3.3 发电机与电动机3.4 电能与社会
3.5伟大的丰碑——麦克斯韦的电磁场理论
1．(3分)如图3 3 1所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05
s，第二次用0.1
s，设插入方式相同，下面的叙述，正确的是( )
图3 3 1
A．两次线圈中磁通量变化相同
B．两次线圈中磁通量变化不同
C．两次线圈中磁通量变化率相同
D．两次线圈中磁通量变化率不相同
【解析】 两次插入，线圈中磁通量的变化是相同的，但由于插入的时间不同，故磁通量的变化率不同，选项A、D正确．
【答案】 AD
2．(3分)如图3 3 2所示，电流表与螺线管组成闭合电路．以下关于电流表指针偏转情况的陈述中正确的是( )
图3 3 2
A．磁铁快速插入螺线管时比慢速插入螺线管时电流表指针偏转大
B．磁铁快速插入螺线管和慢速插入螺线管，磁通量变化相同，故电流表指针偏转相同
C．磁铁放在螺线管中不动时螺线管中的磁通量最大，所以电流表指针偏转最大
D．将磁铁从螺线管中拉出时，磁通量减小，所以电流表指针偏转一定减小
【解析】 电流表的指针的偏转角度是由螺线管产生的感应电动势的大小决定，而感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，所以A正确．
【答案】 A
3．(4分)(多选)如图3 3 3所示，原线圈M与电源相连接，副线圈N与电流计G相连接，如副线圈中产生的感应电流流过电流计，则这时正在进行的实验过程可能的是( )
图3 3 3
A．滑动变阻器的滑动头没有移动
B．滑动变阻器的滑动头P向B端移动
C．开关S突然断开
D．M中插入磁芯的过程
【解析】 如果滑动头P不动，线圈M中电流不变，则穿过N的磁通量不变，A选项没有可能，B选项可能，C、D两项可使穿过N的磁通量发生变化，产生感应电流．
【答案】 BCD
课标导思
1.了解发电机的发展过程，知道什么是交变电流．(重点)2．了解电能对社会的重要性及能量的转化．3．知道“场”概念，以及概念提出的重大意义．4．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容．(难点)
一、把机械能转化为电能——发电机的发明
1．发电机的发展史
法拉第发明了圆盘发电机．
1832年法国的皮克西发明了用永久磁铁制造的发电机．
1834年英国的克拉克制造了一台带有整流子的手摇永磁发电机．
英国的霍姆斯对永磁发电机的发展起了很大作用．
1867年德国人西门子和英国人瓦利分别发明了自激发电机．
制造第一台能够产生真正连续电流的具有实用尺寸的直流发电机的荣誉应归于比利时的格拉姆．
美国发明家爱迪生改进了西门子发电机，使它得以广泛的应用，开始了以电的应用为标志的世界“第二次产业革命”．
2．交变电流
大小、方向周期性变化的电流叫做交变电流．
二、把电能转化为机械能——电动机的发明
1．电动机的发展史
1834年俄国的雅各比制成第一台实用的电动机．美国发明家特斯拉于1883年制成了一台感应电动机．
1889年俄国的多利沃——多布罗沃利斯基制成了实用的三相感应电动机．
2．感应电动机的原理
三相交变电流能在空间产生旋转磁场，会使放置其中的闭合铝框转动．
三、重要的能源——电能
1．电能可以作为其他各种形式能量的转换中心．
2．电能的应用主要体现在能量的转换与传递、电照明和电通信三个方面．
四、电能与社会
电气化的程度已成为衡量社会物质文明发展水平的重要标志．
五、场和力线的新概念
场的概念是牛顿时代以来物理学概念、基本理论方面最重要的变革．
六、麦克斯韦的发展——一座伟大的丰碑
麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：
1．变化的磁场产生电场．
2．变化的电场产生磁场.
一、发电机的工作原理
1．发电机：把机械能转化成电能的装置，和电动机的原理正好相反．
2．直流电：干电池和蓄电池等电源提供的电流，方向不发生变化，称为直流电．简称DC.
3．交流电：让矩形线圈在磁场中转动产生了大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称AC.
