第一节 磁现象与磁场
学习任务 1．知道磁场和磁感线的概念及安培定则，并能解释相关的自然现象。 2．能用磁感线描述磁场的强弱，会用安培定则判定常见的磁场分布。 3．学会实验探究通电直导线周围的磁场，学会与他人交流合作，能独立完成实验报告，提高科学实验探究能力，培养学生热爱科学的精神。
知识点一 磁现象与磁场
1．电现象和磁现象的相似性
电现象 磁现象
自然界中存在正电荷和负电荷 磁体上存在S极和N极
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引
2．磁场
(1)来源：磁体周围和电流周围都存在磁场，一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。
(2)基本性质：对放入其中的磁体或通电导体有力的作用。
知识点二 磁感线
1．磁感线
(1)定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这一点的磁场方向一致，这样的曲线叫作磁感线。
(2)特点：①磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。
②磁感线上某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向。
(3)方向：在磁体外部从N极到S极，磁体内部从S极到N极，是闭合(选填“闭合”或“开放”)曲线。
(4)物理意义：用来形象描述磁场的假想线，实际上并不存在。
2．安培定则
(1)直线电流的磁场：右手握住通电直导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图甲。
甲 乙 丙
(2)环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向，如图乙。
(3)通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图丙。
磁感线是假想的曲线，实际并不存在，没有磁感线的地方，并不表示就没有磁场。
知识点三 安培分子电流假说
1．分子电流假说：任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体。
2．安培的假设能很好地解释磁化和退磁。
3．磁现象的本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是电荷的运动产生的。
知识点四 地磁场
1．概念：地球由于本身具有磁性而在其周围形成的磁场叫作地磁场。
2．方向：地球磁体的N极位于地理南极附近，地球磁体的S极位于地理北极附近。
思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)磁体上各部分的磁性并不都是相同的。 (√)
(2)安培定则中，弯曲四指所指方向均为磁场的方向。 (×)
(3)在地球赤道上，小磁针的N极指向地磁南极。 (√)
(4)地球的磁场与条形磁体的磁场相似，并且地理位置的南北极即为地球磁场的南北极。 (×)
(5)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质。 (√)
如图是U形磁体的磁感线。
试探究：(1)a点没有磁感线，a点的磁感应强度等于零吗？
(2)磁感线是起始于N极，终止于S极吗？
[提示] (1)磁感应强度不等于零，磁体周围存在磁场，磁感线是形象地描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在，磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。
(2)不是。磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，图中没有画出磁体内部的磁感线。
对磁感线的理解
1．磁感线的特点
(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。
(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱。
(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。
(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。
2．几种典型磁场的磁感线分布
磁体 条形磁铁 蹄形磁铁 同名磁极间 异名磁极间
分布 图
特点 (1)关于条形磁铁对称(2)磁铁内部近似匀强磁场(3)中垂线上各点磁感线方向与磁铁平行 (1)关于磁铁中轴线对称，方向相反(2)中轴线上各点磁感线方向均垂直于中轴线 (1)关于两磁极的连线及连线的中垂线均对称(2)两磁极连线上磁感线的方向沿连线，中点最弱(3)两磁极连线的中垂线上磁场方向沿中垂线 (1)关于两磁极的连线及连线的中垂线均对称(2)中垂线上各点磁感线方向相同(3)在连线上中点的磁场最弱
【典例1】 如图中绘出了磁铁的磁感线及其旁边小磁针静止时所指的方向(小磁针黑色端表示N极)，其中正确的是( )
A B C D
思路点拨：(1)磁感线的切线方向为磁感应强度方向。
(2)小磁针静止时N极指向为磁感应强度方向。
A [小磁针静止时N极所指的方向与磁场方向相同，故选项A正确，D错误；磁体外部磁场方向应从N极指向S极，故选项B、C错误。]
磁感线与电场线的比较
两种线 磁感线 电场线
不同点 闭合曲线 不闭合，起始于正电荷或无限远，终止于无限远或负电荷
相似点 引入目的 为形象描述场而引入的假想曲线，实际并不存在
疏密 表示场的强弱
切线方向 表示场的方向
是否相交 不相交
[跟进训练]
1．如图所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将( )
A．指北
B．指南
C．竖直向上
D．竖直向下
D [地磁场的分布规律与条形磁铁类似，在地理北极附近，地磁场竖直向下，此处小磁针的N极应竖直向下，D正确。]
安培定则的理解与应用
三种常见的电流的磁感线分布特点
项目 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
直线电流
以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形电流
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏，磁场越弱
通电螺线管
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极
【典例2】 如图所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是通电螺线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。
思路点拨：(1)“×”表示B垂直纸面向里，“·”表示B垂直纸面向外。
(2)正确使用安培定则。
[解析] 根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向从下向上，c中电流方向沿逆时针，d中磁感线方向向下，e中螺线管内部磁感线方向向左，f中磁感线方向向右。
[答案] 如图所示
电流磁场的三点说明
(1)应用安培定则判定电流周围磁场的方向时，直线电流判定的是导线之外磁场的方向，环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向。
(2)当小磁针处于磁体产生的磁场中，或环形电流、通电螺线管外部时，可根据同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向。
(3)当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，来判断小磁针的受力方向。
[跟进训练]
2．如图所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向。请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向。
[解析] 如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向。如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向。
[答案] 用安培定则来判断，分别如下列各图所示。
1．如图所示的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，司南能指南北的原因是( )
A．地球周围有电场 B．地球周围有磁场
C．月球周围有磁场 D．太阳周围有磁场
B [地球周围存在磁场，磁场方向外部由地理南极指向地理北极，所以司南能指南北，B正确。]
2．如图所示，一束电子沿z轴正向流动，则在图中y轴上A点的磁场方向是( )
A．＋x方向 B．－x方向
C．＋y方向 D．－y方向
A [由题意可知，电子流沿z轴正向流动，则电流方向沿z轴负向，由安培定则可以判断，电流激发的磁场以z轴为中心(沿z轴负向)沿顺时针方向，通过y轴A点时方向向外，即沿x轴正向。故选A。]
3．如图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是( )
A B C D
D [依据安培定则，判断出电流的磁场方向；再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，判知D正确。]
4．(新情境题，以“尖端放电”为背景，考查直线电流的磁场)情境：云层之间闪电的模拟图如图所示，图中B、A是位于南、北方向带有异号电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外。
问题：试分析B、A的带电情况。
[解析] 在云层间放电时，形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子，并在强电场的作用下做定向移动，形成电流，相当于通电直导线形成的磁场。由题意知，从南往北看，磁场是逆时针的，根据安培定则可以判断电流是从A流向B的，故可知A带正电，B带负电。
[答案] 见解析
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．写出磁感线的特点。
[提示] 切线方向表示该点的磁场方向，疏密表示强弱的闭合曲线。
2．试写出直线电流的磁场。
[提示] 用右手握住通电直导线，让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致，四指弯曲方向就是直线电流周围磁感线的环绕方向。
3．磁现象的电本质是什么？
[提示] 磁铁的磁场，电流的磁场都是由电荷的运动产生的。
指南针与郑和下西洋
磁针能够指向南北，是因为地磁场的存在。指南针的广泛使用，促进了人们对地球磁场的认识。地球的地理两极与地磁两极并不重合(如图)，因此，磁针并非准确地指南或指北，其间有一个交角，这就是地磁偏角。地磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的。不仅如此，由于地球磁极的缓慢移动，地磁偏角也在缓慢变化。在使用指南针确定南北方向时，只有将地磁偏角考虑在内，才能得出准确的结果。地磁偏角的发现，对于科学的发展和指南针在航海中的应用都很重要。
地理两极与地磁两极不重合
我国是最早在航海中使用指南针的国家。郑和下西洋的船队已经装备了罗盘，导航时兼用罗盘和观星，二者互相补充、互相修正。他的航海图叫作“针图”，图中的航线叫作“针路”。明清时期，我国海道针经一类书籍相当丰富。
从1405年到1433年，郑和先后7次下西洋，向南到达爪哇，向西到达波斯湾和红海的麦加，最远到达赤道以南的非洲东海岸。郑和下西洋产生的影响是多方面的。它开拓了我国在南洋群岛、印度洋沿岸国家的海外市场，刺激了我国的商品生产，对当时我国资本主义因素的增长有一定的推动作用。它还开辟了从中国到红海、非洲东海岸的航道，绘制了航海地图，总结了当时的航海技术和航海地理知识，对沟通东西方海路交通做出了重大贡献。郑和的航海图连同船队其他人的著作，介绍了他们经过的国家的山川地貌和风土人情，大大开阔了中国人的地理视野。郑和的航海活动不但是中国海上探险事业的巨大成就，也是世界地理发展史上的光辉记录。
(1)地磁场的N极在哪里？
(2)在赤道上，磁感线的方向如何？
[提示] (1)在地理南极附近。
(2)水平指向北。
课时分层作业(十七) 磁现象与磁场
1．如图所示，在长直导线A通电后，小磁针静止在图示位置，则直导线中的电流方向和P点的磁场方向分别为( )
A．垂直纸面向里，向上
B．垂直纸面向里，向下
C．垂直纸面向外，向上
D．垂直纸面向外，向下
B [由题意可知，小磁针N极指向即为磁场方向，根据安培定则可知，通电导线电流方向垂直纸面向里，那么通电直导线右侧的P点的磁场方向向下，故A、C、D错误，B正确。]
2．(多选)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示。结合上述材料，下列说法不正确的是( )
A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D．距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同
CD [地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近，两极并不重合，A正确；地球内部也存在磁场，仅在赤道正上方时距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱才相同，故B正确，C、D错误。]
3．将A、B两个磁环先后套在光滑的木支架上，并使两个磁环相对的磁极极性相同，此时可以看到上方的磁环A“悬浮”在空中，如图所示。设两个磁环受到的重力相等且都为G，则磁环B对木支架底座的压力F与重力G的大小关系是( )
A．FC．GD [A、B相对的磁极极性相同，相互作用力是斥力。A悬浮在空中，说明A受力平衡，因此，A受到的重力和B对A的斥力大小相等，根据相互作用的两个力大小相等，可知B受到A的斥力大小等于G。这样，B受到重力、A对B向下的斥力和一个向上的力即底座对B向上的支持力F支，B保持静止，所以F支＝2G，故B对底座的压力F也为2G，选项D正确。 (也可将A、B看作整体，得出F支＝2G)]
4．冰箱门软磁条的外部磁感线正面图如图所示，以下说法正确的是( )
A．磁感线越密的地方磁场越弱
B．软磁条a位置应为N极
C．磁感线与电场线一样真实存在于空间之中
D．软磁条内部a、b之间的磁感线方向应由a指向b
D [根据磁感线的特点可知，磁感线越密的地方磁场越强，A错误；磁感线在磁体外部从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，由题图可知，软磁条外部磁感线从b指向a，则软磁条a位置为S极，b位置为N极，磁感线是闭合曲线，在软磁条内部磁感线从a指向b，故B错误，D正确；磁感线和电场线是为了描述磁场和电场而假想的曲线，实际是不存在的，C错误。]
5．某同学为了解放双手，使用了如图所示的磁性手机支架，支架上的强磁铁与粘在手机背面的引磁片紧紧吸附在一起，使手机处于倾斜状态而保持静止。下列说法正确的是( )
A．手机一共受到三个力的作用
B．磁性手机支架对手机的合力大于手机的重力
C．调整支架使手机与水平面夹角增大，手机受到的摩擦力减小
D．调整支架使手机与水平面夹角增大，支架对桌面的压力大小不变
D [手机受到重力、支持力、磁铁的吸引力以及摩擦力才能保持静止，故A选项错误；磁性手机支架对手机的合力大小等于手机的重力，故B选项错误；调整支架使手机与水平面夹角增大，手机受到的摩擦力大小等于重力在斜面上的分力，当夹角变大时，摩擦力也会变大，故C选项错误；调整支架使手机与水平面夹角增大时，支架对桌面的压力始终等于支架和手机的重力，故D选项正确。]
6．磁铁的磁性变弱，需要充磁。充磁的方式有两种，图甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中，图乙是将条形磁铁夹在电磁铁之间，a、b和c、d接直流电源，下列接线正确的是(充磁时应使外加磁场与磁铁的磁场方向相同)( )
甲 乙
A．a接电源正极，b接电源负极，c接电源正极，d接电源负极
B．a接电源正极，b接电源负极，c接电源负极，d接电源正极
C．a接电源负极，b接电源正极，c接电源正极，d接电源负极
D．a接电源负极，b接电源正极，c接电源负极，d接电源正极
B [题图甲中，因磁铁在螺线管的内部，应使螺线管内磁感线方向从右向左(左端是N极，右端是S极)，由安培定则可判定，a接电源正极，b接电源负极；题图乙中，同理可知，右端是螺线管N极，左端是S极，由安培定则可判定c接电源负极，d接电源正极，B选项正确。]
7．(多选)如图所示，直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远，其磁场互不影响，当开关S闭合后，小磁针北极N(黑色一端)指示的磁场方向正确的是( )
A．a B．b C．c D．d
BD [为了便于判断所标出小磁针N极的指向是否正确，先根据安培定则画出有关磁场中经过小磁针的磁感线及其方向，如图所示。根据安培定则，对于通电直导线AB磁感线是以导线AB上各点为圆心的同心圆，且都在跟导线垂直的平面上，其方向是逆时针方向，显然磁针a标示错误。通电螺线管C内部的磁感线是由左向右，外部的磁感线是由右向左，故b标示正确，c标示错误。对电磁铁D(与蹄形磁铁相似)，由安培定则可知，电磁铁的左端为N极，右端为S极，可见小磁针d标示正确，因此正确选项为B、D。]
8．一块没有标明南、北极的小磁针，你能想办法判断它的磁极吗？
(1)A同学用一个已知磁性的小磁针，立刻得出了结果。你知道他是怎样得出的吗？
(2)B同学设计了这样一个方案：他将小磁针固定在小塑料盘中，然后放在水中。他得出的结论也是正确的，你能说出他利用了什么原理吗？
[解析] (1)A同学利用磁极与磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
(2)B同学利用了地磁场对小磁针的影响，地理的南极为地磁的北极，地理的北极为地磁的南极。小磁针指地理南极的一端一定是小磁针的S极，指地理北极的一端一定是小磁针的N极。
[答案] 见解析第一节 磁现象与磁场
