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第三节
电磁感应现象及应用
一、划时代的发现
1.电生磁：丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电流周围存在磁场
2.磁生电：英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，发现了“动磁生电”这一现象
二、产生感应电流的条件
1.实验引入
①
闭合回路中的磁场发生改变
通电线圈可视为磁铁靠近或远离螺线管，电流表有示数；磁铁静止不动，电流表无示数。
②
闭合回路周围的电流发生改变
开关闭合或断开瞬间，电流表有示数；开关闭合稳定后，电流表无示数；开关闭合后，移动滑动变阻器滑片，电流表有示数。
③
导体切割磁感线
导体棒与导轨接触良好，左右移动，电流表有示数。
2.产生感应电流的条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。需要注意的是，该条件是可逆的，若闭合回路中产生感应电流，则电路一定是闭合的，且闭合回路中的磁通量是变化的。
【典例1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与水平方向的夹角为30°，图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中，并绕着它的一条边从水平位置Ⅰ转到竖直位置(图中虚线位置Ⅱ)。则在此过程中磁通量的变化量的大小为（ ）
A.BS
B.BS
C.BS
D.2BS
【答案】C
【解析】
取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正，
则Φ1＝BSsin
30°＝BS
线圈处于竖直位置，磁感线从线圈另一面穿过，
磁通量Φ2＝－BScos
30°＝－BS
故磁通量的变化为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BS
即变化量的大小为|ΔΦ|＝BS。
【典例2】如图为研究电磁感应现象的实验装置。下列哪种情况下电流表指针不会偏转（ ）
A.闭合开关的瞬间
B.闭合开关后，电路中电流稳定时
C.闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时
D.闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时
【答案】B
【解析】
电流表指针不偏转，说明电流表与B线圈组成的电路中无电流，根据感应电流产生的条件，只需要检查B线圈中磁通量是否变化即可。闭合开关时，电路中的电流从无到有，A中的磁场从无到有，故穿过B的磁通量发生变化，电流表中有电流流过；当电路中电流稳定时，穿过B的磁通量不再发生变化，电流表中无电流流过；移动滑动变阻器的滑片时，会造成A中电流大小变化，能引起B的磁通量变化，电流表中有电流流过；把线圈A从线圈B中拉出时，穿过B的磁通量减少，电流表中有电流流过。故只有选项B符合要求。
【练习1】（多选）如图所示，线框ABCD从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法正确的是（ ）
A．进入匀强磁场区域的过程中，ABCD中有感应电流
B．在匀强磁场中加速运动时，ABCD中有感应电流
C．在匀强磁场中匀速运动时，ABCD中没有感应电流
D．离开匀强磁场区域的过程中，ABCD中没有感应电流
【答案】AC
【解析】
从磁通量有无“变化”来判断产生感应电流与否，能抓住要点得出正确结论。若从切割磁感线的角度考虑问题，需注意全面比较闭合电路各部分切割的情况。在有界的匀强磁场中，常常需要考虑闭合回路进磁场、出磁场和在磁场中运动的情况，线框ABCD在匀强磁场中无论匀速，还是加速运动，穿过线框ABCD的磁通量都没有发生变化。
【练习2】如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量（ ）
A．是增加的
B．是减少的
C．先增加，后减少
D．先减少，后增加
【答案】D
【解析】
要知道线圈在下落过程中磁通量的变化情况，就必须知道条形磁铁在磁极附近磁感线的分布情况，条形磁铁在N极附近的分布情况如图所示
由图可知线圈中磁通量是先减少，后增加。D选项正确。
【练习3】如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是（ ）
A．线圈中通以恒定的电流
B．通电时，使变阻器的滑片P做匀速移动
C．通电时，使变阻器的滑片P做加速移动
D．将开关突然断开的瞬间
【答案】A
【解析】
线圈中通以恒定的电流时，线圈产生稳恒的磁场，穿过铜环A的磁通量不变，没有感应电流产生。通电时，使变阻器的滑片P滑动时，变阻器接入电路的电阻变化，回路中电流变化，线圈产生的磁场变化，穿过铜环A磁通量变化，产生感应电流。将开关突然断开的瞬间，线圈产生的磁场从有到无消失，穿过铜环A的磁通量减小，产生感应电流。故选A。
【练习4】如选项图所示，A中线圈有一小缺口，B、D中匀强磁场区域足够大，C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方。其中能产生感应电流的是（ ）
【答案】B
【解析】
图A中线圈没闭合，无感应电流；图B中闭合电路中的磁通量增大，有感应电流；图C中的导线在圆环的正上方，不论电流如何变化，穿过线圈的磁感线都相互抵消，磁通量恒为零，也无电流；图D中回路磁通量恒定，无感应电流。故本题只有选项B正确。
【练习5】如图所示，闭合的矩形线圈abcd放在范围足够大的匀强磁场中，下列哪种情况下线圈中能产生感应电流（ ）
A．线圈向左平移
B．线圈向上平移
C．线圈以ab为轴旋转
D．线圈不动
【答案】C
【解析】
A、B、D项三种情况穿过线圈的磁通量都不变，线圈中不会产生感应电流，只有C项所述线圈以ab为轴旋转，穿过线圈的磁通量发生改变，线圈中会产生感应电流，选项C正确。
【练习6】有一正方形闭合线圈，在足够大的匀强磁场中运动。图中能产生感应电流的是（ ）
【答案】D
【解析】