4．交流发电机的工作原理：如图3 3 4所示，线圈平面从垂直于磁感线开始转动，当线圈的一个边向上运动，另一个边向下运动，切割磁感线，线圈中产生了感应电流．电流从线圈的一个边流出，从另一个边流进．当线圈转过半周后，线圈的左右两个边在磁场中发生了变化，原来向上运动的改为向下运动，原来向下运动的改为向上运动，结果使得线圈中的电流方向发生了改变．这就产生了大小和方向都随时间作周期性变化的电流．
图3 3 4
【深化探究】 我们生活中用的电就是由交流发电机产生的，并且电流的频率为50
Hz，那么发电机每秒要转多少圈？
提示：线圈每转动一圈电流周期性变化一次，所以50
Hz的交变电流其发电机每秒转50圈.
二、揭开电动机旋转的奥秘
1．电动机的工作原理
电动机是利用通电线圈在磁场中受到安培力的作用而发生扭转的原理设计的．电动机由定子和转子组成，定子是电动机中固定不动的部分，转子是电动机中转动的部分．
2．直流电动机持续转动的奥秘
电动机中线圈的电流方向要不断改变，从而实现线圈持续转动，如图3 3 5所示．
图3 3 5
【特别提醒】 直流电动机外电路中的电流方向是不变的.但是电动机线圈中的电流方向每半圈改变一次，这是靠一对电刷实现的.
三、麦克斯韦电磁场理论综述
1．变化的磁场产生电场
2．变化的电场产生磁场
【特别提醒】 在变化的磁场中产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的.
一、发电机和电动机的探究
(多选)下列说法正确的是( )
A．旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机从实质上讲都是改变了线圈中的磁通量
B．发电机与电动机都是符合能量的转化与守恒定律的
C．电动机的电源必须是直流电
D．以上说法都不正确
【导析】 发电机与电动机都是物理学的研究成果，在生产、生活中的应用都遵从物理学的规律，在解题时要注意生活、生产中都用了哪些物理规律．
【解析】 根据法拉第电磁感应定律可知只要闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电动势，故A正确；任何机器都遵守能量的转化与守恒定律，故B选项正确；电动机有直流电动机和交流电动机，故C、D错误．故选AB.
【答案】 AB
1．下列说法中正确的是( )
A．雅各比发明第一台实用电动机
B．电动机是将磁场能转化成机械能
C．电动机有直流电动机和交流电动机
D．电动机的发明开启了以电的应用为标志的“第二次工业革命”
【解析】 雅各比发明了第一台实用电动机，A项正确；电动机是将电能转化成机械能，故B项错误；电动机分为直流电动机和交流电动机，故C项正确；第二次工业革命以电的应用为标志，D项正确．
【答案】 ACD
二、电能的应用
第二次工业革命的重要标志是( )
A．发明了电磁波
B．发明了发电机
C．发明了热机
D．发明了互联网
【导析】 第二次工业革命电力得到广泛的应用，推动了生产力的迅猛发展，对物理学技术的进步起到了决定性作用．
【解析】 第二次工业革命以电力的广泛应用为显著特点．推动了电力工业和电器制造业等一系列新兴工业的迅速发展．人类历史从“蒸汽时代”跨入了“电气时代”．故选B.
【答案】 B
2．人类利用新能源历程中，新能源的开发利用对当时社会生活、工业的进程，有何影响？
【解析】 煤的利用是人类开发能源的伟大创举，它支持了以蒸汽机为动力的第一次工业革命，英国凭借煤的利用技术优势，一跃成为世界工业强国．后来，随着石油的普及，石油成为工业的“血液”，大大加快了世界工业的发展．美国则由于对石油利用技术的开发和创新，超过了英国，跃居为世界工业强国之首．又如蒸汽机的发明和改进，第一次改变了人们利用能源的方式，为工业发
展提供了巨大的动力，引发了历史上第一次工业革命，建立起以机器为基础的大工业体系，很多国家很快就完成了工业化的过程，进入到工业文明时代，而工业文明时代最有代表性的装置就是发电机和电动机，是电动机解放了劳动力，使人类完成了跨跃式发展的步伐．
【答案】 见解析
三、麦克斯韦电磁场理论的理解
(多选)下列说法正确的是( )
A．电荷的周围一定有电场，也一定有磁场
B．均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场
C．任何变化的电场在其周围空间一定产生变化的磁场
D．正弦交变的电场在其周围空间一定产生交变的磁场
【解析】 只有变化的电场才能激发磁场，A错误；均匀变化的电场周围存在恒定的磁场，B正确，C错误；周期性变化的电场在其周围产生周期性变化的磁场，D正确．
【答案】 BD
对麦克斯韦电磁场的理解
在理解麦克斯韦的电磁场理论时，要注意静电场不产生磁场，稳定磁场也不产生电场．
3．(多选)下列说法正确的是( )