学习任务 1．知道磁场和磁感线的概念及安培定则，并能解释相关的自然现象。 2．能用磁感线描述磁场的强弱，会用安培定则判定常见的磁场分布。 3．学会实验探究通电直导线周围的磁场，学会与他人交流合作，能独立完成实验报告，提高科学实验探究能力，培养学生热爱科学的精神。
知识点一 磁现象与磁场
1．电现象和磁现象的相似性
电现象 磁现象
自然界中存在__电荷和__电荷 磁体上存在__极和__极
同种电荷相互____，异种电荷相互____ 同名磁极相互____，异名磁极相互____
2．磁场
(1)来源：磁体周围和电流周围都存在____，一切磁相互作用都是通过____来实现的。
(2)基本性质：对放入其中的____或通电导体有力的作用。
知识点二 磁感线
1．磁感线
(1)定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这一点的磁场方向一致，这样的曲线叫作磁感线。
(2)特点：①磁感线的________表示磁场的强弱。
②磁感线上某点的________表示该点磁感应强度的方向。
(3)方向：在磁体外部从__极到__极，磁体内部从S极到N极，是____(选填“闭合”或“开放”)曲线。
(4)物理意义：用来形象描述磁场的假想线，实际上并不存在。
2．安培定则
(1)直线电流的磁场：右手握住通电直导线，让伸直的拇指所指的方向与____方向一致，弯曲的四指所指的方向就是______环绕的方向，如图甲。
甲 乙 丙
(2)环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与________的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上______的方向，如图乙。
(3)通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟____方向一致，拇指所指的方向就是螺线管____磁感线的方向，或拇指指向螺线管的__极，如图丙。
磁感线是假想的曲线，实际并不存在，没有磁感线的地方，并不表示就没有磁场。
知识点三 安培分子电流假说
1．分子电流假说：任何物质的分子中都存在_______________分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体。
2．安培的假设能很好地解释____和____。
3．磁现象的本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是__________产生的。
知识点四 地磁场
1．概念：地球由于本身具有____而在其周围形成的磁场叫作地磁场。
2．方向：地球磁体的N极位于地理________，地球磁体的S极位于地理________。
思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)磁体上各部分的磁性并不都是相同的。 ()
(2)安培定则中，弯曲四指所指方向均为磁场的方向。 ()
(3)在地球赤道上，小磁针的N极指向地磁南极。 ()
(4)地球的磁场与条形磁体的磁场相似，并且地理位置的南北极即为地球磁场的南北极。 ()
(5)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质。 ()
如图是U形磁体的磁感线。
试探究：(1)a点没有磁感线，a点的磁感应强度等于零吗？
(2)磁感线是起始于N极，终止于S极吗？
对磁感线的理解
1．磁感线的特点
(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。
(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱。
(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。
(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。
2．几种典型磁场的磁感线分布
磁体 条形磁铁 蹄形磁铁 同名磁极间 异名磁极间
分布 图
特点 (1)关于条形磁铁对称(2)磁铁内部近似匀强磁场(3)中垂线上各点磁感线方向与磁铁平行 (1)关于磁铁中轴线对称，方向相反(2)中轴线上各点磁感线方向均垂直于中轴线 (1)关于两磁极的连线及连线的中垂线均对称(2)两磁极连线上磁感线的方向沿连线，中点最弱(3)两磁极连线的中垂线上磁场方向沿中垂线 (1)关于两磁极的连线及连线的中垂线均对称(2)中垂线上各点磁感线方向相同(3)在连线上中点的磁场最弱
【典例1】 如图中绘出了磁铁的磁感线及其旁边小磁针静止时所指的方向(小磁针黑色端表示N极)，其中正确的是( )
A B C D
思路点拨：(1)磁感线的切线方向为磁感应强度方向。
(2)小磁针静止时N极指向为磁感应强度方向。
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磁感线与电场线的比较
两种线 磁感线 电场线
不同点 闭合曲线 不闭合，起始于正电荷或无限远，终止于无限远或负电荷
相似点 引入目的 为形象描述场而引入的假想曲线，实际并不存在
疏密 表示场的强弱
切线方向 表示场的方向
是否相交 不相交
[跟进训练]
1．如图所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将( )
A．指北
B．指南
C．竖直向上
D．竖直向下
安培定则的理解与应用
三种常见的电流的磁感线分布特点
项目 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
直线电流
以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形电流
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏，磁场越弱
通电螺线管
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极
【典例2】 如图所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是通电螺线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。
思路点拨：(1)“×”表示B垂直纸面向里，“·”表示B垂直纸面向外。
(2)正确使用安培定则。
[听课记录]___________________________________________________________
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电流磁场的三点说明
(1)应用安培定则判定电流周围磁场的方向时，直线电流判定的是导线之外磁场的方向，环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向。
(2)当小磁针处于磁体产生的磁场中，或环形电流、通电螺线管外部时，可根据同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向。
(3)当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，来判断小磁针的受力方向。
[跟进训练]
2．如图所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向。请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向。
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1．如图所示的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，司南能指南北的原因是( )
A．地球周围有电场 B．地球周围有磁场
C．月球周围有磁场 D．太阳周围有磁场
2．如图所示，一束电子沿z轴正向流动，则在图中y轴上A点的磁场方向是( )
A．＋x方向 B．－x方向
C．＋y方向 D．－y方向
3．如图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是( )
A B C D
4．(新情境题，以“尖端放电”为背景，考查直线电流的磁场)情境：云层之间闪电的模拟图如图所示，图中B、A是位于南、北方向带有异号电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外。
问题：试分析B、A的带电情况。
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回归本节知识，自我完成以下问题：
1．写出磁感线的特点。
2．试写出直线电流的磁场。
3．磁现象的电本质是什么？
指南针与郑和下西洋
磁针能够指向南北，是因为地磁场的存在。指南针的广泛使用，促进了人们对地球磁场的认识。地球的地理两极与地磁两极并不重合(如图)，因此，磁针并非准确地指南或指北，其间有一个交角，这就是地磁偏角。地磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的。不仅如此，由于地球磁极的缓慢移动，地磁偏角也在缓慢变化。在使用指南针确定南北方向时，只有将地磁偏角考虑在内，才能得出准确的结果。地磁偏角的发现，对于科学的发展和指南针在航海中的应用都很重要。
地理两极与地磁两极不重合
我国是最早在航海中使用指南针的国家。郑和下西洋的船队已经装备了罗盘，导航时兼用罗盘和观星，二者互相补充、互相修正。他的航海图叫作“针图”，图中的航线叫作“针路”。明清时期，我国海道针经一类书籍相当丰富。
从1405年到1433年，郑和先后7次下西洋，向南到达爪哇，向西到达波斯湾和红海的麦加，最远到达赤道以南的非洲东海岸。郑和下西洋产生的影响是多方面的。它开拓了我国在南洋群岛、印度洋沿岸国家的海外市场，刺激了我国的商品生产，对当时我国资本主义因素的增长有一定的推动作用。它还开辟了从中国到红海、非洲东海岸的航道，绘制了航海地图，总结了当时的航海技术和航海地理知识，对沟通东西方海路交通做出了重大贡献。郑和的航海图连同船队其他人的著作，介绍了他们经过的国家的山川地貌和风土人情，大大开阔了中国人的地理视野。郑和的航海活动不但是中国海上探险事业的巨大成就，也是世界地理发展史上的光辉记录。
(1)地磁场的N极在哪里？
(2)在赤道上，磁感线的方向如何？
第一节 磁现象与磁场
[必备知识·自主预习储备]
知识点一 1．正 负 S N 排斥 吸引 排斥 吸引
2．(1)磁场 磁场 (2)磁体
知识点二 1．(2)疏密程度 切线方向 (3)N S 闭合
2．(1)电流 磁感线 (2)环形电流 磁感线 (3)电流
内部 N
知识点三 1．环形电流 2．磁化 退磁 3．电荷的运动
知识点四 1．磁性 2．南极附近 北极附近
体验：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√
[关键能力·情境探究达成]
情境探究
提示：(1)磁感应强度不等于零，磁体周围存在磁场，磁感线是形象地描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在，磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。
(2)不是。磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，图中没有画出磁体内部的磁感线。
典例1 A [小磁针静止时N极所指的方向与磁场方向相同，故选项A正确，D错误；磁体外部磁场方向应从N极指向S极，故选项B、C错误。]
跟进训练
1．D [地磁场的分布规律与条形磁铁类似，在地理北极附近，地磁场竖直向下，此处小磁针的N极应竖直向下，D正确。]
典例2 解析：根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向从下向上，c中电流方向沿逆时针，d中磁感线方向向下，e中螺线管内部磁感线方向向左，f中磁感线方向向右。
答案：如图所示
跟进训练
2．解析：如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向。如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向。
答案：用安培定则来判断，分别如下列各图所示。
[学习效果·随堂评估自测]
1．B [地球周围存在磁场，磁场方向外部由地理南极指向地理北极，所以司南能指南北，B正确。]
2．A [由题意可知，电子流沿z轴正向流动，则电流方向沿z轴负向，由安培定则可以判断，电流激发的磁场以z轴为中心(沿z轴负向)沿顺时针方向，通过y轴A点时方向向外，即沿x轴正向。故选A。]
3．D [依据安培定则，判断出电流的磁场方向；再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，判知D正确。]
4．解析：在云层间放电时，形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子，并在强电场的作用下做定向移动，形成电流，相当于通电直导线形成的磁场。由题意知，从南往北看，磁场是逆时针的，根据安培定则可以判断电流是从A流向B的，故可知A带正电，B带负电。
答案：见解析
课堂小结
1．提示：切线方向表示该点的磁场方向，疏密表示强弱的闭合曲线。
2．提示：用右手握住通电直导线，让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致，四指弯曲方向就是直线电流周围磁感线的环绕方向。
3．提示：磁铁的磁场，电流的磁场都是由电荷的运动产生的。
[阅读材料·拓展物理视野]
提示：(1)在地理南极附近。
(2)水平指向北。(共42张PPT)
第六章 电磁现象与电磁波
第一节 磁现象与磁场
学习 任务 1．知道磁场和磁感线的概念及安培定则，并能解释相关的自然现象。
2．能用磁感线描述磁场的强弱，会用安培定则判定常见的磁场分布。
3．学会实验探究通电直导线周围的磁场，学会与他人交流合作，能独立完成实验报告，提高科学实验探究能力，培养学生热爱科学的精神。
必备知识·自主预习储备
01
知识点一 磁现象与磁场
1．电现象和磁现象的相似性
电现象 磁现象
自然界中存在__电荷和__电荷 磁体上存在__极和__极
同种电荷相互____，异种电荷相互____ 同名磁极相互____，异名磁极相互____
正
负
S
N
排斥
吸引
排斥
吸引
2．磁场
(1)来源：磁体周围和电流周围都存在____，一切磁相互作用都是通过____来实现的。
(2)基本性质：对放入其中的____或通电导体有力的作用。
磁场
磁场
磁体
知识点二 磁感线
1．磁感线
(1)定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这一点的磁场方向一致，这样的曲线叫作磁感线。
(2)特点：①磁感线的________表示磁场的强弱。
②磁感线上某点的________表示该点磁感应强度的方向。
疏密程度
切线方向
(3)方向：在磁体外部从__极到__极，磁体内部从S极到N极，是____(选填“闭合”或“开放”)曲线。
(4)物理意义：用来形象描述磁场的假想线，实际上并不存在。
N
S
闭合
2．安培定则
(1)直线电流的磁场：右手握住通电直导线，让伸直的拇指所指的方向与____方向一致，弯曲的四指所指的方向就是______环绕的方向，如图甲。
甲
电流
磁感线
(2)环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与________的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上______的方向，如图乙。
(3)通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟____方向一致，拇指所指的方向就是螺线管____磁感线的方向，或拇指指向螺线管的__极，如图丙。
乙 丙
环形电流
磁感线
电流
内部
N
提醒 磁感线是假想的曲线，实际并不存在，没有磁感线的地方，并不表示就没有磁场。
知识点三 安培分子电流假说
1．分子电流假说：任何物质的分子中都存在________——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体。
2．安培的假设能很好地解释____和____。
3．磁现象的本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是__________产生的。
环形电流
磁化
退磁
电荷的运动
知识点四 地磁场
1．概念：地球由于本身具有____而在其周围形成的磁场叫作地磁场。
2．方向：地球磁体的N极位于地理________，地球磁体的S极位于地理________。
磁性
南极附近
北极附近
体验 思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)磁体上各部分的磁性并不都是相同的。 ( )
(2)安培定则中，弯曲四指所指方向均为磁场的方向。 ( )
(3)在地球赤道上，小磁针的N极指向地磁南极。 ( )
(4)地球的磁场与条形磁体的磁场相似，并且地理位置的南北极即为地球磁场的南北极。 ( )
(5)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质。 ( )
√
×
√
×
√
关键能力·情境探究达成
02
考点1 对磁感线的理解
考点2 安培定则的理解与应用
如图是U形磁体的磁感线。
试探究：(1)a点没有磁感线，a点的磁感应强度等于零吗？
(2)磁感线是起始于N极，终止于S极吗？
[提示] (1)磁感应强度不等于零，磁体周围存在磁场，磁感
线是形象地描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在，磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。
(2)不是。磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，图中没有画出磁体内部的磁感线。
考点1 对磁感线的理解
1．磁感线的特点
(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。
