高二物理探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件

1、二、探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件 要點(diǎn)導(dǎo)學(xué) 本節(jié)主要探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件。1、探究的方法主要是實(shí)驗(yàn)。連同初中學(xué)習(xí)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，課文介紹了三個(gè)實(shí)驗(yàn)，見圖4-2-1，圖4-2-2和圖4-2-3。我們要認(rèn)真做好這三個(gè)實(shí)驗(yàn)，并從這三個(gè)實(shí)驗(yàn)中分析、歸納、概括出電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件。學(xué)習(xí)初中物理時(shí)，我們已經(jīng)知道：閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線，電路就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。那么在普遍情況下，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件是什么呢？完成下面兩張表格可以幫助我們發(fā)現(xiàn)三個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。 表格一、磁鐵相對于線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象（圖4-2-2） 磁鐵的動(dòng)作情況電流計(jì)指針的動(dòng)作磁鐵的動(dòng)作情況電流計(jì)指針的動(dòng)作N極插入線圈 S極插入線圈

2、 N極停在線圈中指針無動(dòng)作S極停在線圈中指針無動(dòng)作N極從線圈中抽出 S從線圈中抽出 表格二、線圈中的電流變化時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象（圖4-2-3） 線圈A中電流的變化情況線圈B中磁場的變化情況電流計(jì)指針的動(dòng)作開關(guān)閉合的瞬間 開關(guān)斷開的瞬間 開關(guān)閉合滑動(dòng)變阻器不動(dòng)B中的磁場不變指針無動(dòng)作開關(guān)閉合變阻器電阻變化 2、對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的歸納。從上面的兩張表格中我們可以看到，指針無動(dòng)作時(shí)，無一例外地線圈中的磁場都是不變化的，那么在上面的表格中，凡是指針有動(dòng)作的，線圈中的磁場又有什么共同點(diǎn)呢？請你用盡可能簡單的語言表達(dá)它們的共同點(diǎn)： 。在圖4-2-1所示的實(shí)驗(yàn)中，磁場是不變的，只是導(dǎo)體AB在切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了電

3、磁感應(yīng)，這種方式產(chǎn)生電磁感應(yīng)與上面所說的線圈中磁場變化產(chǎn)生電磁感應(yīng)之間肯定是有聯(lián)系的。前者是磁場不變但閉合電路包圍磁場的面積在變，后者是閉合電路的面積不變，但電路中的磁場在變。由此可見，穿過閉合電路的磁場變化或者電路包圍磁場的面積變化都會(huì)引起電磁感應(yīng)。 3、概括電磁感應(yīng)的條件。由于閉合電路的面積與垂直穿過此面積的磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積叫做磁通量，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。從磁感線的角度來看，磁通量就是穿過閉合電路的磁感線的數(shù)目，因此即使磁場和閉合電路的面積都不變，如果磁場與閉合電路所在平面之間的夾角變化（如由垂直變?yōu)椴淮怪保?，磁通量也?huì)發(fā)生變化。 范例精析例1 如圖4-

4、2-4所示，在有界勻強(qiáng)磁場中有一矩形線圈abcd垂直磁場放置，現(xiàn)使線圈做如下幾種運(yùn)動(dòng)：（a）向上加速平移，（未出磁場），（b）勻速向右平移，（c）繞ab邊轉(zhuǎn)90°，其中線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 。解析： 要判斷線圈中是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生，則需判斷穿過線圈的磁通量是否發(fā)生變化。在（a）中穿過線圈平面的磁感線始終與線圈平面垂直且線圈在磁場中的面積未發(fā)生變化，所以穿過線圈的磁通量沒有變化，線圈中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。在（b）中線圈平移出磁場的過程中，在磁場中的面積逐漸減少，穿過線圈的磁通量在減少，所以線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。在(c)中，線圈從圖示位置繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過程中，線圈面積不

5、變，但磁感線與線圈平面的夾角越來越小，穿過線圈的磁感線條數(shù)在減少，故磁通量越來越小，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 拓展 ：在判斷是否有感應(yīng)電流時(shí)，除了確定是閉合電路外，如閉合電路是在勻強(qiáng)磁場中，則著重判斷閉合電路在磁場中的面積是否變化，以及和磁感線的夾角是否發(fā)生變化，以確定磁通量是否變化，從而確定是否有感應(yīng)電流發(fā)生。 例2 如圖4-2-5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(jì)，下列操作及相應(yīng)的結(jié)果可能的是A、 先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)B、 S1、S2閉合后，在斷開S2的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn) C、 先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計(jì)指