A．恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场
B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场
C．均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场
D．均匀变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远的电磁场
【解析】 电流周围存在磁场，A对．稳定电场(磁场)不能产生磁场(电场)，B错．均匀变化的电场周围空间产生稳定的磁场，但不能形成电磁波，C对D错．
【答案】 AC
1．下列说法正确的是( )
A．第一台有实用意义的自激发电机是法拉第发明的
B．世界上第一台有实用意义的自激发电机是由法国的皮克西发明的
C．世界上第一台有实用意义的自激发电机是由西门子和瓦利发明的
D．发电机是根据电流的磁效应制成的
【解析】 法拉第发现电磁感应的第二年，受法拉第发现的启示，法国人皮克西应用电磁感应原理制成了最初的发电机．皮克西发明的这种发电机在世界上是首创的，当然也有其不足之处。需要对它进行改进的地方，一是转动磁铁不如转动线圈更为方便灵活；二是通过整流可以得到定向电流，但是电流的强弱还是不断变化的.1867年，德国发明家西门子和英国人瓦利分别发明了自激发电机，即在发电机上不用磁铁(即永久磁铁)，而用电磁铁，这样可以使磁力增强，产生强大的电流．自激发电机称得上是现代实用发电机的雏形，由此可知C正确．
【答案】 C
2．电动机是一种高效率，低污染的动力设备，广泛地应用在日常生活和生产实践中．下列家用电器中应用了电动机的是( )
A．洗衣机
B．电饭锅
C．电热水壶
D．电热毯
【解析】 电动机主要将电能转化为机械能；电饭锅、电热水壶、电热毯都是主要将电能转为内能，所以B，C，D错，A正确．
【答案】 A
3．甲、乙两电路中电流与时间关系如图3 3 6所示，属于交变电流的是
( )
【导学号：22940026】
图3 3 6
A．甲乙都是
B．甲是乙不是
C．乙是甲不是
D．甲乙都不是
【解析】 方向不变化的电流叫做直流电．大小和方向都不变化的电流叫做恒定电流．方向随时间做周期性变化是交变电流的重要特征．甲是方波形交流电，乙是脉动直流电．
【答案】 B
4．(多选)某电路的电场随时间变化的图像如图所示，能产生磁场的电场是
( )
【解析】 题图A中电场不随时间变化，不产生磁场，题图B和题图C中电场都随时间做均匀变化，能产生稳定的磁场．题图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场．
【答案】 BCD
5．英国物理学家法拉第经过10年不懈努力，终于在1831年发现了________现象，发明了发电机，开创了获取电能的先例．我国兴建的长江三峡超大型发电厂，是将水的________能转化为电能．一些城市还建造了垃圾焚烧发电厂，是将垃圾焚烧后获得的________能，最终转化为电能．
【答案】 电磁感应 机械 内
学业达标测评(九)
(建议用时：45分钟)
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．皮克西发明了第一台发电机
B．法拉第发明了第一台发电机
C．发电机是将机械能转化成了电能
D．发电机只能发出交流电
【解析】 皮克西发明了第一台发电机，故A对，B错，从能量转化的角度分析，发电机将机械能转化成了电能，C对，发电机也可以发出直流电，故D错．
【答案】 AC
2．关于电磁场理论，下列说法正确的是( )
A．在静电场的周围空间一定产生磁场
B．任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场
C．均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
D．周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场
【解析】 在静电场的周围空间不能产生磁场，故A错；任何变化的电场周围空间一定产生磁场，但均匀变化的电场周围只能产生稳定的磁场，故B错、C错；周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场，D对．
【答案】 D
3．能源按基本形态分类，可分为一次能源和二次能源，下列能源属于二次能源的是( )
A．天然气
B．风力
C．石油制品
D．太阳能
【解析】 一次能源是指自然界天然存在的，二次能源是指由一次能源进行加工转化而得到的能源产品．天然气、风力、太阳能是自然界天然存在的，属于一次能源，而石油制品是一次能源石油的加工产品，属于二次能源．故应选C.