(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱。
(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。
(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。
磁体 条形磁铁 蹄形磁铁 同名磁极间 异名磁极间
分布图
2．几种典型磁场的磁感线分布
磁体 条形磁铁 蹄形磁铁 同名磁极间 异名磁极间
特点 (1)关于条形磁铁对称(2)磁铁内部近似匀强磁场(3)中垂线上各点磁感线方向与磁铁平行 (1)关于磁铁中轴线对称，方向相反(2)中轴线上各点磁感线方向均垂直于中轴线 (1)关于两磁极的连线及连线的中垂线均对称(2)两磁极连线上磁感线的方向沿连线，中点最弱(3)两磁极连线的中垂线上磁场方向沿中垂线 (1)关于两磁极的连线及连线的中垂线均对称(2)中垂线上各点磁感线方向相同(3)在连线上中点的磁场最弱
【典例1】 如图中绘出了磁铁的磁感线及其旁边小磁针静止时所指的方向(小磁针黑色端表示N极)，其中正确的是( )
√
思路点拨：(1)磁感线的切线方向为磁感应强度方向。
(2)小磁针静止时N极指向为磁感应强度方向。
A [小磁针静止时N极所指的方向与磁场方向相同，故选项A正确，D错误；磁体外部磁场方向应从N极指向S极，故选项B、C错误。]
磁感线与电场线的比较
两种线 磁感线 电场线
不同点 闭合曲线 不闭合，起始于正电荷或无限远，终止于无限远或负电荷
相似点 引入目的 为形象描述场而引入的假想曲线，实际并不存在 疏密 表示场的强弱 切线方向 表示场的方向 是否相交 不相交 [跟进训练]
1．如图所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将( )
A．指北 B．指南
C．竖直向上 D．竖直向下
D [地磁场的分布规律与条形磁铁类似，在地理北极附近，地磁场竖直向下，此处小磁针的N极应竖直向下，D正确。]
√
考点2 安培定则的理解与应用
三种常见的电流的磁感线分布特点
【典例2】 如图所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是通电螺线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。
思路点拨：(1)“×”表示B垂直纸面向里，“·”表示B垂直纸面向外。
(2)正确使用安培定则。
[解析] 根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向从下向上，c中电流方向沿逆时针，d中磁感线方向向下，e中螺线管内部磁感线方向向左，f中磁感线方向向右。
[答案] 如图所示
电流磁场的三点说明
(1)应用安培定则判定电流周围磁场的方向时，直线电流判定的是导线之外磁场的方向，环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向。
(2)当小磁针处于磁体产生的磁场中，或环形电流、通电螺线管外部时，可根据同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向。
(3)当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，来判断小磁针的受力方向。
[跟进训练]
2．如图所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向。请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向。
[解析] 如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向。如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向。
[答案] 用安培定则来判断，分别如下列各图所示。
学习效果·随堂评估自测
03
1．如图所示的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，司南能指南北的原因是( )
A．地球周围有电场
B．地球周围有磁场
C．月球周围有磁场
D．太阳周围有磁场
B [地球周围存在磁场，磁场方向外部由地理南极指向地理北极，所以司南能指南北，B正确。]
1
2
3
4
√
2．如图所示，一束电子沿z轴正向流动，则在图中y轴上A点的磁场方向是( )
A．＋x方向 B．－x方向
C．＋y方向 D．－y方向
A [由题意可知，电子流沿z轴正向流动，则电流方向沿z轴负向，由安培定则可以判断，电流激发的磁场以z轴为中心(沿z轴负向)沿顺时针方向，通过y轴A点时方向向外，即沿x轴正向。故选A。]
1
2
3
4
√
3．如图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是( )
1
2
3
4
√
A B C D
D [依据安培定则，判断出电流的磁场方向；再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，判知D正确。]
4．(新情境题，以“尖端放电”为背景，考查直线电流的磁场)情境：云层之间闪电的模拟图如图所示，图中B、A是位于南、北方向带有异号电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外。
问题：试分析B、A的带电情况。
1
2
3
4
[解析] 在云层间放电时，形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子，并在强电场的作用下做定向移动，形成电流，相当于通电直导线形成的磁场。由题意知，从南往北看，磁场是逆时针的，根据安培定则可以判断电流是从A流向B的，故可知A带正电，B带负电。
[答案] 见解析
1
2
3
4
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．写出磁感线的特点。
[提示] 切线方向表示该点的磁场方向，疏密表示强弱的闭合曲线。
2．试写出直线电流的磁场。
[提示] 用右手握住通电直导线，让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致，四指弯曲方向就是直线电流周围磁感线的环绕方向。
3．磁现象的电本质是什么？
[提示] 磁铁的磁场，电流的磁场都是由电荷的运动产生的。
阅读材料·拓展物理视野
04
指南针与郑和下西洋
磁针能够指向南北，是因为地磁场的存在。指南针的广泛使用，促进了人们对地球磁场的认识。地球的地理两极与地磁两极并不重合(如图)，因此，磁针并非准确地指南或指北，其间有一个
交角，这就是地磁偏角。地磁偏角的数值在地球上的
不同地点是不同的。不仅如此，由于地球磁极的缓慢
移动，地磁偏角也在缓慢变化。在使用指南针确定南
北方向时，只有将地磁偏角考虑在内，才能得出准确
的结果。地磁偏角的发现，对于科学的发展和指南针
在航海中的应用都很重要。
地理两极与地
磁两极不重合
我国是最早在航海中使用指南针的国家。郑和下西洋的船队已经装备了罗盘，导航时兼用罗盘和观星，二者互相补充、互相修正。他的航海图叫作“针图”，图中的航线叫作“针路”。明清时期，我国海道针经一类书籍相当丰富。
从1405年到1433年，郑和先后7次下西洋，向南到达爪哇，向西到达波斯湾和红海的麦加，最远到达赤道以南的非洲东海岸。郑和下西洋产生的影响是多方面的。它开拓了我国在南洋群岛、印度洋沿岸国家的海外市场，刺激了我国的商品生产，对当时我国资本主义因素的增长有一定的推动作用。它还开辟了从中国到红海、非洲东海岸的航道，绘制了航海地图，总结了当时的航海技术和航海地理知识，对沟通东西方海路交通做出了重大贡献。郑和的航海图连同船队其他人的著作，介绍了他们经过的国家的山川地貌和风土人情，大大开阔了中国人的地理视野。郑和的航海活动不但是中国海上探险事业的巨大成就，也是世界地理发展史上的光辉记录。
问题 (1)地磁场的N极在哪里？
(2)在赤道上，磁感线的方向如何？
[提示] (1)在地理南极附近。
(2)水平指向北。第二节 磁感应强度
学习任务 1．知道磁感应强度的定义，理解匀强磁场、磁通量并能简单的分析和计算。 2．能用磁感应强度的定义式求其大小，并会分析磁通量的变化。 3．探究磁场对通电导线作用力的特点，理解磁感应强度定义式的条件，体验生活中磁场的强弱，培养物理应用于生活的能力。
知识点一 磁感应强度的方向和大小
1．方向：在磁场中的任意一点，小磁针N极受力的方向，或小磁针静止时N极所指的方向，就是该点磁感应强度的方向，简称磁场的方向。
2．磁感应强度：
(1)定义：在磁场中垂直于磁场方向放置的通电导线，所受的磁场力F与电流I和导线长度l的乘积Il之比叫磁感应强度。
(2)定义式：B＝。
(3)单位：国际单位是特斯拉，简称特，符号是T，1T＝1。
知识点二 匀强磁场
1．特点：匀强磁场中各个点的磁感应强度大小相等、方向相同。
2．匀强磁场的磁感线：用一些间隔相等的平行直线表示。
知识点三 磁通量
1．定义：匀强磁场中磁感应强度B和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积，即Φ＝BS。
2．单位：国际单位是韦伯，简称韦，符号是Wb，1Wb＝1 T·m2。
3．拓展：
(1)磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的投影面积S′与B的乘积表示磁通量。
(2)磁通量有正负，是标量。
4．引申：B＝，表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向单位面积的磁通量。
磁通量是标量，但有正负，正、负号表示磁感线穿过同一个面的方向不同。
思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)虽然公式B＝是根据导线在匀强磁场中受力推导出来的，但却适用于任何磁场。 (√)
(2)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量。 (×)
(3)穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零。 (√)
图甲中异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，图乙中一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导线就会移动；图丙中两条通过同向电流的导线相互吸引，通过反向电流的导线相互排斥，这些相互作用是怎样实现的？
甲 乙 丙
[提示] 磁体的周围和电流的周围都存在着磁场，磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。
对磁感应强度的理解
1．磁感应强度的定义式：B＝
(1)公式成立条件：通电导线必须垂直于磁场方向放置，不垂直则公式不成立。
(2)决定磁感应强度的因素：仅由磁场本身决定，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小无关。
(3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时l应很短，Il称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。
2．方向：磁感应强度B是一个矢量，某点磁感应强度的方向不是放在该处的通电导线的受力方向。它的方向可以有以下几种表述方式：
(1)小磁针静止时N极所指的方向，或小磁针静止时S极所指的反方向。
(2)小磁针N极受力的方向(不论小磁针是否静止)，或S极受力的反方向。
(3)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。
3．大小：磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的，与通过导线的电流大小、导线的长短无关。即不放入载流导线，磁场也照样存在，故不能说“B与F成正比”或“B与Il成反比”。
【典例1】 关于磁感应强度，下列说法正确的是( )
A．由B＝可知，B与F成正比，与Il成反比
B．通电导线放在磁场中某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就变为零
C．通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B＝0)
D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定
D [磁感应强度B＝是定义式，而不是决定式；磁感应强度B是由磁场本身的性质决定的，与放不放通电导线无关。故选D。]
[跟进训练]
1．有一小段通电直导线，长为1cm，通过的电流为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度( )
A．B＝2T B．B≤2T
C．B≥2T D．以上情况都有可能
C [磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的。如果通电导线是垂直于磁场方向放置的，此时所受磁场力最大，F＝0.1N，则该点的磁感应强度为B＝T＝2T。如果通电导线不是垂直于磁场方向放置的，则受到的磁场力小于垂直放置时受到的磁场力，通电直导线不垂直磁场放置时受到的磁场力为0.1N时，由定义式可知，磁感应强度B将大于2T，故选项C正确。]
磁通量的理解与计算
1．对磁通量Φ的进一步分析
(1)磁通量是标量，但有正负。当磁感线从某一平面穿入时，若规定磁通量为正值，则穿出此平面时为负值。
(2)磁通量是表示穿过某平面的磁感线条数的多少，在今后的应用中往往根据穿过平面的净磁感线条数的多少定性判断穿过该面的磁通量的大小。
(3)B是匀强磁场的磁感应强度，S为某一平面的面积，α为S与垂直于B的平面的夹角，则当α＝0°时，Φmax＝BS；当α＝90°时，Φ＝0；当0°＜α＜90°时，有Φ＝BScosα。
2．磁通量的变化量ΔΦ
磁通量的变化等于末状态的磁通量减去初状态的磁通量的绝对值。磁通量的变化一般有三种情况(S为平面在垂直磁场方向的投影面积)：
(1)B不变，S变化，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|B·ΔS|。
(2)B变化，S不变，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|ΔB·S|。
(3)当B和S同时变化时，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|，但ΔΦ≠ΔB·ΔS。
【典例2】 如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B0＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1.0cm，现在纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均在O处，A线圈半径为1.0cm，10匝；B线圈半径为2.0cm，1匝；C线圈半径为0.5cm，1匝。问：(取π＝3.14，＝1.732)
(1)在B0减为0.4T的过程中，A和B中磁通量各改变多少？(计算结果保留四位有效数字)
(2)原磁场情况下，在磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量改变多少？(计算结果保留两位有效数字)
思路点拨：(1)磁通量的计算要注意公式Φ＝B·S中各符号的意义。
(2)磁通量变化的计算可用公式ΔΦ＝|Φ2－Φ1|。
[解析] (1)A线圈半径为1.0cm，正好和圆形磁场区域的半径相等，而B线圈半径为2.0cm，大于圆形磁场区域的半径，故穿过A、B线圈的磁感线的条数相等。
设圆形磁场区域的半径为R，对线圈A、B，磁通量的改变量
ΔΦA＝ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10-2)2Wb＝1.256×10-4Wb。
(2)题图中线圈平面与磁场方向垂直，即磁场方向与线圈平面之间夹角为θ1＝90°，当磁场方向转过30°角时，磁场方向与线圈平面之间的夹角为θ2＝60°。
对线圈C：Φ′1＝B0πr2sinθ1，Φ′2＝B0πr2sinθ2，
磁通量的改变量ΔΦ＝|Φ′2－Φ′1|＝B0πr2(sin90°－sin60°)＝0.8×3.14×(5×10-3)2×(1－0.866)Wb≈8.4×10-6Wb。
[答案] (1)均为1.256×10-4Wb (2)8.4×10-6Wb
磁通量Φ＝BS的计算要注意以下两点
(1)S是指闭合回路中的有效面积。如图所示。若闭合回路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1＞S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，则穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积。
(2)磁通量与线圈的匝数无关，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ΔΦ＝|Φ2－Φ1|也不受线圈匝数的影响。所以，直接用公式时，不必考虑线圈匝数n。
[跟进训练]
2．关于磁通量，下列说法正确的是( )
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
C [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错误，C正确。]
3．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
C [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。]
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．通过某平面的磁感线条数为零，则此平面处的磁感应强度一定为零
B．空间某点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
C．凡是磁感应强度大小处处相等的磁场就是匀强磁场
