(共14张PPT)
1.磁通量
(1)定义:设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直、面积为S的平面(如图所
示),我们把磁感应强度B与面积S的乘积,称为穿过这个平面的磁通量,简称磁通,用Φ表示。
第2节 电磁感应现象及其应用
知识 清单破
知识点 1 磁通量
(2)计算公式:Φ=BS,此公式的适用条件为匀强磁场且磁感线与平面垂直。
(3)单位:国际单位是韦伯,简称韦,符号是Wb,1 Wb=1 T·m2。
2.用磁感线定义磁感应强度:垂直穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度的大小。
3.磁通密度
(1)定义:磁感应强度在数值上等于穿过垂直于磁感线的单位面积的磁通量。人们还把磁感
应强度称为磁通密度。
(2)公式:B= ,其中Sn为垂直于磁场方向的面积。
(3)单位:Wb/m2,1 T=1 Wb/m2=1 N/(A·m)。
1.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,闭合回路中就会产生电流。
2.电磁感应:因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象。
3.感应电流:电磁感应中所产生的电流。
知识点 2 电磁感应现象
1.计算机磁盘与磁记录
(1)信息记录。(2)信息读取
2.无线充电
3.动圈式话筒
知识点 3 电磁感应的应用
1.穿过某一面积的磁通量为零,该处磁感应强度不一定为零。 ( )
2.磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量。 ( )
3.闭合线圈做切割磁感线运动,一定能产生感应电流。 ( )
4.录音机在磁带上录制声音时,利用了电流的磁效应原理。 ( )
5.磁感应强度越大,某平面的面积越大,则穿过该平面的磁通量越大。 ( )
6.穿过某一封闭曲面的磁通量一定为零。 ( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
√
闭合线圈做切割磁感线运动,磁通量不一定变化,不一定产生感应电流。
提示
√
√
讲解分析
1.磁通量的计算
(1)公式:Φ=BS。适用条件:①匀强磁场;②磁感线与平面垂直。
(2)在匀强磁场B中,若磁感线与平面不垂直,公式Φ=BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上
的投影面积。
如果磁场B不与我们研究的对象垂直,例如图中的S,则有
疑难 情境破
疑难1 磁通量的理解与计算
S⊥=S cos θ,则Φ=BS cos θ,式中S·cos θ即面积S在垂直于磁感线方向上的投影,我们称为
“有效面积”。
2.磁通量的正、负
(1)磁通量是标量,但有正、负,当磁感线从某面穿入时,磁通量为正值,当磁感线从此面穿出
时,磁通量为负值。
(2)若同时有方向相反的磁感线穿过同一平面,且正向磁通量为Φ1,反向磁通量为Φ2,则穿过该
平面的磁通量Φ=Φ1-Φ2。
3.磁通量的变化量
(1)当B不变,有效面积S变化时,ΔΦ=B·ΔS。
(2)当B变化,S不变时,ΔΦ=ΔB·S。
(3)B和S同时变化,则ΔΦ=Φ2-Φ1。
情境探究
疑难2 电磁感应现象的理解
问题1 图甲(a)中闭合线圈在磁场中做竖直运动从1→2时,线圈中是否有感应电流 为什么
提示 没有,闭合线圈在磁场中做竖直运动时,磁感应强度不变,线圈面积也不变,因此线圈平
面内磁通量始终保持不变,所以线圈中不能产生感应电流。
问题2 图甲(b)中闭合线圈在磁场中做水平运动从1→2时(线圈不出磁场),线圈中是否有感应
电流 为什么
提示 没有,闭合线圈在磁场中做水平运动时,磁感应强度不变,线圈面积也不变,因此线圈平
面内磁通量始终保持不变,所以线圈中不能产生感应电流。
问题3 图乙在匀强磁场中把弹簧圈拉伸,松手后看指针偏转情况,是否有感应电流产生 为什么
提示 有,当弹簧圈由(a)到(b)的过程中,磁感应强度保持不变,但是弹簧圈的面积逐渐减小,所
以磁通量也逐渐减小,因此能产生感应电流。
问题4 图甲中闭合线圈在磁场中做水平运动(线圈出磁场),线圈中是否有感应电流 为什么
提示 有,线圈平面内磁通量减小,所以线圈中产生感应电流。
问题5 只要线圈的一部分切割磁感线,就能产生感应电流吗
提示 不一定。
讲解分析
理解感应电流产生的条件
判断感应电流有无时必须明确两点 明确电路是否为闭合电路
判断穿过回路的磁通量是否发生变化
穿过闭合电路的磁通量变化情况 B不变、S变。例:闭合电路的一部分导体切割磁感线时
B变、S不变。例:线圈与磁体之间发生相对运动时
B和S都变。注意:此时可由ΔΦ=Φt-Φ0计算并判断磁通量是否变化
B和S大小都不变,但两者之间的夹角变。例:线圈在磁场中转动时