【答案】 C
4．(多选)以下电场能产生变化的磁场的是( )
A．E＝10
V/m
B．E＝5sin
(4t＋1)
V/m
C．E＝(3t＋2)
V/m
D．E＝(4t2－2t)
V/m
【解析】 根据麦克斯韦的电磁理论，只要是随时间变化的电场均能产生磁场，故B、C、D均正确．
【答案】 BCD
5．(多选)如图3 3 7所示，有一水平放置内壁光滑、绝缘的真空圆形管．有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处在竖直向上的磁场中．要使带电粒子能沿管做圆周运动，所加磁场可能是( )
图3 3 7
A．匀强磁场
B．均匀增加的磁场
C．均匀减小的磁场
D．由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子绕管运动
【解析】 均匀增加或均匀减小的磁场都能产生恒定的电场，会使带电粒子在管中做圆周运动，B、C正确．
【答案】 BC
6．如图3 3 8中乙所示的四种磁场变化情况，能产生图3 3 8中甲电场的是
( )
【导学号：22940027】
图3 3 8
【解析】 A项中是稳定的磁场，不产生电场；B项中是均匀变化的磁场，将产生稳定的电场，符合图甲所示；C、D两项中是周期性变化的磁场，产生同频率周期性变化的电场，故选B.
【答案】 B
7.将图3 3 9所示的带电的平行板电容器C的两个极板用绝缘工具缓缓拉大板间距离的过程中，在电容器周围空间( )
图3 3 9
A．会产生变化的磁场
B．会产生稳定的磁场
C．不产生磁场
D．会产生周期性变化的磁场
【解析】 由于电容器始终跟电源相连，两极板间电压不变，根据E＝可知在d缓慢增大的时候，E是非均匀变化的，因此在周围空间产生变化的磁场，选项A正确．
【答案】 A
8．(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图3 3 10所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是( )
图3 3 10
【解析】 A图中的上图磁场是恒定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图中的磁场是稳定的，所以B正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，C图是正确的；D图中的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，故D正确．
【答案】 BCD
9．如图3 3 11，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时间的变化率＝k，k为负的常量．用电阻率为ρ，横截面积为S的硬导线做成一边长为l的方框．将方框固定于纸面内，其右半部位于磁场区域中．求：导线中感应电流的大小．
图3 3 11
【解析】 本题考查电磁感应现象．线框中产生的感应电动势
E＝ΔΦ/Δt＝＝l2k①
在线框产生的感应电流I＝，②
R＝ρ，③
联立①②③得I＝.
【答案】
为什么灯泡摔破会很响？
普通白炽照明灯泡是依靠电流将灯丝加热到白炽温度(2
500
℃左右)而发光的．温度很高的灯丝在空气中很容易被氧化，所以它必须隔绝空气工作，即将灯泡内抽成真空或充入与灯丝不起化学作用的氮气等惰性气体．
一般灯泡40
W以下的抽成真空.40
W以上的充入氩气、氮气等惰性气体．这样可以防止钨在高温时升华．灯泡内部气体的压强很小，远小于外面的大气压强．当灯泡破裂的时候，灯泡周围的空气就会填充灯泡内部的空间而发生碰撞从而发出很大的响声．这同马德堡半球被拉开时发出很大的响声道理是一样的．3.1 法拉第的探索
3.2 一条来之不易的规律——法拉第电磁感应定律
1．(3分)如图3 1 1所示中磁感应强度B，电流I和安培力F之间的方向关系错误的是( )
图3 1 1
【解析】 由左手定则不难判定ABC均正确，D选项错误，导线所受安培力方向应向左．故答案为D.