D．磁感应强度为零，则通过放在该处的某平面的磁感线条数一定为零
BD [磁感应强度反映磁场的强弱和方向，它的方向就是该处磁场的方向，故B项正确；磁感应强度为零，放在该处的某平面无磁感线穿过，故D项正确；若某平面无磁感线穿过，可能磁场很强，只是平面平行于磁场放置而导致磁感线穿过该平面的条数为零，所以A项错误；磁感应强度是矢量，既有大小又有方向，只有磁感应强度大小和方向处处相同的磁场才是匀强磁场，C项错误。]
2．在北京地区进行如下实验：一个可以在水平面内自由转动的小磁针，在地磁场作用下保持静止，一根直导线位于小磁针的正北方，竖直放置，且通有竖直向上的电流，已知地磁场的水平分量为B1，长直导线的电流形成的磁场在小磁针处的磁感应强度为B0，则小磁针的N极将( )
A．向西偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
B．向西偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
C．向东偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
D．向东偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
D [北京在北半球，如图所示，B1为地磁场水平分量，指向地磁南极(地理北极附近)，通电导线在O点的磁场方向指向东，未放入通电长直导线时小磁针的N极指向北，放入通电长直导线后小磁针的N极向东偏转，偏转角度θ满足tanθ＝，故D正确。]
3．如图所示，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( )
A．BS B．BS
C．BS D．BS
B [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。]
4．(新情境题，以“电流天平”为背景，考查磁感应强度的计算)如图甲所示是实验室里用来测量磁感应强度的仪器——电流天平，图乙是电流天平的原理，利
用该装置测得的数据记录如方框内所示。请你算出通电螺线管中的磁感应强度B的大小。
甲 乙
CD段导线长度：4×10-2m
天平平衡时钩码重力：4×10-5N
通过导线的电流I：0.5A
[解析] 由题意知，I＝0.5A，G＝4×10-5N，L＝4×10-2m。电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，
即F＝G。
由磁感应强度的定义式B＝得：
B＝T＝2×10-3T。
所以通电螺线管中的磁感应强度大小为2×10-3T。
[答案] 2×10-3T
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．试写出磁感应强度的定义及表达式。
[提示] 把垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比。
B＝。
2．试写出磁通量的定义及计算公式。
[提示] 磁感应强度B与面积S的乘积，称为穿过这个平面的磁通量，公式为Φ＝BS。
3．什么是匀强磁场？
[提示] 磁场中各个点的磁感应强度大小相等、方向相同。
课时分层作业(十八) 磁感应强度
1．(多选)下列有关磁感应强度的说法中，正确的是( )
A．磁感应强度是用来表示磁场强弱及方向的物理量
B．磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
C．小磁针N极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向
D．小磁针N极的指向就是该处磁感应强度的方向
ABC [磁感应强度是用来描述磁场强弱及方向的物理量，A正确；磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场的方向，磁场方向也就是小磁针N极受力的方向，故B、C正确；小磁针静止时N极的指向为该处的磁场方向，D错误。]
2．在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度，具体做法是：在一根南北方向放置的直导线正下方10cm处放一个罗盘。导线没有通电时罗盘的指针(小磁针的N极)指向北方；当给导线通入电流时，发现罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度。现已测出此地的地磁场水平分量为5.0×10-5T，通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置，如图所示。由此测出该通电直导线在其正下方10cm处产生磁场的磁感应强度大小约为( )
A．5.0×10-5T B．1.0×10-4T
C．8.66×10-5T D．7.07×10-5T
C [如图所示为磁场的分布图，则该位置产生的磁感应强度的大小B＝B地tan60°≈8.66×10-5T，C正确。]
3．如图所示表示蹄形磁铁周围的磁感线，磁场中有a、b两点，下列说法正确的是( )
A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＞Bb
B．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＜Bb
C．蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极，终止于蹄形磁铁的S极
D．a处没有磁感线，所以磁感应强度为零
B [磁感线的疏密表示磁场的强弱，由此可判A错误，B正确；磁感线是闭合的曲线，在磁铁外部是从N极到S极，内部是从S极到N极，故C错误；磁感线是为研究问题方便而假想的曲线，实际并不存在，故D错误。]
4．特高压直流输电是国家重点能源工程。如右图所示，两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同的电流I1和I2，I1>I2。a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直，b点位于两根导线间的中点，a、c两点与b点距离相等，d点位于b点正下方。不考虑地磁场的影响，则( )
A．b点处的磁感应强度大小为0
B．d点处的磁感应强度大小为0
C．a点处的磁感应强度方向竖直向下
D．c点处的磁感应强度方向竖直向下
C [由于I1、I2不相等，而两长直导线到b的距离相等，所以两长直导线各自在这点产生的磁场的磁感应强度大小不等，虽方向相反但矢量和不为零，故A错误；由磁场的叠加原理知，d处磁感应强度也不为0，B错误；根据安培定则可知，两电流在a点产生的磁场的磁感应强度的方向均竖直向下，在c点产生的磁场的磁感应强度的方向均竖直向上，C正确，D错误。]
5．我国拥有世界上最大的单口径射电望远镜，被称为“天眼”，如图所示。“天眼”“眼眶”所围圆面积为S，其所在处地磁场的磁感应强度大小为B，与“眼眶”平面平行、垂直方向上的分量分别为B1、B2，则穿过“眼眶”的磁通量大小为( )
A．0 B．BS
C．B1S D．B2S
D [在地磁场中，“眼眶”与磁场B1平行，穿过“眼眶”的磁通量Φ1＝0，“眼眶”与磁场B2垂直，则穿过“眼眶”的磁通量Φ2＝B2S，故A、B、C错误，D正确。]
6．如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线为中心，R为半径的圆周上有a、b、c、d四个点，已知c点的实际磁感应强度为0，则下列说法中正确的是( )
A．直导线中电流方向垂直纸面向里
B．a点的磁感应强度大小为T，方向向右
C．b点的磁感应强度大小为T，方向斜向下，与B成45°角
D．d点的磁感应强度为0
C [因c点的磁感应强度为0，说明通电导线在c点产生的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，即得到通电导线在c点产生的磁感应强度方向水平向左，根据安培定则判断可知，直导线中的电流方向垂直纸面向外，故A错误；通电导线在a处的磁感应强度方向水平向右，则a点磁感应强度大小为2T，方向与B的方向相同，故B错误；通电直导线在b点产生的磁感应强度大小为1T，由安培定则可知，通电导线在b处的磁感应强度方向竖直向下，根据平行四边形定则得知，b点磁感应强度大小为T，方向与B的方向成45°角斜向下，故C正确；通电导线在d处的磁感应强度方向竖直向上，则d点磁感应强度大小为T，方向与B的方向成45°斜向上，不为零，故D错误。]
7．如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线方向竖直向下，线圈平面面积S＝0.4m2，匀强磁场磁感应强度大小B＝0.6T，则：
(1)穿过线圈的磁通量Φ为多少？把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则通过线圈磁通量的变化量为多少？
(2)若θ＝90°，穿过线圈的磁通量为多少？当θ为多大时，穿过线圈的磁通量最大？
[解析] (1)线圈在垂直磁场方向上的投影面积为
S⊥＝Scos60°＝0.4×m2＝0.2m2
穿过线圈的磁通量为Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2Wb＝0.12Wb
线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时通过线圈的磁通量为
Φ2＝－BS＝－0.6×0.4Wb＝－0.24Wb
故磁通量的变化量
ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|－0.24－0.12|Wb＝0.36Wb。
(2)当θ＝90°时，线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥′＝0，据Φ＝BS⊥′知，此时穿过线圈的磁通量为零。当θ＝0°时，线圈平面与磁场垂直，此时S⊥″＝S，穿过线圈的磁通量最大。
[答案] (1)0.12Wb 0.36Wb (2)0 0°
8．长2cm的通电直导线垂直于大小、方向恒定的匀强磁场的方向放置，当通过导线的电流为2A时，它受到的磁场力大小为4×10-3N。
(1)该处的磁感应强度B是多大？
(2)若电流不变，导线长度减小到1cm，则它在磁场中受到的力F和该处的磁感应强度B各是多大？
(3)若导线长度不变，电流增大为5A，则它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B各是多大？
(4)若让导线与磁场方向平行，该处的磁感应强度多大？通电导线受到的磁场力多大？
[解析] (1)根据磁感应强度的定义得B＝T＝0.1T。
(2)匀强磁场中某点的磁感应强度由磁场本身决定，不因导线长度的改变而改变，因此B＝0.1T。导线长度减小到1cm，则它所受磁场力F＝BIL′＝0.1×2×1×10-2N＝2×10-3N。
(3)匀强磁场中某点的磁感应强度也不因电流的改变而改变，因此B＝0.1T。电流增大为5A，则它所受磁场力F＝BI′L＝0.1×5×2×10-2N＝0.01N。
(4)磁感应强度B是磁场本身的性质，与F、I、L无关。若导线与磁场方向平行，磁感应强度不变，即为0.1T，磁场力为零。
[答案] (1)0.1T (2)2×10-3N 0.1T
(3)0.01N 0.1T (4)0.1T 0(共39张PPT)
第六章 电磁现象与电磁波
第二节 磁感应强度
学习 任务 1．知道磁感应强度的定义，理解匀强磁场、磁通量并能简单的分析和计算。
2．能用磁感应强度的定义式求其大小，并会分析磁通量的变化。
3．探究磁场对通电导线作用力的特点，理解磁感应强度定义式的条件，体验生活中磁场的强弱，培养物理应用于生活的能力。
必备知识·自主预习储备
01
知识点一 磁感应强度的方向和大小
1．方向：在磁场中的任意一点，小磁针____受力的方向，或小磁针静止时____所指的方向，就是该点磁感应强度的方向，简称磁场的方向。
2．磁感应强度：
(1)定义：在磁场中____于磁场方向放置的通电导线，所受的磁场力F与电流I和导线长度l的乘积Il之比叫__________。
(2)定义式：B＝__。
(3)单位：国际单位是______，简称特，符号是__，1T＝1。
N极
N极
垂直
磁感应强度
特斯拉
T
知识点二 匀强磁场
1．特点：匀强磁场中各个点的磁感应强度大小____、方向____。
2．匀强磁场的磁感线：用一些间隔____的____直线表示。
知识点三 磁通量
1．定义：匀强磁场中____________和与____________的平面面积S的乘积，即Φ＝BS。
2．单位：国际单位是____，简称韦，符号是Wb，1Wb＝________。
相等
相同
相等
平行
磁感应强度B
磁场方向垂直
韦伯
1T·m2
3．拓展：
(1)磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的____________与B的乘积表示磁通量。
(2)磁通量有____，是____。
4．引申：B＝，表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向________的磁通量。
投影面积S′
正负
标量
单位面积
提醒 磁通量是标量，但有正负，正、负号表示磁感线穿过同一个面的方向不同。
体验 思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)虽然公式B＝是根据导线在匀强磁场中受力推导出来的，但却适用于任何磁场。 ( )
(2)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量。 ( )
(3)穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零。 ( )
√
×
√
关键能力·情境探究达成
02
考点1 对磁感应强度的理解
考点2 磁通量的理解与计算
图甲中异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，图乙中一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导线就会移动；图丙中两条通过同向电流的导线相互吸引，通过反向电流的导线相互排斥，这些相互作用
是怎样实现的？
甲 乙 丙
[提示] 磁体的周围和电流的周围都存在着磁场，磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。
考点1 对磁感应强度的理解
1．磁感应强度的定义式：B＝
(1)公式成立条件：通电导线必须垂直于磁场方向放置，不垂直则公式不成立。
(2)决定磁感应强度的因素：仅由磁场本身决定，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小无关。
(3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时l应很短，Il称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。
2．方向：磁感应强度B是一个矢量，某点磁感应强度的方向不是放在该处的通电导线的受力方向。它的方向可以有以下几种表述方式：
(1)小磁针静止时N极所指的方向，或小磁针静止时S极所指的反方向。
(2)小磁针N极受力的方向(不论小磁针是否静止)，或S极受力的反方向。
(3)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。
3．大小：磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的，与通过导线的电流大小、导线的长短无关。即不放入载流导线，磁场也照样存在，故不能说“B与F成正比”或“B与Il成反比”。
【典例1】 关于磁感应强度，下列说法正确的是( )
A．由B＝可知，B与F成正比，与Il成反比
B．通电导线放在磁场中某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就变为零
C．通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B＝0)
D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定
D [磁感应强度B＝是定义式，而不是决定式；磁感应强度B是由磁场本身的性质决定的，与放不放通电导线无关。故选D。]
√
[跟进训练]
1．有一小段通电直导线，长为1cm，通过的电流为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度( )
A．B＝2T B．B≤2T
C．B≥2T D．以上情况都有可能
√
C [磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的。如果通电导线是垂直于磁场方向放置的，此时所受磁场力最大，F＝0.1N，则该点的磁感应强度为B＝T＝2T。如果通电导线不是垂直于磁场方向放置的，则受到的磁场力小于垂直放置时受到的磁场力，通电直导线不垂直磁场放置时受到的磁场力为0.1N时，由定义式可知，磁感应强度B将大于2T，故选项C正确。]
考点2 磁通量的理解与计算
1．对磁通量Φ的进一步分析
(1)磁通量是标量，但有正负。当磁感线从某一平面穿入时，若规定磁通量为正值，则穿出此平面时为负值。
(2)磁通量是表示穿过某平面的磁感线条数的多少，在今后的应用中往往根据穿过平面的净磁感线条数的多少定性判断穿过该面的磁通量的大小。
(3)B是匀强磁场的磁感应强度，S为某一平面的面积，α为S与垂直于B的平面的夹角，则当α＝0°时，Φmax＝BS；当α＝90°时，Φ＝0；当0°＜α＜90°时，有Φ＝BScosα。
2．磁通量的变化量ΔΦ
磁通量的变化等于末状态的磁通量减去初状态的磁通量的绝对值。磁通量的变化一般有三种情况(S为平面在垂直磁场方向的投影面积)：
(1)B不变，S变化，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|B·ΔS|。
(2)B变化，S不变，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|ΔB·S|。
(3)当B和S同时变化时，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|，但ΔΦ≠ΔB·ΔS。
