版物理新导学笔记选修32第四章 12.docx

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版物理新导学笔记选修32第四章12

1　划时代的发现

2　探究感应电流的产生条件

[学习目标]　1.理解什么是电磁感应现象及产生感应电流的条件.2.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验.3.了解磁通量的定义及变化.

一、划时代的发现

1.丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系.

2.英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应.产生的电流叫做感应电流.

二、感应电流的产生条件

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.

[即学即用]

1.判断下列说法的正误.

（1）若把导线东西放置，当接通电源时，导线下面的小磁针一定会发生转动.（　×　）

（2）奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象.（　√　）

（3）小磁针在通电导线附近发生偏转的现象是电磁感应现象.（　×　）

（4）通电线圈在磁场中转动的现象是电流的磁效应.（　×　）

2.如图1所示，条形磁铁A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针________（填“不偏转”或“偏转”）；若条形磁铁A在线圈B中保持不动，电流表G的指针________（填“不偏转”或“偏转”）.

图1

答案　偏转　不偏转

一、磁通量及其变化

[导学探究]　如图2所示，闭合导线框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.

图2

（1）分别求出B⊥S（图示位置）和B∥S（线框绕OO′转90°）时，穿过闭合导线框架的磁通量.

（2）由图示位置绕OO′转过60°时，穿过框架的磁通量为多少？

这个过程中磁通量变化了多少？

答案　

（1）BS　0　

（2）

BS　减少了

BS

[知识深化]

1.匀强磁场中磁通量的计算

（1）B与S垂直时，Φ＝BS.

（2）B与S不垂直时，Φ＝B⊥S，B⊥为B垂直于线圈平面的分量.如图3甲所示，Φ＝B⊥S＝（Bsinθ）·S.

也可以Φ＝BS⊥，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，如图乙所示，Φ＝BS⊥＝BScosθ.

图3

2.磁通量的变化

大致可分为以下几种情况：

（1）磁感应强度B不变，有效面积S发生变化.如图4（a）所示.

（2）有效面积S不变，磁感应强度B发生变化.如图（b）所示.

（3）磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化.如图（c）所示.

图4

例1

　如图5所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为r.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r,10匝；线圈B的半径为2r,1匝；线圈C的半径为

，1匝.

图5

（1）在B减为

的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少？

（2）在磁场转过90°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？

转过180°角呢？

答案　

（1）A、B线圈的磁通量均减少了

（2）减少了

Bπr2　减少了

Bπr2

解析　

（1）A、B线圈中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样.

ΔΦ＝（

－B）·πr2＝－

即A、B线圈中的磁通量都减少了

（2）对线圈C，Φ1＝Bπr′2＝

Bπr2

当磁场转过90°时，Φ2＝0，

故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝－

Bπr2

当转过180°时，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ3为负，

有Φ3＝－

Bπr2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－

Bπr2.

1.磁通量与线圈匝数无关.

2.磁通量是标量，但有正、负，其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反.

例2

　磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图6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（　　）

图6

A.ΔΦ1>ΔΦ2B.ΔΦ1＝ΔΦ2

C.ΔΦ1<ΔΦ2D.无法确定

答案　C

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处要强，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.

二、感应电流产生的条件

[导学探究]　

（1）如图7所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中________电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中________电流产生.（填“有”或“无”）

图7

（2）如图8所示，当条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中________电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中________电流产生.（填“有”或“无”）

图8

（3）如图9所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中________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________电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中________电流通过.（填“有”或“无”）

图9

总结：

上述三个实验中，什么情况下产生了感应电流？

产生感应电流时共同特点是什么？

答案　

（1）有　无　

（2）有　无　（3）有　有　无

实验一中：

导体棒切割磁感线运动，引起闭合回路面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流.

实验二中：

磁铁插入或拔出线圈时，引起线圈中的磁场变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流.

实验三中：

开关闭合、断开、滑动变阻器的滑动触头移动时，A线圈中电流变化，从而引起穿过B线圈的磁通量变化，产生了感应电流.三个实验共同特点是：

产生感应电流时闭合回路的磁通量发生了变化.

[知识深化]

1.感应电流产生条件的理解

不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化.

2.注意区别ΔΦ与Φ：

感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变化，即与ΔΦ有关.ΔΦ与Φ的大小没有必然的联系.

例3

　下图中能产生感应电流的是（　　）

答案　B

解析　A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，通过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流.

1.电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可.