【答案】 D
2．(3分)(多选)如图3 1 2所示，一导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，并与金属导轨组成闭合回路．当回路中通有电流时，导体棒受到安培力作用，要使安培力增大，可采用的方法有( )
图3 1 2
A．增大磁感应强度
B．减小磁感应强度
C．增大电流
D．减小电流
【解析】 本题考查安培力的计算，由F＝BIL可知A、C正确．
【答案】 AC
3．(4分)(多选)在真空环境中，原来做匀速直线运动的电子进入到与它运动方向垂直的匀强磁场中，在洛伦兹力的作用下，形成圆弧运动轨迹，下面的说法中正确的是
( )
A．电子所受的洛伦兹力是恒力
B．进入磁场后电子动能不变
C．进入磁场后电子的速度不变
D．电子所受洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直
【解析】 电子所受的洛伦兹力方向总与速度方向垂直，洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，对电子总不做功，故B、D正确，A、C错．
【答案】 BD
课标导思
1.了解电磁感应现象发现的历史过程，体会科学家探索自然规律的科学态度和科学方法．2．通过实验，知道电磁感应现象及其产生的条件．(重点)3．知道法拉第电磁感应定律．会用电磁感应定律计算感应电动势的大小．(难点)
一、法拉第的探索
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，它揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系．
奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激发人们去探索“磁生电”的方法，比较著名的物理学家有：安培、科拉顿等，都没有成功或半途而废．
英国科学家法拉第始终坚信自然界各种不同现象之间有着联系．一直坚持探索电磁感应现象．前后历时数十年的探索，终于悟出了磁生电的基本原理．磁生电是一种瞬间效应，磁作用对电流的感应是一种动态过程．
二、电磁感应定律
1．产生感应电流的几种典型情况：正在变化的电流；正在变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁铁；在磁场中运动的导体．
2．法拉第实验
(1)闭合电路的部分导体做切割磁感运动时，回路中电流表的指针偏转．如图3 1 3所示．
图3 1 3 图3 1 4
(2)磁铁与螺线管有相对运动时也能产生电流：在条形磁铁插入或拨出螺线管的瞬间，电流表的指针偏转．条形磁铁在螺线管中保持不动时，电流表的指针不偏转．如图3 1 4所示．
(3)如图3 1 5，接通或断开开关S，或接通S后移动变阻器的滑片，改变原线圈A中的电流大小，副线圈B中电流表指针发生偏转．
图3 1 5
3．从现象到本质
穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就产生电磁感应现象．电磁感应现象中产生的电流叫感应电流．
4．从定性到定量
法拉第电磁感应定律
(1)内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比．
(2)公式E＝n，n为线圈的匝数，E、ΔΦ、Δt的单位分别为V、Wb、s.
一、对产生感应电流的条件的理解
1．感应电流产生的条件：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化，主要体现在“变化”上，回路中穿过的磁通量大小，是否为零不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多么大，都不会产生感应电流．
【特别提醒】 产生感应电流的条件与磁通量的变化有关，与磁通量的大小无关.
2．产生感应电流的方法
(1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动
如图3 1 6所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生．
图3 1 6
(2)磁铁在线圈中运动
如图3 1 7所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线路中无电流产生．
图3 1 7
(3)改变螺线管AB中的电流
如图3 1 8所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过．
图3 1 8
二、如何区分磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ，磁通量的变化率
物理量
单位
物理意义
磁通量Φ
Wb
表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少
磁通量的变化量ΔΦ
Wb
表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少
磁通量的变化率
Wb/s
表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢
1.Φ是状态量，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时，Φ＝BS.
2．ΔΦ是过程量，是表示闭合回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增减，即ΔΦ＝Φ2 Φ1.常见磁通量变化方式有：B不变，S变；S不变，B变；B和S都变，回路在磁场中相对位置改变(如转动等)．总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会变化．
3.表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率．
【特别提醒】 Φ、ΔΦ、的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、Δv、三者类比.值得指出的是：Φ很大，可能很小；Φ很小，可能很大；Φ＝0，可能不为零 如线圈平面转到与磁感线平行时 .当Φ按正弦规律变化时，Φ最大时，＝0，反之，当Φ为零时，最大.