【典例2】 如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B0＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1.0cm，现在纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均在O处，A线圈半径为1.0cm，10匝；B线圈半径为2.0cm，1匝；C线圈半径为0.5cm，1匝。问：(取π＝3.14，＝1.732)
(1)在B0减为0.4T的过程中，A和B中磁通量各改变多少？(计算结果保留四位有效数字)
(2)原磁场情况下，在磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量改变多少？(计算结果保留两位有效数字)
思路点拨：(1)磁通量的计算要注意公式Φ＝B·S中各符号的意义。
(2)磁通量变化的计算可用公式ΔΦ＝|Φ2－Φ1|。
[解析] (1)A线圈半径为1.0cm，正好和圆形磁场区域的半径相等，而B线圈半径为2.0cm，大于圆形磁场区域的半径，故穿过A、B线圈的磁感线的条数相等。
设圆形磁场区域的半径为R，对线圈A、B，磁通量的改变量
ΔΦA＝ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10-2)2Wb＝1.256×10-4Wb。
(2)题图中线圈平面与磁场方向垂直，即磁场方向与线圈平面之间夹角为θ1＝90°，当磁场方向转过30°角时，磁场方向与线圈平面之间的夹角为θ2＝60°。
对线圈C：Φ′1＝B0πr2sinθ1，Φ′2＝B0πr2sinθ2，
磁通量的改变量ΔΦ＝|Φ′2－Φ′1|＝B0πr2(sin90°－sin60°)＝0.8×3.14×(5×10-3)2×(1－0.866)Wb≈8.4×10-6Wb。
[答案] (1)均为1.256×10-4Wb (2)8.4×10-6Wb
磁通量Φ＝BS的计算要注意以下两点
(1)S是指闭合回路中的有效面积。如图所示。若闭合回路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1＞S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，则穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中
包含磁场的那部分有效面积。
(2)磁通量与线圈的匝数无关，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ΔΦ＝|Φ2－Φ1|也不受线圈匝数的影响。所以，直接用公式时，不必考虑线圈匝数n。
[跟进训练]
2．关于磁通量，下列说法正确的是( )
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
√
C [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错误，C正确。]
3．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
√
C [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。]
学习效果·随堂评估自测
03
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．通过某平面的磁感线条数为零，则此平面处的磁感应强度一定为零
B．空间某点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
C．凡是磁感应强度大小处处相等的磁场就是匀强磁场
D．磁感应强度为零，则通过放在该处的某平面的磁感线条数一定为零
1
2
3
4
√
√
BD [磁感应强度反映磁场的强弱和方向，它的方向就是该处磁场的方向，故B项正确；磁感应强度为零，放在该处的某平面无磁感线穿过，故D项正确；若某平面无磁感线穿过，可能磁场很强，只是平面平行于磁场放置而导致磁感线穿过该平面的条数为零，所以A项错误；磁感应强度是矢量，既有大小又有方向，只有磁感应强度大小和方向处处相同的磁场才是匀强磁场，C项错误。]
1
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3
4
2．在北京地区进行如下实验：一个可以在水平面内自由转动的小磁针，在地磁场作用下保持静止，一根直导线位于小磁针的正北方，竖直放置，且通有竖直向上的电流，已知地磁场的水平分量为B1，长直导线的电流形成的磁场在小磁针处的磁感应强度为B0，则小磁针的N极将( )
A．向西偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
B．向西偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
C．向东偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
D．向东偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
1
2
3
4
√
D [北京在北半球，如图所示，B1为地磁场水平分量，指向地磁南极(地理北极附近)，通电导线在O点的磁场方向指向东，未放入通电长直导线时小磁针的N极指向北，放入通电长直导线后小磁针的N极向东偏转，偏转角度θ满足tanθ＝，故D正确。]
1
2
3
4
3．如图所示，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( )
A．BS B．BS
C．BS D．BS
B [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。]
1
2
3
4
√
4．(新情境题，以“电流天平”为背景，考查磁感应强度的计算)如图甲所示是实验室里用来测量磁感应强度的仪器——电流天平，图乙是电流天平的原理，利用该装置测得的数据记录如方框内所示。请你算出通电螺线管中的磁感应强度B的大小。
1
2
3
4
甲 乙
CD段导线长度：4×10-2m
天平平衡时钩码重力：4×10-5N
通过导线的电流I：0.5A
[解析] 由题意知，I＝0.5A，G＝4×10-5N，L＝4×10-2m。电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，
即F＝G。
由磁感应强度的定义式B＝得：
B＝T＝2×10-3T。
所以通电螺线管中的磁感应强度大小为2×10-3T。
[答案] 2×10-3T
1
2
3
4
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．试写出磁感应强度的定义及表达式。
[提示] 把垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比。
B＝。
2．试写出磁通量的定义及计算公式。
[提示] 磁感应强度B与面积S的乘积，称为穿过这个平面的磁通量，公式为Φ＝BS。
3．什么是匀强磁场？
[提示] 磁场中各个点的磁感应强度大小相等、方向相同。第二节 磁感应强度
学习 任务 1．知道磁感应强度的定义，理解匀强磁场、磁通量并能简单的分析和计算。 2．能用磁感应强度的定义式求其大小，并会分析磁通量的变化。 3．探究磁场对通电导线作用力的特点，理解磁感应强度定义式的条件，体验生活中磁场的强弱，培养物理应用于生活的能力。
知识点一 磁感应强度的方向和大小
1．方向：在磁场中的任意一点，小磁针____受力的方向，或小磁针静止时____所指的方向，就是该点磁感应强度的方向，简称磁场的方向。
2．磁感应强度：
(1)定义：在磁场中____于磁场方向放置的通电导线，所受的磁场力F与电流I和导线长度l的乘积Il之比叫__________。
(2)定义式：B＝。
(3)单位：国际单位是______，简称特，符号是__，1T＝1。
知识点二 匀强磁场
1．特点：匀强磁场中各个点的磁感应强度大小____、方向____。
2．匀强磁场的磁感线：用一些间隔____的____直线表示。
知识点三 磁通量
1．定义：匀强磁场中____________和与____________的平面面积S的乘积，即Φ＝BS。
2．单位：国际单位是____，简称韦，符号是Wb，1Wb＝_______________。
3．拓展：
(1)磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的____________与B的乘积表示磁通量。
(2)磁通量有____，是____。
4．引申：B＝，表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向________的磁通量。
磁通量是标量，但有正负，正、负号表示磁感线穿过同一个面的方向不同。
思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)虽然公式B＝是根据导线在匀强磁场中受力推导出来的，但却适用于任何磁场。 ()
(2)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量。 ()
(3)穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零。 ()
图甲中异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，图乙中一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导线就会移动；图丙中两条通过同向电流的导线相互吸引，通过反向电流的导线相互排斥，这些相互作用是怎样实现的？
甲 乙 丙
对磁感应强度的理解
1．磁感应强度的定义式：B＝
(1)公式成立条件：通电导线必须垂直于磁场方向放置，不垂直则公式不成立。
(2)决定磁感应强度的因素：仅由磁场本身决定，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小无关。
(3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时l应很短，Il称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。
2．方向：磁感应强度B是一个矢量，某点磁感应强度的方向不是放在该处的通电导线的受力方向。它的方向可以有以下几种表述方式：
(1)小磁针静止时N极所指的方向，或小磁针静止时S极所指的反方向。
(2)小磁针N极受力的方向(不论小磁针是否静止)，或S极受力的反方向。
(3)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。
3．大小：磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的，与通过导线的电流大小、导线的长短无关。即不放入载流导线，磁场也照样存在，故不能说“B与F成正比”或“B与Il成反比”。
【典例1】 关于磁感应强度，下列说法正确的是( )
A．由B＝可知，B与F成正比，与Il成反比
B．通电导线放在磁场中某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就变为零
C．通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B＝0)
D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定
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[跟进训练]
1．有一小段通电直导线，长为1cm，通过的电流为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度( )
A．B＝2T B．B≤2T
C．B≥2T D．以上情况都有可能
磁通量的理解与计算
1．对磁通量Φ的进一步分析
(1)磁通量是标量，但有正负。当磁感线从某一平面穿入时，若规定磁通量为正值，则穿出此平面时为负值。
(2)磁通量是表示穿过某平面的磁感线条数的多少，在今后的应用中往往根据穿过平面的净磁感线条数的多少定性判断穿过该面的磁通量的大小。
(3)B是匀强磁场的磁感应强度，S为某一平面的面积，α为S与垂直于B的平面的夹角，则当α＝0°时，Φmax＝BS；当α＝90°时，Φ＝0；当0°＜α＜90°时，有Φ＝BScosα。
2．磁通量的变化量ΔΦ
磁通量的变化等于末状态的磁通量减去初状态的磁通量的绝对值。磁通量的变化一般有三种情况(S为平面在垂直磁场方向的投影面积)：
(1)B不变，S变化，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|B·ΔS|。
(2)B变化，S不变，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|ΔB·S|。
(3)当B和S同时变化时，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|，但ΔΦ≠ΔB·ΔS。
【典例2】 如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B0＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1.0cm，现在纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均在O处，A线圈半径为1.0cm，10匝；B线圈半径为2.0cm，1匝；C线圈半径为0.5cm，1匝。问：(取π＝3.14，＝1.732)
(1)在B0减为0.4T的过程中，A和B中磁通量各改变多少？(计算结果保留四位有效数字)
(2)原磁场情况下，在磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量改变多少？(计算结果保留两位有效数字)
思路点拨：(1)磁通量的计算要注意公式Φ＝B·S中各符号的意义。
(2)磁通量变化的计算可用公式ΔΦ＝|Φ2－Φ1|。
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磁通量Φ＝BS的计算要注意以下两点
(1)S是指闭合回路中的有效面积。如图所示。若闭合回路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1＞S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，则穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积。
(2)磁通量与线圈的匝数无关，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ΔΦ＝|Φ2－Φ1|也不受线圈匝数的影响。所以，直接用公式时，不必考虑线圈匝数n。
[跟进训练]
2．关于磁通量，下列说法正确的是( )
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
3．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
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．通过某平面的磁感线条数为零，则此平面处的磁感应强度一定为零
B．空间某点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
C．凡是磁感应强度大小处处相等的磁场就是匀强磁场
D．磁感应强度为零，则通过放在该处的某平面的磁感线条数一定为零
2．在北京地区进行如下实验：一个可以在水平面内自由转动的小磁针，在地磁场作用下保持静止，一根直导线位于小磁针的正北方，竖直放置，且通有竖直向上的电流，已知地磁场的水平分量为B1，长直导线的电流形成的磁场在小磁针处的磁感应强度为B0，则小磁针的N极将( )
A．向西偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
B．向西偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
C．向东偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
D．向东偏转，偏转角度θ满足tanθ＝
3．如图所示，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( )
A．BS B．BS
C．BS D．BS
4．(新情境题，以“电流天平”为背景，考查磁感应强度的计算)如图甲所示是实验室里用来测量磁感应强度的仪器——电流天平，图乙是电流天平的原理，利
用该装置测得的数据记录如方框内所示。请你算出通电螺线管中的磁感应强度B的大小。
甲 乙
CD段导线长度：4×10-2m
天平平衡时钩码重力：4×10-5N
通过导线的电流I：0.5A
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回归本节知识，自我完成以下问题：
1．试写出磁感应强度的定义及表达式。
2．试写出磁通量的定义及计算公式。
3．什么是匀强磁场？
第二节 磁感应强度
[必备知识·自主预习储备]
知识点一 1．N极 N极 2．(1)垂直 磁感应强度 (2)(3)特斯拉 T
知识点二 1．相等 相同 2．相等 平行
知识点三 1．磁感应强度B 磁场方向垂直 2．韦伯 1 T·m23．(1)投影面积S′ (2)正负 标量 4．单位面积
体验：(1)√ (2)× (3)√
[关键能力·情境探究达成]
情境探究
提示：磁体的周围和电流的周围都存在着磁场，磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场发生的。
典例1 D [磁感应强度B＝是定义式，而不是决定式；磁感应强度B是由磁场本身的性质决定的，与放不放通电导线无关。故选D。]
跟进训练
1．C [磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的。如果通电导线是垂直于磁场方向放置的，此时所受磁场力最大，F＝0.1 N，则该点的磁感应强度为B＝＝ T＝2 T。如果通电导线不是垂直于磁场方向放置的，则受到的磁场力小于垂直放置时受到的磁场力，通电直导线不垂直磁场放置时受到的磁场力为0.1 N时，由定义式可知，磁感应强度B将大于2 T，故选项C正确。]
