生感应电流的条件）（多选）某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关，用导线连接成如图10所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是（　　）

图10

A.线圈A插入线圈B的过程中，有感应电流

B.线圈A从线圈B拔出的过程中，有感应电流

C.线圈A停在线圈B中，有感应电流

D.线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小

答案　ABD

解析　由感应电流产生的条件知A、B选项正确，C选项错误；

在线圈A从线圈B拔出的过程中线圈B的磁通量减小，D选项正确.

4.（感应电动势的计算）穿过某单匝线圈的磁通量随时间的变化关系如图11所示，在线圈内产生的感应电动势的最大值是（　　）

图11

A.2V　　　　B.0.5V

C.3V　　　　D.2.5V

解析　由E＝n

可知，0～2s内E1＝

V＝2V

2～4s内，E2＝

V＝0.5V

4～5s内E3＝

V＝3V，故C正确.

5.（感应电动势的计算）一个有10匝的闭合导体线圈，若在0.01s内，通过线圈的磁通量由0.04Wb均匀地减小到零，则在这段时间内线圈产生的感应电动势为多大？

答案　40V

解析　E＝n

＝10×

V＝40V.

一、选择题

考点一　磁通量的理解与计算

1.如图1所示，虚线框内有匀强磁场，1和2为垂直磁场方向放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过两环的磁通量，则有（　　）

A.Φ1>

Φ2B.Φ1＝Φ2

C.Φ1<

Φ2D.无法确定

解析　由题图知，穿过圆环1、2的磁感线条数相等，故Φ1＝Φ2.

2.如图2所示，在同一平面内有四根彼此绝缘的直导线，分别通有大小相同、方向如图所示的电流，要使由四根直导线所围成的面积内的磁通量增加，则应切断哪一根导线中的电流（　　）

A.切断i1B.切断i2

C.切断i3D.切断i4

解析　根据安培定则判断出四根通电直导线中电流在所围面积内的磁场方向，可知只有i4中电流产生的磁场垂直于纸面向外，则要使磁通量增加，应切断i4.

3.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图3所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则（　　）

A.ΔΦ1>

ΔΦ2B.ΔΦ1＝ΔΦ2

C.ΔΦ1<

ΔΦ2D.无法确定

解析　设闭合线框在位置1时穿过闭合线框的磁通量为Φ1，平移到位置2时穿过闭合线框的磁通量为Φ2，导线MN中的电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处强，故Φ1>

Φ2.

将闭合线框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；

将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，穿过闭合线框的磁感线反向，所以ΔФ2＝|（－Φ2）－Φ1|＝Φ1＋Φ2（以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向），故正确选项为C.

考点二　感应电流的产生条件

4.如图4所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路.在下列情况中，电流表指针不发生偏转的是（　　）

A.线圈不动，磁铁插入线圈

B.线圈不动，磁铁从线圈中拔出

C.磁铁不动，线圈上、下移动

D.磁铁插在线圈内不动

解析　产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，线圈和电流表已经组成闭合电路，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就产生感应电流，电流表指针就偏转.在A、B、C三种情况下，线圈和磁铁发生相对运动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；

而当磁铁插在线圈中不动时，线圈中虽然有磁通量，但磁通量不变化，不产生感应电流，电流表指针不发生偏转.

5.在如图所示的条件下，闭合的矩形线圈中能产生感应电流的是（　　）

解析　A、C中线圈内的磁通量始终等于零，D中磁通量不发生变化，故均没有感应电流.

6.如图5所示，在竖直向下的匀强磁场中（磁场范围足够大），有一闭合导体环，环面与磁场方向垂直，当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是（　　）

A.导体环保持水平方位在磁场中向上或向下运动

B.导体环保持水平方位向左或向右加速平动

C.导体环绕垂直环面、通过环心的轴转动

D.导体环以一条直径为轴，在磁场中转动

7.（多选）实验装置如图6所示，在铁芯F上绕着两个线圈A、B.如果线圈A中的电流i和时间t的关系如下图所示，在t1～t2这段时间内，A、B、C、D四种情况中，在线圈B中观察到感应电流的是（　　）

答案　BCD

解析　当线圈A中的电流发生变化，它产生的磁场也就发生变化，穿过闭合电路的线圈B的磁通量也发生改变，从而产生感应电流.