三、对法拉第电磁感应定律的理解
1．感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率，与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然的联系，与电路的电阻R也无关，而感应电流的大小与E和R有关．
2．公式E＝n适用于回路中磁通量发生变化产生的感应电动势的计算，回路可以闭合，也可以不闭合．感应电动势是整个闭合电路的感应电动势，不是电路中某部分导体的电动势．
3．公式只表示感应电动势的大小，不涉及方向；切割磁感线产生的感应电流的方向用右手定则来判断．
【深化探究】 产生感应电流和产生感应电动势的条件一样吗？
提示：不论电路是否闭合，只要穿过回路的磁通量发生变化，回路中就会产生感应电动势，而产生感应电流，还需要电路是闭合的．
一、对磁通量变化的认识
磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量．如图3 1 9所示，通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量的变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
图3 1 9
A．ΔΦ1>ΔΦ2
B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1<ΔΦ2
D．无法确定
【解析】 设线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在1处比在2处要强，若平移线框，则ΔΦ1＝Φ1－Φ2；若转动线框，磁感线是从线框的正反两面穿过的，一正一负，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2.根据分析知ΔΦ1<ΔΦ2，选项C正确．
【答案】 C
磁通量变化的判断
(1)磁通量不是矢量，而是一个双向标量，其正负表示与规定的正方向相同或相反．
(2)确定磁通量变化时要注意考虑始末位置磁通量的符号．
1.有一根由金属丝绕制成的闭合环套在条形磁铁上，如图3 1 10所示，当闭合环收缩导致它所围的面积减小时：
图3 1 10
(1)穿过它的磁通量是否有变化？如有变化，怎样变？
(2)闭合环中是否存在感应电流，为什么？
【解析】 条形磁铁内部的磁感线方向由S极到N极，外部从N极到S极；条形磁铁外部向下穿过闭合环的磁通量抵消了一部分内部向上穿过的磁通量，当环收缩时被抵消的部分减少，所以穿过闭合环的磁通量增加，由于穿过环的磁通量有变化，所以在环中产生感应电流．
【答案】 (1)变化；增加 (2)有；因为穿过闭合环的磁通量有变化
二、感应电流有无的判断
(多选)如图3 1 11所示，竖直放置的长直导线通过恒定电流，有一矩形框与导线在同一平面内，在下列情况中线圈产生感应电流的是( )
图3 1 11
A．导线中电流变大
B．线框向右平动
C．线框向下平动
D．线框以ab边为轴转动
E．线框以直导线为轴转动
【导析】 根据产生感应电流的条件来判断．
【解析】 分析是否产生感应电流，关键就是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，就是搞清楚磁感线的分布，亦即搞清楚磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化．
对A选项，因I增大而引起导线周围的磁场增强，使穿过线框的磁通量增大，故A正确．
对B选项，因离开直导线方向越远，磁感线分布越疏，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故B正确．
对C选项，由下图甲可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变，故C错．
对D选项，可用一些特殊位置来分析，当线框在图甲图示的位置时，穿过线框的磁通量最大，当线框转过90°时，通过线框的磁通量为零，因此可以判定线框以ab轴转动时磁通量一定变化，故D正确．
对E选项，先画出俯视图如下图乙所示，由图可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变，因此无感应电流，故E错．
【答案】 ABD
分析是否产生感应电流，关键是分析穿过闭合线圈的磁通量是否变化，分析磁通量是否变化，可通过分析穿过线圈的磁感线条数是否变化.
2．(多选)如图3 1 12所示，线圈M和线圈P绕在同一铁芯上，则
( )
【导学号：22940023】
图3 1 12
A．当合上开关S的瞬间，线圈P中没有感应电流
B．当合上开关S的瞬间，线圈P中有感应电流
C．当断开开关S的瞬间，线圈P中没有感应电流
D．当断开开关S的瞬间，线圈P中有感应电流
【解析】 闭合开关S的瞬间，线圈M中有电流通过，电流产生磁场，穿过线圈P的磁通量增大，线圈P中产生感应电流．断开开关S的瞬间，线圈M中电流消失，电流产生的磁场消失，穿过线圈P的磁通量减小，线圈P中产生感应电流．
【答案】 BD
三、法拉第电磁感应定律的应用
一个共有10匝的闭合矩形线圈，总电阻为10
Ω，置于水平面上．若穿过线框的磁通量在0.02
s内，由垂直纸面向里，从6.4×10－2
Wb均匀减小到零，再反向均匀增加到9.6×10－2
Wb.则在此时间内，线圈内导线中的感应电流大小为________A.
【导析】 1.求出磁通量的变化量ΔΦ；
2．用公式E＝n求出感应电动势的大小；
3．用公式I＝求出感应电流的大小．
【解析】 设垂直纸面向外为正方向，在0.02
s内，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝Φ2＋Φ1＝9.6×10－2
Wb＋6.4×10－2
Wb＝0.16
Wb
根据法拉第电磁感应定律：
E＝n＝10×
V＝80
V
根据闭合电路欧姆定律I＝＝
A＝8.0
A.
【答案】 8.0
计算ΔΦ时注意的问题
磁通量的变化ΔΦ≠Φ2－Φ1.在0.02
s内磁场的方向发生了一次反向．设垂直纸面向外为正方向，则ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝Φ2＋Φ1.
3．有一正方形单匝线圈abcd处于匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，在Δt＝0.5
s的时间内，磁通量由Φ1＝3
Wb均匀增加到Φ2＝6
Wb.求：
(1)在Δt内线圈中产生的感应电动势．
(2)要使线圈中产生的感应电动势更大，可采取什么措施？
【解析】 (1)由法拉第电磁感应定律得
E＝n＝＝
V＝6
V.