典例2 解析：(1)A线圈半径为1.0 cm，正好和圆形磁场区域的半径相等，而B线圈半径为2.0 cm，大于圆形磁场区域的半径，故穿过A、B线圈的磁感线的条数相等。
设圆形磁场区域的半径为R，对线圈A、B，磁通量的改变量
ΔΦA＝ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10-2)2 Wb＝1.256×10-4 Wb。
(2)题图中线圈平面与磁场方向垂直，即磁场方向与线圈平面之间夹角为θ1＝90°，当磁场方向转过30°角时，磁场方向与线圈平面之间的夹角为θ2＝60°。
对线圈C：Φ′1＝B0πr2sin θ1，Φ′2＝B0πr2sin θ2，
磁通量的改变量ΔΦ＝|Φ′2－Φ′1|＝B0πr2(sin 90°－sin 60°)＝0.8×3.14×(5×10-3)2×(1－0.866) Wb≈8.4×10-6 Wb。
答案：(1)均为1.256×10-4 Wb (2)8.4×10-6 Wb
跟进训练
2．C [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错误，C正确。]
3．C [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。]
[学习效果·随堂评估自测]
1．BD [磁感应强度反映磁场的强弱和方向，它的方向就是该处磁场的方向，故B项正确；磁感应强度为零，放在该处的某平面无磁感线穿过，故D项正确；若某平面无磁感线穿过，可能磁场很强，只是平面平行于磁场放置而导致磁感线穿过该平面的条数为零，所以A项错误；磁感应强度是矢量，既有大小又有方向，只有磁感应强度大小和方向处处相同的磁场才是匀强磁场，C项错误。]
2．D [北京在北半球，如图所示，B1为地磁场水平分量，指向地磁南极(地理北极附近)，通电导线在O点的磁场方向指向东，未放入通电长直导线时小磁针的N极指向北，放入通电长直导线后小磁针的N极向东偏转，偏转角度θ满足tan θ＝，故D正确。]
3．B [根据磁通量的定义可得通过线框的磁通量Φ＝BS sin α，代入解得Φ＝BS，所以B选项正确。]
4．解析：由题意知，I＝0.5 A，G＝4×10-5 N，L＝4×10-2 m。电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，
即F＝G。
由磁感应强度的定义式B＝得：
B＝＝ T＝2×10-3 T。
所以通电螺线管中的磁感应强度大小为2×10-3 T。
答案：2×10-3 T
课堂小结
1．提示：把垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比。
B＝。
2．提示：磁感应强度B与面积S的乘积，称为穿过这个平面的磁通量，公式为Φ＝BS。
3．提示：磁场中各个点的磁感应强度大小相等、方向相同。第三节 电磁感应现象
学习任务 1．知道电磁感应现象及产生感应电流的条件，能解释与电磁感应相关的现象。 2．理解产生感应电流的条件，能处理相关的问题。 3．通过实验探究产生感应电流的条件，学会归纳总结法，体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。
知识点一 电磁感应现象的发现
1．“电生磁”：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。
2．“磁生电”：
(1)1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。产生的电流叫作感应电流。
(2)法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：
①变化的电流；
②变化的磁场；
③运动的恒定电流；
④运动的磁铁；
⑤在磁场中运动的导体。
知识点二 产生感应电流的条件
只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
电磁感应只指“磁生电”，不指“电生磁”。
思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(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)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。 (×)
(3)闭合线圈和磁场发生相对运动时，一定能产生感应电流。 (×)
(4)穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流。 (√)
知识点三 电磁感应的应用
1．汽车防抱死制动系统(ABS)
(1)组成：ABS由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀三个部分组成，其中轮速传感器是利用电磁感应现象来测量车轮的转速。
(2)原理：
①如图所示，铁质齿轮P与车轮同步转动，它的右侧有一个绕着线圈的磁铁，当每个轮齿在接近和离开磁铁时，穿过线圈的磁通量会发生变化，线圈中出现感应电流。
②随着各个轮齿的运动，磁通量的变化会使线圈中产生相应的感应电流。
③电流由电流检测器D检测，并送到电子控制模块以控制电磁阀，为制动器提供合适的制动力，有效避免了汽车后轮侧滑的现象。
2．无线充电技术
(1)概念：无线充电，又称非接触式感应充电，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。
(2)原理：充电器与用电器之间通过电感耦合传送电能。充电器中有发射线圈，给线圈一定频率的交变电流，通过电磁感应，用电器的接收线圈中产生的电流给电池充电。
(3)优点：无线充电具有安全、耐用、方便等优点。
试探究：(1)只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定有感应电流吗？
(2)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗？
[提示] (1)不是，还必须是组成闭合电路。
(2)不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。
科学探究：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，如图所示。
导体棒左右平动、前后、上下平动，观察电流计的指针，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 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 不摆动
向前平动 不摆动 向下平动 不摆动
结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有感应电流产生；前后、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有感应电流产生。
(2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中抽出
如图所示，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。观察电流计的指针，把观察到的现象记录在表2中。
表2
磁铁的运动 表针的摆动方向 磁铁的运动 表针的摆动方向
N极插入线圈 向右 S极插入线圈 向左
N极停在线圈中 不摆动 S极停在线圈中 不摆动
N极从线圈中抽出 向左 S极从线圈中抽出 向右
结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有感应电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有感应电流产生。
(3)模拟法拉第的实验
如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流计连接，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。
表3
操作 现象
开关闭合瞬间 有电流产生
开关断开瞬间 有电流产生
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 有电流产生
结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有感应电流产生。
2．结论
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。
【典例】 线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：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。
A B C D E
[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。
[答案] A、E中无感应电流；B、C、D中有感应电流
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。
[跟进训练]
1．下图中能在回路中产生感应电流的是( )
A B
C D
B [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，B符合题意。]
2．在“探究电磁感应的产生条件”实验中，实物连线后如图甲所示。感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图乙粗线所示。
甲
乙
(1)接通电源，闭合开关，G表指针会有大的偏转，几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的触头迅速滑动时，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)；迅速抽出铁芯时，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)。
(2)断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把恒定电流改为大小、方向都做周期性变化的电流，其他均不变。接通电源，闭合开关，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)。
[解析] (1)滑动变阻器触头滑动时，接入电路的电阻变化，电路中电流变化，穿过外线圈的磁通量变化，根据产生感应电流的条件可判断外线圈内有感应电流，故G表指针偏转。抽出铁芯时，穿过外线圈的磁通量减小，G表指针偏转。
(2)把恒定电流改为大小、方向都做周期性变化的电流后，内线圈中的电流方向不断发生变化，穿过外线圈的磁场方向也不断发生变化，故G表指针不停振动。
[答案] (1)偏转 偏转 (2)不停振动
1．下列现象中属于电磁感应现象的是( )
A．磁场对电流产生力的作用
B．变化的磁场使闭合电路中产生电流
C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化
D．电流周围产生磁场
B [磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；电流周围产生磁场属于电流的磁效应；变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象，故正确答案为B。]
2．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，如图所示，各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A．都会产生感应电流
B．都不会产生感应电流
C．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流
D．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流
C [题图中甲、丙两图中导线ab都在垂直切割磁感线，又因电路闭合，故甲、丙会产生感应电流；乙、丁两图中导体不切割磁感线，故乙、丁不会产生感应电流，故C项正确。]
3．如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计是否有示数？
(1)开关闭合瞬间；
(2)开关闭合稳定后；
(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；
(4)开关断开瞬间。
[解析] (1)开关闭合时线圈Ⅰ中电流从无到有，故电流形成的磁场也从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，故线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计有示数。
(2)开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流形成的磁场不变，此时线圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量稳定不变，故线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计无示数。
(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，电阻变化，线圈Ⅰ中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计有示数。
(4)开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流形成的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计有示数。
[答案] (1)有 (2)无 (3)有 (4)有
4．(新情境题，以“金属薄圆盘”为背景，考查产生感应电流的条件)如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中。
问题：下列情况能不能使圆盘中产生感应电流？
甲 乙
(1)如图甲圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动；
(2)如图乙圆盘以某一水平直径为轴匀速转动。
[解析] (1)当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，无论转到什么位置，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流。
(2)当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动时，穿过圆盘的磁感线条数不断变化，即圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流。
[答案] (1)不能 (2)能
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．什么是电磁感应现象及产生感应电流的条件？
[提示] 因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象。
条件：(1)闭合电路。(2)磁通量发生变化。
2．试写出电磁感应的几个典型应用。
[提示] (1)汽车防抱死制动系统(ABS)。
(2)无线充电。
(3)动圈式话筒。
法拉第与电气化时代
法拉第出生于英国的一个铁匠家庭，曾经在一家书店当过学徒。他利用这个条件，读了很多科学书籍，从中获得了丰富的知识。他喜欢做实验，还积极参加科学报告会。1813年，22岁的法拉第毛遂自荐，成了著名化学家戴维的助理实验员。
法拉第生活的时代，正值第一次产业革命完成。蒸汽机的普遍应用催生了资本主义大工业，人类进入了工业文明时期，而电力应用的前景已初见端倪。这是一个需要巨人并产生巨人的时代，法拉第生逢其时。当时的英国走在科学技术和工业发展的前列。法拉第看到，伏打电池昂贵、产生的电流小，而自然界中有不少天然磁石。如果可以由磁产生电流，就能获得廉价的电力。他说：“我因为对当时产生电的方法感到不满意，因此急于发现磁与感应电流的关系，觉得电学在这条路上一定可以充分发展。”
在10年的探索中，法拉第遭遇了多次失败。在他当年的日记中不时出现“未显示作用”“毫无反应”“不行”等词语，记录着艰苦的探索历程。法拉第在晚年曾感叹：“世人何尝知道，在那些流过科学家头脑的思想和理论中，有多少被他们自己严格的批判和无情的质疑消灭了。就是最有成就的科学家，得以实现的建议、猜想、愿望和初步判断，也不到十分之一。”
法拉第发现电磁感应现象，与他坚信各种自然现象是相互关联的，各种自然力是统一的、可以互相转化的思想相关。他还认为电磁相互作用是通过介质来传递的，并把这种介质叫作“场”，他还以惊人的想象力创造性地用“力线”(即现代物理学中的“磁感线”)形象地描述“场”的物理图景。
法拉第鄙视金钱、地位和权势。他谦虚、朴实、安于清贫，谢绝了皇家学会会长、皇家研究院院长、伦敦大学教授等职位和头衔，也不肯接受贵族爵位。
1867年8月25日，法拉第坐在书房的椅子上平静地离开了人世。法拉第把一生献给了科学事业。生活在电气化时代的我们，应该永远缅怀法拉第。
(1)电场线、磁感线是由哪位科学家提出的？
(2)电磁感应现象指什么？
[提示] (1)法拉第。
(2)磁生电。
课时分层作业(十九) 电磁感应现象
1．(多选)在电磁学的发展历程中，奥斯特与法拉第的贡献值得人们纪念，下列有关说法正确的是( )
A．法国物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，并提出了右手螺旋定则和“分子电流”假说
B．电流磁效应的发现，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生，掀起了一场研究电与磁关系的浪潮
C．法拉第虽然发现了电磁感应现象，但发现过程并不是一帆风顺的，也曾受思维定势的影响
D．电磁感应的发现，开辟了人类的电气化时代，促进了人类文明的发展
