1、1.1 电磁感应现象、1.2 产生感应电流的条件 学案（粤教 版选修 3-2） 1法拉第把可以产生电磁感应的情况概括为五类，它们都与变化和运动相联系，即： 变化着的电流、变化着的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体 2感应电流的产生条件：只要使穿过闭合电 路的磁通量发生变化，闭合电路中就有 感应电流产生 3在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，在对以 下几位物理学家所做科学贡献的叙述中，不正确的说法 是 ( ) A库仑发现了电流的磁效应 B卡文迪许测出引力常数 C法拉第发现了磁场产生电流的条件和规律 D牛顿提出了万有引力定律奠定了天体力学的基础 答案
2、 A 解析 奥斯特发现电流的磁效应，A 错误，B、C、D 项正确 4关于磁通量，下列说法中正确的是( ) A磁通量不仅有大小， 而且有方向，所以是矢量 B磁通量越大，磁感应强度越大 C通过某一面的磁通量为零，该 处磁感应强度不一定为零 D磁通量就是磁感应强度 答案 C 解析 磁通量是标量，故 A 不对；由 BS 可知 由 B 和 S 两个因素决定， 较 大，有可能是由于 S 较大造成的，所以磁通量越大，磁感应强度越大是错误的，故 B 不 对；由 BS 可知，当线圈平面与磁场方向平行时，S 0， 0，但磁感应强度 B 不 为零，故 C 对； 磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故 D 不对 5
3、(双选) 如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线 构成几种位 置组合( 彼此绝缘)，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生 的是( ) 答案 CD 解析 利用安培定则判断直线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的无数 组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直线电流产生的磁场分布情况是：靠近直 导线处磁场强，远离直导线处磁场弱所以，A 中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示，其有 效磁通量为 A 出 进 0，且始终为 0，即使切断导线中的电流， A 也始终为 0，A 中不可能产生感应电流B 中线圈平面与导线的磁场平行，穿过 B 的磁通量也始终为 0，B
4、中也不能产生感应电流 C 中穿过线圈的磁通量如图乙所示， 进 出 ，即 C0， 当切断导线中电流后，经过一定时间，穿过线圈的磁通量 C 减小为 0，所以 C 中有感应电 流产生；D 中线圈的磁通量 D 不为 0，当电流切断后， D 最终也减小为 0，所以 D 中也 有感应电流产生 【概念规律练】 知识点一 磁通量的理解及其计算 1如图 1 所示，有一个 100 匝的线圈，其横截面是边长为 L0.20 m 的正方形，放在 磁感应强度为 B0.50 T 的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直若将这个线圈横截面的形 状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变 )，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？ 图
5、1 答案 5.510 3 Wb 解析 线圈横截面为正方形时的面积 S1L 2(0.20) 2 m24.010 2 m2. 穿过线圈的磁通量 1BS 10.504.010 2 Wb2.010 2 Wb 横截面形状为圆形时，其半径 r4L/2 2L/. 截面积大小 S2(2 L/)2 m2 425 穿过线圈的磁通量 2BS 20.504/(25) Wb 2.55102 Wb. 所以，磁通量的变化 2 1(2.55 2.0)10 2 Wb5.510 3 Wb 点评 磁通量 BS 的计算有几点要注意： (1)S 是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积； B 是匀强磁场中的磁感应强度 (2)磁通量与线圈
6、的匝数无关，也就是 磁通量大小不受线圈匝数的影响同理，磁通量 的变化量 2 1 也不受线圈匝数的影响所以，直接用公式求 、 时，不必去 考虑线圈匝数 n. 2如图 2 所示，线圈平面与水平方向成 角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为 B， 线圈面积为 S，则穿过线圈的磁通量 _. 图 2 答案 BScos 解析 线圈平面 abcd 与磁场不垂直，不能直接用公式 BS 计算，可以用不同的分 解方法进行可以将平面 abcd 向垂直于磁感应强度的方向投影，使用投影面积；也可以将 磁感应强度沿垂直于平面和平行于平面正交分解，使用磁感应强度的垂直分量 解法一：把面积 S 投影到与磁场 B 垂直的方向，即水
7、平方向 abcd，则 S Scos ，故 BS BS cos 解法二：把磁场 B 分解为平行于线圈平面的分量 B 和垂直于线圈平面的分量 B ，显 然 B 不穿过线圈，且 B Bcos ，故 B SBScos . 点评 在应用公式 BS 计算磁通量时，要特别注意 B S 的条件，应根据实际情况 选择不同的方法，千万不要乱套公式 知识点二 感应电流的产生条件 3(双 选) 图 3 所示的情况中能产生感应电流的是( ) 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
8、 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 图 3 答案 BD 解析 A 中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；B 中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；C 中开关 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；D 中开关 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 点评 电路闭合，磁