(2)由法拉第电磁感应定律知，要想增大感应电动势可增加线圈匝数n或增大磁通量的变化率．
【答案】 (1)6
V (2)①增加线圈匝数 ②增大磁通量的变化率
1．下列现象中涉及电磁感应的是( )
【解析】 A，D是磁场对运动电荷的作用，C是磁场对电流的作用，B是利用电磁感应现象．
【答案】 B
2．如图3 1 13所示，将一个矩形线圈放入匀强磁场中，若线圈平面平行于磁感线，则下列运动中，哪些在线圈中会产生感应电流( )
图3 1 13
A．矩形线圈做平行于磁感线的平移运动
B．矩形线圈做垂直于磁感线的平移运动
C．矩形线圈绕AB边转动
D．矩形线圈绕BC边转动
【解析】 A、B、D三个选项中在发生运动状态的变化时，没有引起磁通量的变化，故都没有发生电磁感应现象，所以没有感应电流的产生．C选项中，线圈的磁通量发生了改变，故线圈中产生了感应电流．
【答案】 C
3．若某处的地磁场为匀强磁场，一同学在该处手拿矩形线圈面向南方，如图3 1 14所示，则能够使线圈中产生感应电流的操作是( )
图3 1 14
A．上下移动线圈
B．南北移动线圈
C．东西移动线圈
D．将线圈转到水平
【解析】 根据感应电流的产生条件，只要让通过线圈中的磁通量发生变化，回路中就能产生感应电流．根据该处地磁场分布，无论线圈是上下、南北、还是东西移动，通过线圈的磁通量均不变，不能产生感应电流．而D项操作，线圈中的磁通量发生变化，能产生感应电流．
【答案】 D
4．一个20匝、面积为200
cm2的圆形线圈放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若该磁场的磁感应强度在0.05
s内由0.1
T增加到0.5
T，在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量为________，磁通量的平均变化率为________，线圈中感应电动势的大小为________．
【解析】 磁通量变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S－B1S
＝0.5×0.02
Wb－0.1×0.02
Wb＝0.008
Wb，
＝
Wb/s＝0.16
Wb/s，
E＝n＝20×0.16
V＝3.2
V.
【答案】 0.008
Wb 0.16
Wb/s 3.2
V
学业达标测评(八)
(建议用时：45分钟)
1．关于电磁感应现象，下列说法正确的是( )
A．只要电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，此电路中就必然有感应电流
B．只要闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，此电路中就必然有感应电流
C．只要闭合电路中的磁通量发生变化，此电路中就必然有感应电流
D．只要闭合线圈在磁场中转动，此线圈中就一定有感应电流
【解析】 产生感应电流必须同时满足电路闭合和磁通量变化这两个条件．选项A不明确电路是否闭合，选项B不明确导体是否切割磁感线运动(磁通量是否变化)，故选项A、B错误．选项D线圈在磁场中转动时，如果转轴平行于匀强磁场的磁感线，则磁通量不变，故选项D错误．
【答案】 C
2．(多选)在图3 1 15的各种情况中，穿过回路的磁通量增大的有( )
图3 1 15
A．图3 1 15(1)所示，在匀强磁场中，先把由弹簧状导线组成回路撑开，而后放手，到恢复原状的过程中
B．图3 1 15(2)所示，裸铜线ab在裸金属导轨上向右匀速运动过程中
C．图3 1 15(3)所示，条形磁铁插入线圈的过程中
D．图3 1 15(4)所示，闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中
【解析】 四种情况下，穿过闭合回路的磁通量均发生变化，故都有感应电流产生．但(1)中电路的面积减小，磁通量减小；(2)中的ab向右移动时在磁场的闭合电路的面积增大，磁通量增大；(3)中磁铁向下运动时通过线圈的磁场变强，磁通量也增大；(4)中直线电流近处的磁场强，远处的磁场弱．所以线圈远离通电直导线时，磁通量减小．所以B、C正确．
【答案】 BC
3.(多选)如图3 1 16所示，线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法中正确的是( )
图3 1 16
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
【解析】 在有界的匀强磁场中，常常需要考虑线框进场、出场和在场中运动的情况，abcd在匀强磁场中无论匀速运动还是加速运动，穿过abcd的磁通量都没有发生变化．
【答案】 AC
4.(多选)如图3 1 17所示的装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是( )
图3 1 17
A．开关S接通的瞬间
B．开关S接通后，电路中电流稳定时
C．开关S接通后，滑动变阻器滑片滑动的瞬间
D．开关S断开的瞬间
【解析】 开关S接通的瞬间、开关S接通后滑动变阻器滑片滑动的瞬间、开关S断开的瞬间都使螺线管线圈中的电流变化而引起磁场变化，线圈A中的磁通量发生变化而产生感应电流．
【答案】 ACD
5．如图3 1 18所示，在磁感应强度为0.2
T的匀强磁场中，长为0.5
m的导体棒AB在金属框架上以10
m/s的速度向右滑动．R1＝R2＝20
Ω，其他电阻不计，则流过AB的电流是( )
图3 1 18
A．0.2
A
B．0.4
A
C．0.05
A
D．0.1
A
【解析】 导体棒AB做切割磁感线运动产生的感应电动势E＝Blv＝0.2×0.5×10
V＝1.0
V.