2.磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化也不会产生感应电流，磁通量虽然是零，但是如果在变化仍然可以产生感应电流.

针对训练　（多选）如图10所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是（　　）

图10

A.开关S闭合的瞬间

B.开关S闭合后，电路中电流稳定时

C.开关S闭合后，滑动变阻器触头滑动的瞬间

D.开关S断开的瞬间

答案　ACD

1.（电磁感应现象）（2018·南通市高二上学期调研）下列现象中，属于电磁感应现象的是（　　）

A.通电线圈在磁场中转动

B.因闭合线圈在磁场中运动而产生电流

C.磁铁吸引小磁针

D.小磁针在通电导线附近发生偏转

答案　B

解析　线圈在磁场中由于磁通量的变化而产生电流的现象叫电磁感应，B正确.A中通电线圈在磁场中转动是因为受安培力作用，A错误.D是电流的磁效应，D错误.C中磁铁吸引小磁针是磁场的作用，C错误.

2.（对磁通量的理解）如图11所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成α角，已知sinα＝

，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为（　　）

图11

A.BSB.

BSC.

BSD.

BS

答案　B

解析　根据磁通量的定义可得通过线框的磁通量Φ＝BSsinα，代入解得Φ＝

BS，所以B选项正确.

3.（对磁通量的理解）如图12所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为（　　）

图12

A.Φa>ΦbB.Φa<Φb

C.Φa＝ΦbD.不能比较

答案　A

解析　条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：

①磁铁内、外磁感线的条数相同；②磁铁内、外磁感线的方向相反；③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏.两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在圆环内时，通过圆环的磁感线的俯视图如图所示，穿过圆环的磁通量Φ＝Φ进－Φ出，由于两圆环面积SaΦb，故A正确.

4.（产生感应电流的判断）（多选）如图13所示，竖直放置的长直导线通有恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面内，在下列情况中线框产生感应电流的是（　　）

图13

A.导线中的电流变大

B.线框向右平动

C.线框向下平动

D.线框以AB边为轴转动

答案　ABD

一、选择题

考点一　电磁感应现象的发现与认识

1.许多科学家在物理学发展中做出了重要贡献，下列表述中正确的是（　　）

A.牛顿测出引力常量

B.法拉第发现电磁感应现象

C.安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式

D.奥斯特总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律

答案　B

2.如图1所示，磁带录放机既可用作录音，也可用作放音，其主要部件为匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b，不论是录音过程还是放音过程，磁带或磁头软铁都会存在磁化现象.下面是对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的描述，正确的是（　　）

图1

A.放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应

B.录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应

C.放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用

D.录音和放音的主要原理都是电磁感应

答案　A

解析　在使用录放机进行放音和录音时，录音过程是由电信号转变为磁信号，而放音过程是把磁带上的磁信号转变为电信号，故放音过程磁生电是电磁感应，录音过程电生磁是电流的磁效应，A正确.

考点二　磁通量及其变化的分析

3.如图2所示，仅虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场方向同心放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过大、小两环的磁通量，则有（　　）

图2

A.Φ1>Φ2B.Φ1<Φ2

C.Φ1＝Φ2D.无法确定

答案　C

解析　对于大环和小环来说，磁感线的净条数相同，所以选C.

4.（2017·江苏单科·1）如图3所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为（　　）

图3

A.1∶1B.1∶2C.1∶4D.4∶1

答案　A

解析　两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样，则穿过两线圈的磁通量相同，故选项A正确.

5.如图4所示，ab是水平面内一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电直导线ef，已知ef平行于ab.当ef向上竖直平移时，电流产生的磁场穿过圆的磁通量将（　　）

图4

A.逐渐增大

B.逐渐减小

C.始终为零

D.不为零，但保持不变

答案　C

解析　根据磁场具有对称性可以知道，穿入圆的磁感线的条数与穿出圆的磁感线的条数是相等的，故磁通量始终为零，C项正确.

6.如图5所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积S1>S2＝S3，“1”和“2”在同一平面内，“3”线圈在磁铁的正中间.设各线圈中的磁通量依次为Φ1、Φ2、Φ3，则它们的大小关系是（　　）

图5

A.Φ1>Φ2>Φ3B.Φ1>Φ2＝Φ3

C.Φ1<Φ2<Φ3D.Φ1<Φ2＝Φ3

答案　C

解析　所有磁感线都会经过磁体内部，内、外磁场方向相反，所以处在同一平面内的线圈的面积越大，则抵消的磁通量越大，则Φ1<Φ2，线圈3在正中间，此处磁铁外部磁场比线圈2处的磁场弱，即抵消得最少，所以Φ3>Φ2，选C.