典例 如图所示,矩形导线框abcd处于竖直面内,直导线MN与bc边平行且与线框平面共面【1】,并通以向上的电流I,则以下情况不能使线框中产生感应电流【2】的是 ( )
A.线框以直导线MN为轴转动
B.线框以ad边为轴转动
C.线框沿线框平面向右平移
D.增大直导线中的电流I
A
信息提取 【1】直导线MN与bc边平行且与线框平面共面,说明磁场与线框平面垂直。
【2】只要线框回路中磁通量不变,就不能使线框中产生感应电流。
思路分析 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。磁通量
发生变化,其主要内涵体现在“变化”上,若磁通量很大,但没有变化,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。【3】
解析 通电直导线产生的磁场的磁感线是以直导线上各点为圆心的同心圆,线框以直导线
MN为轴转动时,穿过线框的磁通量不变(由【1】得到),线框中不产生感应电流(由【3】得
到),A项正确;以ad为轴转动时,穿过线框的磁通量变化,线框中产生感应电流(由【3】得到),B
项错误;直导线中电流产生的磁场,离导线越远磁场越弱,所以线框向右平移远离MN时,穿过
线框的磁通量减小,线框中产生感应电流(由【3】得到),C项错误;增大直导线中的电流I时,磁
场增强,穿过线框的磁通量增大,线框中产生感应电流(由【3】得到),D项错误。第5章 初识电磁场与电磁波
第2节 电磁感应现象及其应用
基础过关练
题组一 磁通量
1.磁通量可以形象地理解为“穿过某个面的磁感线的条数”。如图所示磁场中,S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈,穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0。下列判断正确的是 ( )
A.Φ1最大 B.Φ2最大
C.Φ3最大 D.Φ1、Φ2、Φ3相等
2.如图所示,闭合线圈abcd水平放置,其面积为S,匝数为n,线圈与匀强磁场B的夹角为θ=45°。现将线圈以ab边为轴顺时针转动90°,则线圈在初、末位置磁通量的改变量的大小为 ( )
A.0 B.BS C.nBS D.无法计算
题组二 电磁感应现象
3.(多选)如图所示,A、B两回路中各有一开关S1、S2,且回路A中接有电源,回路B中接有灵敏电流计,下列操作及相应的结果可能的是( )
A.先闭合S2,后闭合S1的瞬间,电流计指针偏转
B.S1、S2闭合后,在断开S2的瞬间,电流计指针偏转
C.先闭合S1,后闭合S2的瞬间,电流计指针偏转
D.S1、S2闭合后,在断开S1的瞬间,电流计指针偏转
4.下列各图的线圈中能产生感应电流的是(空间的磁场足够大)( )
题组三 电磁感应现象的应用
5.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌,为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动。如图所示,无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 ( )
A B
C D
能力提升练
题组一 磁通量的理解与计算
1.(多选)如图所示,将一大一小两个不太大的正方形闭合导线框水平固定在同一高度上,两个线框的中心重合。在它们的上方某处有一条形磁铁由静止开始下落,磁铁在下落过程中正好从两个线框的中心穿过而不与线框接触,磁铁最终落在水平地面上。在磁铁穿过线框的过程中,下面说法正确的是 ( )
A.穿过两个线框的磁通量都一直在增大
B.两个线框中都会产生感应电流
C.当条形磁铁的中心正好和线框的中心重合时,大线框中的磁通量大于小线框中的磁通量
D.当条形磁铁的中心正好和线框的中心重合时,大线框中的磁通量小于小线框中的磁通量
2.如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处在磁场中,磁场方向与水平面夹角θ=30°。一金属棒MN与磁场方向垂直,并垂直于CD、EF在框架上向右以速度v=1 m/s做匀速运动。t=0时,磁感应强度B0=2 T,此时金属棒到达的位置恰好使左侧回路构成一个边长为L=1 m的正方形。
(1)求t=0时刻,金属棒与框架所围成回路的磁通量Φ0;
(2)为使金属棒MN中不产生感应电流,从t=0开始,推导出磁感应强度B随时间t变化的关系式。
题组二 产生感应电流的条件
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.将开关突然断开的瞬间
B.通电时,保持变阻器的滑片P位置不变
C.通电时,使变阻器的滑片P做匀速移动
D.通电时,使变阻器的滑片P做加速移动