A中线圈不切割磁感线，所以A中线圈没有感应电流产生，故A错误；B、C、D中线圈均在切割磁感线，即使切割了磁感线，也不能保证就能产生感应电流，比如B和C中的线圈竖直边切割了磁感线，但闭合线圈的磁通量没有发生变化，故B、C中的线圈也没有感应电流产生。故B、C错误，D正确。
【练习7】磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，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>ΔΦ2
B.ΔΦ1＝ΔΦ2
C.ΔΦ1<ΔΦ2
D.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。
【练习8】（多选）如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴。一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，则（ ）
A.当运动到关于OO′对称的位置时穿过回路的磁通量为零
B.当运动到关于OO′对称的位置时穿过回路的磁通量向里
C.在从左边磁场运动到右边磁场的过程中穿过回路的磁通量一直减少
D.在从左边磁场运动到右边磁场的过程中穿过回路的磁通量先减少后增加
【答案】AD
【解析】
正方形闭合回路运动到关于OO′对称的位置时，穿过回路的两个方向相反的磁场面积相等，且磁感应强度大小均为B，故穿过回路的磁通量为零，选项A正确，B错误；正方形闭合回路在从左边磁场运动到右边磁场的过程中，穿过回路的磁通量先减少后增加，选项C错误，D正确。
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电磁感应现象及应用
一、划时代的发现
1.电生磁：丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电流周围存在磁场
2.磁生电：英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，发现了“动磁生电”这一现象
二、产生感应电流的条件
1.实验引入
①
闭合回路中的磁场发生改变
通电线圈可视为磁铁靠近或远离螺线管，电流表有示数；磁铁静止不动，电流表无示数。
②
闭合回路周围的电流发生改变
开关闭合或断开瞬间，电流表有示数；开关闭合稳定后，电流表无示数；开关闭合后，移动滑动变阻器滑片，电流表有示数。
③
导体切割磁感线
导体棒与导轨接触良好，左右移动，电流表有示数。
2.产生感应电流的条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。需要注意的是，该条件是可逆的，若闭合回路中产生感应电流，则电路一定是闭合的，且闭合回路中的磁通量是变化的。
【典例1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与水平方向的夹角为30°，图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中，并绕着它的一条边从水平位置Ⅰ转到竖直位置(图中虚线位置Ⅱ)。则在此过程中磁通量的变化量的大小为（ ）
A.BS
B.BS
C.BS
D.2BS
【典例2】如图为研究电磁感应现象的实验装置。下列哪种情况下电流表指针不会偏转（ ）
A.闭合开关的瞬间
B.闭合开关后，电路中电流稳定时
C.闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时
D.闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时
【练习1】（多选）如图所示，线框ABCD从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法正确的是（ ）
A．进入匀强磁场区域的过程中，ABCD中有感应电流
B．在匀强磁场中加速运动时，ABCD中有感应电流
C．在匀强磁场中匀速运动时，ABCD中没有感应电流
D．离开匀强磁场区域的过程中，ABCD中没有感应电流
【练习2】如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量（ ）
A．是增加的
B．是减少的
C．先增加，后减少
D．先减少，后增加
【练习3】如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是（ ）
A．线圈中通以恒定的电流
B．通电时，使变阻器的滑片P做匀速移动
C．通电时，使变阻器的滑片P做加速移动
D．将开关突然断开的瞬间
【练习4】如选项图所示，A中线圈有一小缺口，B、D中匀强磁场区域足够大，C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方。其中能产生感应电流的是（ ）
【练习5】如图所示，闭合的矩形线圈abcd放在范围足够大的匀强磁场中，下列哪种情况下线圈中能产生感应电流（ ）
A．线圈向左平移
B．线圈向上平移
C．线圈以ab为轴旋转
D．线圈不动
【练习6】有一正方形闭合线圈，在足够大的匀强磁场中运动。图中能产生感应电流的是（ ）
【练习7】磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，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>ΔΦ2
B.ΔΦ1＝ΔΦ2
C.ΔΦ1<ΔΦ2
D.无法确定
【练习8】（多选）如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴。一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，则（ ）
A.当运动到关于OO′对称的位置时穿过回路的磁通量为零
B.当运动到关于OO′对称的位置时穿过回路的磁通量向里
C.在从左边磁场运动到右边磁场的过程中穿过回路的磁通量一直减少
D.在从左边磁场运动到右边磁场的过程中穿过回路的磁通量先减少后增加
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