9、通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可电路中 有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量尽管很大但不变化，那么 无论有多大，都不会产生感应电流 4如图 4 所示，线圈与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈与电流计 G 相连， 线圈与线圈绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计 G 中无示数的是( ) 图 4 A开关闭合瞬间 B开关闭合一段时间后 C开关闭合一段时间后，来回移动变阻器滑动端 D开关断开瞬间 答案 B 解析 A 中开关闭合前，线圈 、中均无磁场，开关闭合瞬间，线圈中电流从无 到有形成磁场，穿过线圈的磁通量从无到有，线圈中产生感应电流，电流计 G 有示 数B 中开关
10、闭合一段时间后，线圈中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈虽 有磁通量但磁通量稳定不变，线圈中无感应电流产生，电流计 G 中无示数C 中开关闭 合一段时间后，来回移动滑动 变阻器滑动端，电阻变化，线圈中的电流变化，电流形成 的磁场也发生变化，穿过线圈的磁通量也发生变化，线圈中有感应电流产生，电流计 G 中有示数D 中开关断开 瞬间，线圈中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过 线圈的磁通量也从有到无发生变化，线圈中有感应电流产生，电流计 G 中有示数故 选 B. 点评 变化的电流引起闭合线圈中磁通量的变化，是产生感应电流的一种情况 【方法技巧练】 一、磁通量变化量的求解方法 5面积为 S
11、的矩形线框 abcd，处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向与线框 平面成 角( 如图 5 所示)，当线框以 ab 为轴顺时针转 90时，穿过 abcd 面的磁通量变化量 _. 图 5 答案 BS(cos sin ) 解析 磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框面上的分量决定 开始时 B 与线框面成 角，磁通量为 BSsin ；线框面按题意方向转动时，磁通量 减少，当转动 90时，磁通量变为“负”值， 2BScos .可见，磁通量的变化量为 2 1BS cos BSsin BS(cos sin ) 实际上，在线框转过 90的过程中，穿过线框的磁通量是由正向 BSsin 减小到零，再 由零增大
12、到负向 BScos . 方法总结 磁通量虽是标量，但有正、负，正、负号仅表示磁感线从不同的方向穿过 平面，不表示大小 6如图 6 所示，通电直导线下边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面若使线框 逐渐远离( 平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将( ) 图 6 A逐渐增大 B逐渐减小 C保持不变 D不能确定 答案 B 解析 当矩形线框在线框与直导线决定的平面内逐渐远离通电导线平动时，由于离开 导线越远，磁场越弱，而线框的面积不变，则穿过线框的磁通量将减小，所以 B 正确 方法总结 引起磁通量变化一般有 四种情况： (1)磁感应强度 B 不变，有效面积 S 变化，则 t 0B S(如知识点一中的
13、1 题) (2)磁感应强度 B 变化，磁感线穿过的有效面积 S 不变 则 t 0BS( 如此题 ) (3)线圈平面与磁场方向的夹角 发生变化时，即线圈在垂直于磁场方向的投影面积 S Ssin 发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化，即 B、S 不变， 变化( 如此 栏目中的 5 题) (4)磁感应强度 B 和回路面积 S 同时发生变化的情况，则 t 0 BS 二、感应电流有无的判断方法 图 7 7如图 7 所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产 生感应电流的是( ) A线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运
14、动 C线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线 AB 转动 D线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线 CD 转动 答案 C 解析 四种情况中初始位置线框 均与磁感线平行，磁 通量为零，按 A、B、D 三种情 况线圈移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流C 中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C 项正确 方法总结 (1)判断有无感应电流产生的关键是抓住两个条件： 电路是否为闭合电路； 穿过电路本身的磁通量是否发生变化，其主要内涵体现在“变化”二字上电路中有没 有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量很大但不变化，那么不论有多
15、大，也不会产生感应电流 (2)分析磁通量是否变化时，既要弄清楚磁场的磁感线分布，又要注意引起磁通量变化 的三种情况：由于线框所在处的磁场变化引起磁通量变化；由于线框所在垂直于磁场 方向的投影面积变化引起磁通量变化；有可能是磁场及其垂直于磁场的面积都发生变化 8(双选) 下列情况中都是线框在磁场中切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是( ) 答案 BC 解析 A 中虽然导体“切割” 了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化， 没有感应电流B 中导体框的一部分导体 “切割 ”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来 越少，线框中有感应电流C 中虽然与 A 近似，但由于是非匀强磁场运动过程中，穿过线 框的磁感线条数增加，线框中有感应电流D 中线框尽管是部分切割，但磁感线条数不变， 无感应电流，故选 B、C. 方法总结 在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意： (1)导体是否将磁感线“割断” ，如果没有“割断”就不能说切割如下图所示，甲、 乙两图中，导线是真“切割” ，而图丙中，导体没有切割磁感线 (2)即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流例如上题中 A、D 选项情况，如果由切割不容易判断，还是要回归到磁通量是否变化上去