6、針偏轉(zhuǎn)D、S1、S2閉合后，在斷開S1的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)解析： 回路A中有電源，當(dāng)S1閉合后，回路中有電流，在回路的周圍產(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，電流周圍的磁場發(fā)生變化，從而使穿過回路B的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，此時(shí)若S2是閉合的，則回路B中有感應(yīng)電流，電流表指針偏轉(zhuǎn)。所以A、D正確。 拓展：這類問題，首先要判斷該電流的磁場方向，從而確定是否有磁感線穿過線圈平面，然后再根據(jù)電流的變化情況判斷磁通量是否變化，若產(chǎn)生磁場的電流雖然發(fā)生了變化，但穿過線圈平面的磁通量始終為零，那么閉合回路中也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。如將圖4-2-5中的

7、回路A換成一根通過回路B的一條直徑的充分長通電直導(dǎo)線，則不論直導(dǎo)線中的電流如何變化，回路B也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。 例3 恒定的勻強(qiáng)磁場中有一圓形的閉合導(dǎo)體線圈，線圈平面垂直于磁場方向。當(dāng)線圈在此磁場中作下列哪種運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈能產(chǎn)生感應(yīng)電流？A.線圈沿自身所在的平面作勻速運(yùn)動(dòng)B.線圈沿自身所在的平面作加速運(yùn)動(dòng)C.線圈繞任意一條直徑作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)D.線圈繞任意一條直徑作變速轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：線圈沿自身所在的平面作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)線圈中磁通量不變；線圈沿自身所在的平面作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)線圈中磁通量也不變，所以線圈中沒有感應(yīng)電流。線圈繞任意一條直徑作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈中磁通量有變化，線圈繞任意一條直徑作變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈中磁通量也有變

8、化，所以線圈中有感應(yīng)電流。正確答案是C、D。 拓展：這道高考題的立意是考查考生對產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是否掌握。同時(shí)也考查了考生的空間想象能力。解決這一類問題 的關(guān)鍵是看線圈中的磁通量是否變化。 能力訓(xùn)練1、如圖4-2-6，豎直放置的長直導(dǎo)線ef中通有恒定電流，有一矩形線框abcd與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，在下列情況中線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 （ABD ）A、導(dǎo)線中電流強(qiáng)度變大 B、線框向右平動(dòng) C、線框向下平動(dòng) D、線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng) E、線框以直導(dǎo)線ef為軸轉(zhuǎn)動(dòng) 2、下列關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)電流的說法中，正確的是 （ D ） A、只要穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生 B、只要閉合導(dǎo)線做切割

9、磁感線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線中就一定有感應(yīng)電流 C、閉合電路的一部分導(dǎo)體，若不做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，則閉合電路中就一定沒有感應(yīng)電流 D、當(dāng)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中就一定有感應(yīng)電流 3、如圖4-2-7所示，一個(gè)矩形線圈與通有相同大小的電流的平行直導(dǎo)線在同一平面，且處于兩直導(dǎo)線的中央，則線框中有感應(yīng)電流的是（ BC ） A、兩電流同向且不斷增大 B、兩電流同向且不斷減小 C、兩電流反向且不斷增大 D、兩電流反向且不斷減小 4、如圖4-2-8所示，導(dǎo)線ab和cd互相平行，則在下列情況中導(dǎo)線cd中無電流的是（ D ） A、電鍵S閉合或斷開的瞬間 B、電鍵S是閉合的，但滑動(dòng)觸頭向左滑 C、電鍵S是閉

10、合的，但滑動(dòng)觸頭向右滑 D、電鍵S始終閉合，滑動(dòng)觸頭不動(dòng) 5、如圖4-2-9所示，范圍很大的勻強(qiáng)磁場平行于OXY平面，線圈處在OXY平面中，要使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其運(yùn)動(dòng)方式可以是（ C ） A、沿OX軸勻速平動(dòng) B、沿OY軸加速平動(dòng) C、繞OX軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) D、繞OY軸加速轉(zhuǎn)動(dòng) 6、目前觀察到的一切磁體都存在N、S兩個(gè)極，而科學(xué)家卻一直在尋找是否存在只有一個(gè)磁極的磁單極子。若確定存在磁單極子，設(shè)法讓磁單極子A通過一超導(dǎo)材料制成的線圈如圖4-2-10所示，則下列對于線圈中的感應(yīng)電流的判斷，正確的是（ C） A、只有A進(jìn)入線圈的過程有電流 B、只有A離開線圈的過程中有電流 C、A離開線圈后，電流保持不變 D、A離開線圈后，電流消失 7、如圖4-2-11所示，在勻強(qiáng)磁場中有一線圈，線圈平面與磁感