4.地下电缆方向及深度探测装置示意图如下图,圆形金属线圈可沿水平面不同方向运动,若水平地面Oxy下有一平行于y轴且通有恒定电流I的长直导线,P、M和N为地面上的三点,线圈圆心P点位于导线正上方,MN平行于y轴,PN平行于x轴,P、Q关于导线上下对称。则 ( )
A.电流I在P、Q两点产生磁感应强度相同
B.线圈沿y方向加速运动时将产生感应电流
C.线圈从图中位置运动到N点过程中将产生感应电流
D.线圈从N点沿直线加速运动到M点过程中将产生感应电流
答案与分层梯度式解析
第5章 初识电磁场与电磁波
第2节 电磁感应现象及其应用
基础过关练
1.A 2.B 3.AD 4.B 5.A
1.A 磁通量表示穿过某个面的磁感线条数的多少,从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多,穿过S3的磁感线条数最少,故A正确。
2.B 设在初位置穿过线圈的磁通量为正,则在初位置Φ1=BS sin θ=BS,在末位置Φ2=-BS cos θ=-BS,则初、末位置磁通量的改变量的大小为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=BS,故选B。
3.AD 回路A中有电源,当S1闭合后,回路中有电流,在回路的周围产生磁场,回路B中有磁通量,在S1闭合或断开的瞬间,回路A中的电流从无到有或从有到无,电流周围的磁场发生变化,从而使穿过回路B的磁通量发生变化,产生感应电动势,此时若S2是闭合的,则回路B中有感应电流,电流计指针偏转。所以选项A、D正确。
4.B A中线圈未闭合,不能产生感应电流,故A错误;B中穿过闭合回路的磁通量增大,能产生感应电流,故B正确;C中线圈与磁场平行,穿过线圈的磁通量始终为零,不能产生感应电流,故C错误;D中穿过线圈的磁通量无变化,不能产生感应电流,故D错误。故选B。
归纳总结 穿过闭合回路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况:
(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化;
(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化;
(3)磁感应强度B和线圈面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ2-Φ1计算并判断磁通量是否变化;
(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。
5.A 感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在A图中紫铜薄板上下及左右振动时在磁场中的部分有时多有时少,磁通量均会发生变化,产生感应电流,紫铜薄板受到磁场力,阻碍系统的振动,故A正确;而B、C、D三个方案的衰减效果均没有A的好,故B、C、D错误。
能力提升练
1.BD 2.B 3.C
1.BD 穿过两个线框的磁通量都先增大后减小,故A错;两个线框闭合且有磁通量变化,所以都会产生感应电流,故B正确;在磁体内部,磁感线从S极指向N极,而在磁体外部,磁感线从N极指向S极,当条形磁铁的中心正好和线框中心重合时,线框越大,磁感线抵消部分越多,故大线框中的磁通量小于小线框中的磁通量,故C错误,D正确。
2.答案 (1)1 Wb (2)B=(T)
解析 (1)由磁通量定义可知Φ0=B0S=B0L2 sin θ,解得Φ0=1 Wb。
(2)设经过时间t,磁感应强度为B,这一过程中金属棒运动的距离为x=vt,此时的磁通量为Φ=BL(L+x)· sin θ,为不产生感应电流,则应使磁通量不变,即BL(L+vt) sin θ=B0L2 sin θ,解得B=(T)。
3.B 将开关突然断开的瞬间,线圈产生的磁场从有到无,穿过铜环A的磁通量减小,产生感应电流,故A不符合题意;通电时,使变阻器的滑片P位置不变,电路中电流不变,线圈产生稳定的磁场,穿过铜环A的磁通量不变,没有感应电流产生,故B符合题意;通电时,使变阻器的滑片P匀速或加速滑动时,变阻器接入电路的电阻变化,回路中电流将发生变化,线圈产生的磁场变化,穿过铜环A的磁通量会变化,因此会产生感应电流,故C、D不符合题意。
4.C 根据安培定则,电流I在P处和Q处产生的磁感应强度方向相反,故A错误;线圈沿y方向运动,线圈始终在长直导线的正上方,线圈中磁通量始终为零,故线圈中不会产生感应电流,故B错误;线圈在图中位置的磁通量为零,而线圈在N点的磁通量不为零,故线圈从图中位置运动到N点的过程中磁通量发生变化,将产生感应电流,故C正确;由于MN平行于y轴,电流I也平行于y轴,且M、N到长直导线的距离相等,线圈从N点沿直线加速运动到M点过程中,穿过线圈的磁通量始终不变,则不会产生感应电流,故D错误。故选C。
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