考点三　法拉第电磁感应定律

8.（多选）如图7所示，让线圈由位置1通过一个匀强磁场的区域运动到位置2，下列说法中正确的是（　　）

A.在线圈进入匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且进入时的速度越大，感应电流越大

B.整个线圈在匀强磁场中匀速运动时，线圈中有感应电流，而且电流是恒定的

C.整个线圈在匀强磁场中加速运动时，线圈中有感应电流，而且电流越来越大

D.在线圈穿出匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且穿出时的速度越大，感应电流越大

答案　AD

解析　线圈在进入和穿出磁场时，线圈中有感应电流，且运动速度越大，磁通量变化越快，产生的感应电流越大，故A、D正确；

当线圈全部进入磁场后，穿过线圈的磁通量始终不变，没有感应电流，故B、C错误.

9.穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地增加6Wb，则（　　）

A.线圈中感应电动势每秒钟增加6V

B.线圈中感应电动势每秒钟减少6V

C.线圈中感应电动势保持不变

D.线圈中无感应电动势

知，磁通量均匀变化，产生的感应电动势恒定，为6V.

10.如图8所示为穿过某一闭合回路的磁通量随时间变化的图象，则（　　）

A.2～4s内感应电动势最大

B.4～5s内感应电动势小于0～2s内的感应电动势

C.0～2s内感应电动势为1V

D.2～4s内感应电动势为2V

解析　由E＝

知，2～4s内感应电动势为0,0～2s内感应电动势为1V,4～5s内感应电动势为2V，选项C正确，A、B、D错误.

二、非选择题

11.如图9所示，桌面上放一单匝线圈，线圈中心上方一定高度处有一竖立的条形磁体.当磁体竖直向下运动时，穿过线圈的磁通量将________（选填“变大”或“变小”）.在上述过程中，穿过线圈的磁通量变化了0.1Wb，经历的时间为0.5s，则线圈中的感应电动势为________V.

答案　变大　0.2

解析　当磁体竖直向下运动时，磁场增强，穿过线圈的磁感线的条数增多，磁通量将变大；

感应电动势E＝n

V＝0.2V.

12.一个200匝、面积为20cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T，在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是________Wb；

磁通量的平均变化率是________Wb/s；

线圈中的感应电动势的大小是________V.

答案　8×

10－4　1.6×

10－2　3.2

解析　ΔΦ＝（B2－B1）S

＝0.4×

20×

10－4Wb＝8×

10－4Wb

Wb/s＝1.6×

10－2Wb/s

＝200×

1.6×

10－2V＝3.2V.

13.如图10所示，一单匝线圈从左侧进入磁场.在此过程中，

（1）线圈的磁通量将如何变？

（2）若上述过程所经历的时间为0.1s，线圈中产生的感应电动势为0.2V，则线圈中的磁通量变化了多少？

答案　

（1）变大　

（2）0.02Wb

解析　

（1）线圈从左侧进入磁场的过程中，穿过线圈的磁感线的条数增加，线圈的磁通量变大.

（2）由E＝n

得ΔΦ＝EΔt＝0.2×

0.1Wb＝0.02Wb.

14.一面积S＝4×

10－2m2、匝数n＝100匝的线圈放在匀强磁场中，磁感线垂直于线圈平面，磁感应强度随时间的变化率

＝2T/s.穿过线圈的磁通量的变化率是多少？

线圈中产生的感应电动势是多少？

10－2Wb/s　8V

解析　穿过线圈的磁通量的变化率与匝数无关，

故

S＝2×

4×

10－2Wb/s＝8×

由法拉第电磁感应定律得

＝100×

8×

10－2V＝8V.