7.如图6所示，固定的有绝缘皮的长直导线中通有恒定电流，一矩形线框从abcd位置平移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是（　　）

图6

A.一直增加

B.一直减少

C.先增加后减少

D.先增加，再减少到零，然后再增加，然后再减少

答案　D

解析　离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小，故D正确.

考点三　有无感应电流的判断

8.如图7所示，闭合圆形导线圈平行磁感线放置在匀强磁场中，其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两直径.试分析线圈做以下哪种运动时能产生感应电流（　　）

图7

A.使线圈在其平面内平动或转动

B.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动

C.使线圈以ac为轴转动

D.使线圈以bd为轴稍做转动

答案　D

解析　线圈在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，由ΔΦ＝B·ΔS知，只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定改变，回路中一定有感应电流产生.当线圈在其平面内平动或转动时，线圈相对磁场的正对面积始终为零，即ΔS＝0，因而无感应电流产生，A错；当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错；当线圈以ac为轴转动时，线圈相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流产生，C错；当线圈以bd为轴稍做转动时，线圈相对磁场的正对面积发生了改变，因此在回路中产生了感应电流，故D正确.

9.（多选）如图8所示，电流表与螺线管组成闭合电路，以下能使电流表指针偏转的是（　　）

图8

A.将磁铁插入螺线管的过程中

B.磁铁放在螺线管中不动时

C.将磁铁从螺线管中向上拉出的过程中

D.磁铁静止而将螺线管向上移动的过程中

答案　ACD

解析　只要是螺线管中的磁通量发生变化，回路中就有感应电流，指针便会偏转；只要是螺线管中的磁通量不发生变化，回路中就无感应电流，指针便不会偏转.在磁铁插入、拉出过程中螺线管中的磁通量均发生变化，能产生感应电流，电流表指针偏转，故A、C正确；

磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量不发生变化，无感应电流产生，故B错误；

磁铁静止而螺线管向上移动的过程中，螺线管中的磁通量发生变化，有感应电流产生，电流表指针偏转，故D正确.

10.（2017·南通中学高二上学期期中）如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是（　　）

答案　B

解析　从图中分析，矩形线框中磁通量变化的只有B图，只有B图能产生感应电流，故选B.

11.（多选）如图9所示，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.导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好.这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，若井字形回路中有感应电流通过，则可能（　　）

图9

A.v1>v2B.v1

C.v1＝v2D.A、B、C选项都正确

答案　AB

12.（多选）如图10所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况中，导线cd中有电流的是（　　）

图10

A.开关S闭合或断开的瞬间

B.开关S是闭合的，滑动触头向左滑

C.开关S是闭合的，滑动触头向右滑

D.开关S始终闭合，滑动触头不动

答案　ABC

解析　开关S闭合或断开的瞬间，开关S闭合、滑动触头向左或向右滑的过程，都会使通过导线ab的电流发生变化，使穿过cd回路的磁通量发生变化，从而在cd导线中产生感应电流，故选项A、B、C正确.

13.（多选）如图11所示，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，下列情况中能引起电流计指针转动的是（　　）

图11

A.闭合开关瞬间

B.开关闭合稳定后

C.开关闭合稳定后移动滑动变阻器的滑片

D.断开开关瞬间

答案　ACD

解析　开关闭合瞬间线圈Ⅰ中电流从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计

有示数，A正确.

开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，穿过线圈Ⅱ的磁通量稳定不变，线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计

无示数，B错误.

开关闭合稳定后，移动滑动变阻器的滑片，线圈Ⅰ中的电流变化，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，C正确.

开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，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，D正确.

二、非选择题

14.（电磁感应现象的发现与认识）用如图12所示器材研究电磁感应现象和判定感应电流方向.

图12

（1）用笔画线代替导线将实验电路补充完整.

（2）能使电流表指针偏转的操作是________.

A.开关闭合瞬间

B.开关闭合后移动滑动变阻器

C.开关断开后移动滑动变阻器

D.开关断开瞬间

答案　

（1）见解析图　

（2）ABD

解析　

（1）将大线圈和电流计串联形成一个回路，将开关、滑动变阻器、电源、小线圈串联成另一个回路即可，实物图如图所示：

（2）能产生感应电流的是A、B、D.