CD [丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，安培提出了右手螺旋定则和“分子电流”假说，选项A错误；电流磁效应的发现掀起了一场研究电与磁关系的浪潮，电磁感应现象的发现，宣告了电磁学的诞生，故选项B错误，C、D正确。]
2．有一种可测跑步速度的跑步机，其原理如图所示，跑步机底面固定有金属电极，电极间充满磁场，绝缘橡胶带上均匀嵌着平行金属条。跑步时，绝缘橡胶带随着脚一起运动，通过测量电阻R两端的电压，就可知道跑步速度，下列选项中与该跑步机原理相同的实验情境是( )
A B
C D
B [该跑步机工作时相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线，从而产生了感应电流；选项B是金属棒切割磁感线产生感应电流，选项C是通电导线在磁场中受力运动，选项A、D是电流的磁效应，故选项B正确。]
3．如图所示，条形磁铁以速度v远离螺线管，螺线管中的感应电流的情况是( )
A．穿过螺线管中的磁通量增加，产生感应电流
B．穿过螺线管中的磁通量减少，产生感应电流
C．穿过螺线管中的磁通量增加，不产生感应电流
D．穿过螺线管中的磁通量减少，不产生感应电流
B [条形磁铁从左向右远离螺线管的过程中，穿过线圈的原磁场方向向下，且磁通量在减小，所以能产生感应电流，故选B。]
4．如图所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P，现用力从四周拉弹簧线圈，使线圈包围的面积变大，则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法中，正确的是( )
A．磁通量增大，有感应电流产生
B．磁通量增大，无感应电流产生
C．磁通量减小，有感应电流产生
D．磁通量减小，无感应电流产生
C [由题意得，条形磁铁磁感线的分布如图所示(从上向下看)。磁通量是指穿过一个面的磁感线的多少，由于垂直纸面向外的和垂直纸面向里的磁感线要抵消一部分，当弹簧线圈P的面积扩大时，垂直纸面向里的磁感线条数增加，而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的，故穿过这个面的磁通量将减小，回路中会有感应电流产生，选项C正确。]
5．(多选)如图所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是( )
A．将线框向左拉出磁场
B．以ab边为轴转动
C．以ad边为轴转动(小于60°)
D．以bc边为轴转动(小于60°)
ABC [将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流；当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流；当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流。如果转过的角度超过60°(60°～300°)，bc边在无磁场区转动，那么线框中将不产生感应电流；当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)，A、B、C正确。]
6．如选项图所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是( )
A B
C D
D [因为线圈平面平行于磁感线，在以OO′为轴转动的过程中，线圈平面始终与磁感线平行，穿过线圈的磁通量始终为零，所以无感应电流产生，A选项错误；线圈平面也与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，竖直向上运动过程中，线圈平面始终与磁感线平行，磁通量始终为零，故无感应电流产生，B选项错误；尽管线圈在转动，但B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝BS始终不变，线圈中无感应电流，C选项错误；图示状态Φ＝0，当转过90°时Φ＝BS，所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化，因此转动过程中线圈中产生感应电流，D选项正确。]
7．为探究影响感应电流方向的因素，几位同学做了如下的实验。
(1)小李同学选用如图甲所示中的器材模仿法拉第的实验进行探究
①为了保证实验现象明显，电源选用________，电表选用________(填写器材前的代码)。
A．低压直流电源
B．低压交流电源
C．220V交流电源
D．灵敏电流计
E．0～0.6A量程的电流表
F．0～0.6V量程的电压表
②请在实物图中，用笔画线代替导线将电路补充完整。
③实验过程中，记录的实验现象如表所示，观察四项实验结果，能够得出结论，产生感应电流的条件与________的变化有关。(选填“A”“B”或“C”)
A．磁场 B．电场
C．闭合导体回路包围的面积
开关和变阻器的状态 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间 有
开关断开瞬间 有
开关闭合时，滑动变阻器不动 无
开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片 有
(2)小张同学用导轨、导体棒、电表、导线组成如图乙所示的电路，整个电路处于垂直导轨的磁场中，当导体棒在金属导轨上向右移动时，电表中有电流，得出结论，产生感应电流的条件与________的变化有关？(选填“A”“B”或“C”)
A．磁场 B．电场
C．闭合导体回路包围的面积
依据小李和小张两位同学的实验得出结论：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。
(3)小任同学根据感应电流产生的条件，想利用摇绳发电。如图丙所示，把一条大约10m长电线的两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上，形成闭合导体回路。两个同学迅速摇动这条电线，沿________方向站立时，发电的可能性比较大。(选填“东西”“南北”)。
[解析] (1)①探究感应电流产生的条件是通过开关的闭合与断开，滑动变阻器滑片的滑动等方式改变流过A螺旋管的电流，从而让B线圈产生感应电流，故电源只需要低压直流电源就能满足要求，而不需要选低压交流电源让电流本身发生变化，则电源应选A；感应电流的产生比较微弱，电流方向需要根据指针偏转判断，则电流表选指针在中央的灵敏电流计最合适，故选D。
②A线圈为通电的电路，B线圈为产生感应电流的回路，连接电路图如图所示
③根据四个操作可总结得到，开关的断开与闭合、闭合开关后移动滑动变阻器的滑片都改变了流过A线圈的电流大小，从而使得穿过B线圈的磁场变化，则产生感应电流的条件与磁场的变化有关，故A正确，B、C错误。
(2)导体棒在金属导轨上向右移动切割磁感线，匀强磁场恒定，但引起了回路所围磁场的有效面积的增大，从而使得磁通量变大而产生感应电流，故产生感应电流的条件与闭合导体回路包围的面积的变化有关，故C正确，A、B错误。
(3)用跳绳构成闭合回路切割地磁场的磁感线，能够产生感应电流，因地磁场在地球外部是由南向北，有竖直方向的分量，东西方向摇绳垂直切割磁感线能产生最大的感应电流，则沿东西方向站立时，发电的可能性比较大。
[答案] (1)①A D ②图见解析 ③A (2)C (3)东西(共44张PPT)
第六章 电磁现象与电磁波
第三节 电磁感应现象
学习 任务 1．知道电磁感应现象及产生感应电流的条件，能解释与电磁感应相关的现象。
2．理解产生感应电流的条件，能处理相关的问题。
3．通过实验探究产生感应电流的条件，学会归纳总结法，体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。
必备知识·自主预习储备
01
知识点一 电磁感应现象的发现
1．“电生磁”：1820年，丹麦物理学家______发现了电流的磁效应。
2．“磁生电”：
(1)1831年，英国物理学家______发现了电磁感应现象。产生的电流叫作________。
奥斯特
法拉第
感应电流
(2)法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：
①变化的____；
②变化的____；
③____的恒定电流；
④____的磁铁；
⑤在磁场中运动的____。
电流
磁场
运动
运动
导体
知识点二 产生感应电流的条件
只要穿过____回路的______发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
闭合
磁通量
体验 思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(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)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。 ( )
(3)闭合线圈和磁场发生相对运动时，一定能产生感应电流。 ( )
(4)穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流。 ( )
×
×
×
√
知识点三 电磁感应的应用
1．汽车防抱死制动系统(ABS)
(1)组成：ABS由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀三个部分组成，其中轮速传感器是利用____________来测量车轮的转速。
(2)原理：
①如图所示，铁质齿轮P与车轮同步转动，它的右侧有一个绕着线圈的磁铁，当每个轮齿在接近和离开磁铁时，穿过线圈的______会发生变化，线圈中出现________。
电磁感应现象
磁通量
感应电流
②随着各个轮齿的运动，磁通量的变化会使线圈中产生相应的感应电流。
③电流由电流检测器D检测，并送到电子控制模块以控制______，为制动器提供合适的制动力，有效避免了汽车后轮侧滑的现象。
电磁阀
2．无线充电技术
(1)概念：无线充电，又称________________，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。
(2)原理：充电器与用电器之间通过________传送电能。充电器中有发射线圈，给线圈一定频率的交变电流，通过________，用电器的接收线圈中产生的电流给电池充电。
(3)优点：无线充电具有____、耐用、方便等优点。
非接触式感应充电
电感耦合
电磁感应
安全
关键能力·情境探究达成
02
考点 科学探究：产生感应电流的条件
试探究：(1)只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定有感应电流吗？
(2)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗？
[提示] (1)不是，还必须是组成闭合电路。
(2)不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。
考点 科学探究：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，如图所示。
导体棒左右平动、前后、上下平动，观察电流计的指针，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 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 不摆动
向前平动 不摆动 向下平动 不摆动
结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有感应电流产生；前后、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有感应电流产生。 (2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中抽出
如图所示，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。观察电流计的指针，把观察到的现象记录在表2中。
表2
磁铁的运动 表针的摆动方向 磁铁的运动 表针的摆动方向
N极插入线圈 向右 S极插入线圈 向左
N极停在线圈中 不摆动 S极停在线圈中 不摆动
N极从线圈中抽出 向左 S极从线圈中抽出 向右
结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有感应电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有感应电流产生。 (3)模拟法拉第的实验
如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流计连接，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。
表3
操作 现象
开关闭合瞬间 有电流产生
开关断开瞬间 有电流产生
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 有电流产生
结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有感应电流产生。 2．结论
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。
【典例】 线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：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。
A B C D E
[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。
[答案] A、E中无感应电流；B、C、D中有感应电流
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。
[跟进训练]
1．下图中能在回路中产生感应电流的是( )
A B
C D
√
B [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，B符合题意。]
2．在“探究电磁感应的产生条件”实验中，实物连线后如图甲所示。感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图乙粗线所示。
甲
乙
(1)接通电源，闭合开关，G表指针会有大的偏转，几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的触头迅速滑动时，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)；迅速抽出铁芯时，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)。
[解析] 滑动变阻器触头滑动时，接入电路的电阻变化，电路中电流变化，穿过外线圈的磁通量变化，根据产生感应电流的条件可判断外线圈内有感应电流，故G表指针偏转。抽出铁芯时，穿过外线圈的磁通量减小，G表指针偏转。
偏转
偏转
(2)断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把恒定电流改为大小、方向都做周期性变化的电流，其他均不变。接通电源，闭合开关，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)。
[解析] 把恒定电流改为大小、方向都做周期性变化的电流后，内线圈中的电流方向不断发生变化，穿过外线圈的磁场方向也不断发生变化，故G表指针不停振动。
不停振动
学习效果·随堂评估自测
03
1．下列现象中属于电磁感应现象的是( )
A．磁场对电流产生力的作用
B．变化的磁场使闭合电路中产生电流
C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化
D．电流周围产生磁场
B [磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；电流周围产生磁场属于电流的磁效应；变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象，故正确答案为B。]
1
2
3
4
√
2．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，如图所示，各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是( )
1
2
3
4
甲 乙
丙 丁
A．都会产生感应电流
B．都不会产生感应电流
C．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流
D．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流
√
C [题图中甲、丙两图中导线ab都在垂直切割磁感线，又因电路闭合，故甲、丙会产生感应电流；乙、丁两图中导体不切割磁感线，故乙、丁不会产生感应电流，故C项正确。]
1
2
3
4
甲 乙
丙 丁
1
2
3
4
(1)开关闭合瞬间；
[答案] 有
1
2
3
4
(2)开关闭合稳定后；
[答案] 无
1
2
3
4
(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；
[答案] 有
1
2
3
4
(4)开关断开瞬间。
[答案] 有
4．(新情境题，以“金属薄圆盘”为背景，考查产生感应电流的条件)如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中。
1
2
3
4
甲 乙
(1)如图甲圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动；
(2)如图乙圆盘以某一水平直径为轴匀速转动。
[解析] (1)当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，无论转到什么位置，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流。