总电阻R＝＝10
Ω，
I＝＝
A＝0.1
A，故D正确．
【答案】 D
6．如图3 1 19所示，有限范围的匀强磁场宽度为d，将一个边长为l的正方形导线框以速度v匀速通过磁场区域，若d>l，则线框中不产生感应电流的时间应等于( )
【导学号：22940024】
图3 1 19
A.
B.
C.
D.
【解析】 线框中不产生感应电流，则要求线框中的磁通量不发生变化，即线框全部在磁场中匀速运动时没有感应电流，所以线框从左边框进入磁场时开始到线框右边将要离开磁场时为止，这个过程中线框中没有感应电流，路程为d－l，所以时间为，所以C正项．
【答案】 C
7．“嫦娥一号”顺利升空以后，我国已经制定了登月计划．假如未来某一天中国的宇航员登上月球，想探测一下月球表面是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断正确的是( )
A．直接将电流表放于月球表面，看是否有示数来判断磁场的有无
B．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场
C．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向转动，如电流表有示数，则可判断月球表面有磁场
D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场
【解析】 要使线圈中形成感应电流，电流表有示数，则必须使电流表和线圈构成闭合电路，A错误；若线圈沿某一方向运动，电流表无示数，则不能判断月球表面无磁场，比如线圈平行于磁场方向运动时，线圈中则无电流形成，但若电流表有示数，则可判断月球表面有磁场，C正确，B、D均错误．
【答案】 C
8．如图3 1 20所示，一个50匝的线圈的两端跟R＝99
Ω的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是20
cm2，电阻为1
Ω，磁感应强度以100
T/s的变化率均匀减小．这一过程中通过电阻R的电流是多少？
【导学号：22940025】
图3 1 20
【解析】 由法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势为
E＝n＝nS＝50×100×20×10－4
V＝10
V，
根据闭合电路欧姆定律，感应电流大小为I＝＝
A＝0.1
A.
【答案】 0.1
A
9．一面积为S＝4×10－2
m2、匝数n＝100匝的线圈放在匀强磁场中，磁感线垂直于线圈平面，磁感应强度随时间的变化率为＝2
T/s.穿过线圈的磁通量的变化率是多少？线圈中产生的感应电动势是多少？
【解析】 穿过线圈的磁通量的变化率
＝·S＝2×4×10－2
Wb/s＝8×10－2
Wb/s，
由法拉第电磁感应定律得
E＝n＝100×8×10－2
V＝8
V.
【答案】 8×10－2
Wb/s 8
V
神奇的磁化水
磁化水是一种被磁场磁化了的水．让普通水以一定流速，沿着与磁感线平行的方向，通过一定强度的磁场，普通水就会变成磁化水．磁化水有种种神奇的效能，在工业、农业和医学等领域有广泛的应用．
在日常生活中，用经过磁化的洗衣粉溶液洗衣，可把衣服洗得更干净．有趣的是，不用洗衣粉而单用磁化水洗衣，洗涤效果也很令人满意．
磁化水为什么会有如此神奇的作用呢？这是一个至今尚未揭开的谜．一些科学家认为，水分子本身就是一个小磁体，由于异性磁极相吸，因而普通水中许多水分子就会首先相吸，连接成庞大的“分子团”．这种“分子团”会减弱水的多种物理化学性质．当普通水经过磁场作用后，冲破了原先连接的“分子团”，使它变成单个的有活力的水分子．当然，再彻底揭开磁化水的奥秘，还有待于人们继续研究和探索．