(2)当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动时，穿过圆盘的磁感线条数不断变化，即圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流。
[答案] (1)不能 (2)能
1
2
3
4
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．什么是电磁感应现象及产生感应电流的条件？
[提示] 因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象。
条件：(1)闭合电路。(2)磁通量发生变化。
2．试写出电磁感应的几个典型应用。
[提示] (1)汽车防抱死制动系统(ABS)。
(2)无线充电。
(3)动圈式话筒。
阅读材料·拓展物理视野
04
法拉第与电气化时代
法拉第出生于英国的一个铁匠家庭，曾经在一家书店当过学徒。他利用这个条件，读了很多科学书籍，从中获得了丰富的知识。他喜欢做实验，还积极参加科学报告会。1813年，22岁的法拉第毛遂自荐，成了著名化学家戴维的助理实验员。
法拉第生活的时代，正值第一次产业革命完成。蒸汽机的普遍应用催生了资本主义大工业，人类进入了工业文明时期，而电力应用的前景已初见端倪。这是一个需要巨人并产生巨人的时代，法拉第生逢其时。当时的英国走在科学技术和工业发展的前列。法拉第看到，伏打电池昂贵、产生的电流小，而自然界中有不少天然磁石。如果可以由磁产生电流，就能获得廉价的电力。他说：“我因为对当时产生电的方法感到不满意，因此急于发现磁与感应电流的关系，觉得电学在这条路上一定可以充分发展。”
在10年的探索中，法拉第遭遇了多次失败。在他当年的日记中不时出现“未显示作用”“毫无反应”“不行”等词语，记录着艰苦的探索历程。法拉第在晚年曾感叹：“世人何尝知道，在那些流过科学家头脑的思想和理论中，有多少被他们自己严格的批判和无情的质疑消灭了。就是最有成就的科学家，得以实现的建议、猜想、愿望和初步判断，也不到十分之一。”
法拉第发现电磁感应现象，与他坚信各种自然现象是相互关联的，各种自然力是统一的、可以互相转化的思想相关。他还认为电磁相互作用是通过介质来传递的，并把这种介质叫作“场”，他还以惊人的想象力创造性地用“力线”(即现代物理学中的“磁感线”)形象地描述“场”的物理图景。
法拉第鄙视金钱、地位和权势。他谦虚、朴实、安于清贫，谢绝了皇家学会会长、皇家研究院院长、伦敦大学教授等职位和头衔，也不肯接受贵族爵位。
1867年8月25日，法拉第坐在书房的椅子上平静地离开了人世。法拉第把一生献给了科学事业。生活在电气化时代的我们，应该永远缅怀法拉第。
问题 (1)电场线、磁感线是由哪位科学家提出的？
(2)电磁感应现象指什么？
[提示] (1)法拉第。
(2)磁生电。第三节 电磁感应现象
学习 任务 1．知道电磁感应现象及产生感应电流的条件，能解释与电磁感应相关的现象。 2．理解产生感应电流的条件，能处理相关的问题。 3．通过实验探究产生感应电流的条件，学会归纳总结法，体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。
知识点一 电磁感应现象的发现
1．“电生磁”：1820年，丹麦物理学家______发现了电流的磁效应。
2．“磁生电”：
(1)1831年，英国物理学家______发现了电磁感应现象。产生的电流叫作________。
(2)法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：
①变化的____；
②变化的____；
③____的恒定电流；
④____的磁铁；
⑤在磁场中运动的____。
知识点二 产生感应电流的条件
只要穿过____回路的______发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
电磁感应只指“磁生电”，不指“电生磁”。
思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(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)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。 ()
(3)闭合线圈和磁场发生相对运动时，一定能产生感应电流。 ()
(4)穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流。 ()
知识点三 电磁感应的应用
1．汽车防抱死制动系统(ABS)
(1)组成：ABS由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀三个部分组成，其中轮速传感器是利用____________来测量车轮的转速。
(2)原理：
①如图所示，铁质齿轮P与车轮同步转动，它的右侧有一个绕着线圈的磁铁，当每个轮齿在接近和离开磁铁时，穿过线圈的______会发生变化，线圈中出现________。
②随着各个轮齿的运动，磁通量的变化会使线圈中产生相应的感应电流。
③电流由电流检测器D检测，并送到电子控制模块以控制______，为制动器提供合适的制动力，有效避免了汽车后轮侧滑的现象。
2．无线充电技术
(1)概念：无线充电，又称________________，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。
(2)原理：充电器与用电器之间通过________传送电能。充电器中有发射线圈，给线圈一定频率的交变电流，通过________，用电器的接收线圈中产生的电流给电池充电。
(3)优点：无线充电具有____、耐用、方便等优点。
试探究：(1)只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定有感应电流吗？
(2)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗？
科学探究：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，如图所示。
导体棒左右平动、前后、上下平动，观察电流计的指针，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 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 不摆动
向前平动 不摆动 向下平动 不摆动
结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有感应电流产生；前后、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有感应电流产生。
(2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中抽出
如图所示，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。观察电流计的指针，把观察到的现象记录在表2中。
表2
磁铁的运动 表针的摆动方向 磁铁的运动 表针的摆动方向
N极插入线圈 向右 S极插入线圈 向左
N极停在线圈中 不摆动 S极停在线圈中 不摆动
N极从线圈中抽出 向左 S极从线圈中抽出 向右
结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有感应电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有感应电流产生。
(3)模拟法拉第的实验
如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流计连接，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。
表3
操作 现象
开关闭合瞬间 有电流产生
开关断开瞬间 有电流产生
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 有电流产生
结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有感应电流产生。
2．结论
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。
【典例】 线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：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。
A B C D E
[听课记录]___________________________________________________________
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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。
[跟进训练]
1．下图中能在回路中产生感应电流的是( )
A B
C D
2．在“探究电磁感应的产生条件”实验中，实物连线后如图甲所示。感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图乙粗线所示。
甲
乙
(1)接通电源，闭合开关，G表指针会有大的偏转，几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的触头迅速滑动时，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)；迅速抽出铁芯时，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)。
(2)断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把恒定电流改为大小、方向都做周期性变化的电流，其他均不变。接通电源，闭合开关，G表指针________(选填“不动”“偏转”或“不停振动”)。
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1．下列现象中属于电磁感应现象的是( )
A．磁场对电流产生力的作用
B．变化的磁场使闭合电路中产生电流
C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化
D．电流周围产生磁场
2．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，如图所示，各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A．都会产生感应电流
B．都不会产生感应电流
C．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流
D．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流
3．如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计是否有示数？
(1)开关闭合瞬间；
(2)开关闭合稳定后；
(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；
(4)开关断开瞬间。
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4．(新情境题，以“金属薄圆盘”为背景，考查产生感应电流的条件)如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中。
问题：下列情况能不能使圆盘中产生感应电流？
甲 乙
(1)如图甲圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动；
(2)如图乙圆盘以某一水平直径为轴匀速转动。
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回归本节知识，自我完成以下问题：
1．什么是电磁感应现象及产生感应电流的条件？
2．试写出电磁感应的几个典型应用。
法拉第与电气化时代
法拉第出生于英国的一个铁匠家庭，曾经在一家书店当过学徒。他利用这个条件，读了很多科学书籍，从中获得了丰富的知识。他喜欢做实验，还积极参加科学报告会。1813年，22岁的法拉第毛遂自荐，成了著名化学家戴维的助理实验员。
法拉第生活的时代，正值第一次产业革命完成。蒸汽机的普遍应用催生了资本主义大工业，人类进入了工业文明时期，而电力应用的前景已初见端倪。这是一个需要巨人并产生巨人的时代，法拉第生逢其时。当时的英国走在科学技术和工业发展的前列。法拉第看到，伏打电池昂贵、产生的电流小，而自然界中有不少天然磁石。如果可以由磁产生电流，就能获得廉价的电力。他说：“我因为对当时产生电的方法感到不满意，因此急于发现磁与感应电流的关系，觉得电学在这条路上一定可以充分发展。”
在10年的探索中，法拉第遭遇了多次失败。在他当年的日记中不时出现“未显示作用”“毫无反应”“不行”等词语，记录着艰苦的探索历程。法拉第在晚年曾感叹：“世人何尝知道，在那些流过科学家头脑的思想和理论中，有多少被他们自己严格的批判和无情的质疑消灭了。就是最有成就的科学家，得以实现的建议、猜想、愿望和初步判断，也不到十分之一。”
法拉第发现电磁感应现象，与他坚信各种自然现象是相互关联的，各种自然力是统一的、可以互相转化的思想相关。他还认为电磁相互作用是通过介质来传递的，并把这种介质叫作“场”，他还以惊人的想象力创造性地用“力线”(即现代物理学中的“磁感线”)形象地描述“场”的物理图景。
法拉第鄙视金钱、地位和权势。他谦虚、朴实、安于清贫，谢绝了皇家学会会长、皇家研究院院长、伦敦大学教授等职位和头衔，也不肯接受贵族爵位。
1867年8月25日，法拉第坐在书房的椅子上平静地离开了人世。法拉第把一生献给了科学事业。生活在电气化时代的我们，应该永远缅怀法拉第。
(1)电场线、磁感线是由哪位科学家提出的？
(2)电磁感应现象指什么？
第三节 电磁感应现象
[必备知识·自主预习储备]
知识点一 1．奥斯特 2．(1)法拉第 感应电流 (2)电流 磁场 运动 运动 导体
知识点二 闭合 磁通量
体验：(1)× (2)× (3)× (4)√
知识点三 1．(1)电磁感应现象 (2)磁通量 感应电流 电磁阀 2．(1)非接触式感应充电 (2)电感耦合 电磁感应
(3)安全
[关键能力·情境探究达成]
情境探究
提示：(1)不是，还必须是组成闭合电路。
(2)不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。
典例 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。
答案：A、E中无感应电流；B、C、D中有感应电流
跟进训练
1．B [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，B符合题意。]
2．解析：(1)滑动变阻器触头滑动时，接入电路的电阻变化，电路中电流变化，穿过外线圈的磁通量变化，根据产生感应电流的条件可判断外线圈内有感应电流，故G表指针偏转。抽出铁芯时，穿过外线圈的磁通量减小，G表指针偏转。
(2)把恒定电流改为大小、方向都做周期性变化的电流后，内线圈中的电流方向不断发生变化，穿过外线圈的磁场方向也不断发生变化，故G表指针不停振动。
答案：(1)偏转 偏转 (2)不停振动
[学习效果·随堂评估自测]
1．B [磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；电流周围产生磁场属于电流的磁效应；变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象，故正确答案为B。]
2．C [题图中甲、丙两图中导线ab都在垂直切割磁感线，又因电路闭合，故甲、丙会产生感应电流；乙、丁两图中导体不切割磁感线，故乙、丁不会产生感应电流，故C项正确。]
3．解析：(1)开关闭合时线圈Ⅰ中电流从无到有，故电流形成的磁场也从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，故线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计有示数。
(2)开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流形成的磁场不变，此时线圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量稳定不变，故线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计无示数。
(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，电阻变化，线圈Ⅰ中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计有示数。
(4)开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流形成的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计有示数。
答案：(1)有 (2)无 (3)有 (4)有
4．解析：(1)当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，无论转到什么位置，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流。
(2)当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动时，穿过圆盘的磁感线条数不断变化，即圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流。
答案：(1)不能 (2)能
课堂小结
1．提示：因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象。
条件：(1)闭合电路。(2)磁通量发生变化。
2．提示：(1)汽车防抱死制动系统(ABS)。
(2)无线充电。
(3)动圈式话筒。
[阅读材料·拓展物理视野]
提示：(1)法拉第。
(2)磁生电。
