课件34张PPT。学业分层测评知识点一知识点二
第1节 磁生电的探索电 磁 感 应 的 探 索 历 程奥斯特 安培 法拉第 × √ × 科 学 探 究 —— 感 应 电 流 产 生 的 条 件变化 不变 变化 不变 变化 不变 磁通量 × × √ 第1节 磁生电的探索
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解电磁感应现象的探索过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．
2．知道什么是电磁感应现象，理解感应电流产生的条件．(重点、难点)
3．进一步认识磁通量的概念，能对磁通量的变化进行定性分析和定量计算．(难点)
电 磁 感 应 的 探 索 历 程
[先填空]
事件
意义
电生磁
1820年，奥斯特发现了电流的磁效应
拉开了研究电与磁相互关系的序幕
磁生电
菲涅耳、安培、科拉顿、亨利等致力于磁生电的研究
科学探索是曲折的，真理追求是执着的
1831年，法拉第发现了电磁感应现象
揭示了电和磁的内在联系，引领人类进入电气时代
[再判断]
1．如图1－1－1所示：把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转，首先观察到这个实验现象的物理学家是安培．(×)
图1－1－1
2．“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应．(√)
3．首先发现电磁感应现象的科学家是奥斯特．(×)
[后思考]
很多科学家在磁生电的探究中为什么没有获得成功？
【提示】 很多科学家在实验中没有注意磁场的变化，导体与磁场之间的相对运动等环节，只想把导体放入磁场中来获得电流，这实际上违反了能量转化和守恒定律，磁生电是一种在变化、运动过程中才能出现的效应．
[合作探讨]
探讨1：奥斯特发现电流的磁效应引发了怎样的思考？法拉第对此持有怎样的观点？
【提示】 在自然界和谐统一的科学信念下，相信自然力是统一的，物理关系都是对称的，认为既然电流可以产生磁场；反过来，磁场也可以产生电流．
探讨2：法拉第经历了大量的失败，失败的原因是什么？
【提示】 失败的主要原因在于受传统观念的影响，只注意寻找静态和稳定的感应电流而忽略了对动态过程的观察．
探讨3：你认为法拉第成功的秘诀是什么？
【提示】 经过多次失败之后，法拉第仍然坚持研究，正是由于他不懈的努力，正是以他有准备的头脑及敏锐的洞察力，才捕捉到了稍纵即逝的偶然现象．
[核心点击]
1．奥斯特的“电生磁”
电流的磁效应显示了载流导体对磁针的作用力，揭示了电现象与磁现象之间存在的某种联系．奥斯特实验中，通电导线南北方向放置，导线下面的小磁针发生偏转．
2．法拉第的“磁生电”
“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才出现的效应，法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与变化和运动相联系，这就是：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．他把这些现象定名为电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流．
1．首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是( )
A．安培和法拉第 B．法拉第和楞次
C．奥斯特和安培 D．奥斯特和法拉第
【解析】 1820年，丹麦著名物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.1831年，英国著名物理学家法拉第发现了电磁感应现象．选项D正确．
【答案】 D
2．1825年，瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连．为了避免强磁性磁铁影响，他把电流计放在另外一个房间，当他把磁铁插入螺线管中后，立即跑到另一个房间去观察，关于科拉顿进行的实验，下列说法正确的是( )
A．在科拉顿整个操作过程中，电流计指针不发生偏转
B．将磁铁插入螺线管瞬间，电流计指针发生偏转，但科拉顿跑到观察时，电流计指针已不再偏转
C．科拉顿无法观察到电流计指针偏转的原因是当时电流计灵敏度不够
D．科拉顿无法观察到电流计指针偏转的原因是导线过长，电流过小
【解析】 科拉顿将磁铁放入螺线管时，穿过线圈的磁通量变化，回路中产生感应电流，电流计指针偏转，之后，穿过线圈的磁通量保持不变，回路中无感应电流，电流计指针不偏转，但由于科拉顿放完磁铁后跑到另一室观察，所以他观察不到偏转．只有B项正确．
【答案】 B
科学探究过程与方法
下面的框图可以简要展示法拉第发现电磁感应规律的科学探究过程与方法．
科 学 探 究 —— 感 应 电 流 产 生 的 条 件
[先填空]
1．探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图1－1－2所示)
图1－1－2
实验操作
实验现象
(有无电流)
分析论证
导体棒静止
无
闭合电路包围的面积变化时，电路中有电流产生；包围的面积不变时，电路中无电流产生
导体棒平行
磁感线运动
无
导体棒切割
磁感线运动
有
2.探究磁铁在线圈中运动是否产生感应电流(如图1－1－3所示)．
图1－1－3
实验操作
实验现象
(有无电流)
分析论证
N极插入线圈
有
线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流
N极停在线圈中
无
N极从线圈中抽出
有
S极插入线圈
有
S极停在线圈中
无
S极从线圈中抽出
有
3．模仿法拉第的实验(如图1－1－4)．
图1－1－4
实验操作
实验现象(线圈B中有无电流)
分析论证
开关闭合瞬间
有
线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流；磁场不变时，线圈B中无感应电流
开关断开瞬间
有
开关保持闭合，
滑动变阻器滑片不动
无
开关保持闭合，
迅速移动滑动变
阻器的滑片
有
4.产生感应电流的条件
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生电流．
[再判断]
1．只要闭合线圈内有磁通量，闭合线圈就有感应电流产生．(×)
2．闭合线圈内有磁场，就有感应电流．(×)
3．穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中一定会有感应电流．(√)
[后思考]
闭合导体回路在磁场中运动一定产生感应电流吗？
【提示】 不一定．若闭合导体回路在磁场中运动时，穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，导体回路中就会产生感应电流；若闭合导体回路在磁场中运动时，穿过闭合导体回路的磁通量不变，导体回路中就没有感应电流．
[合作探讨]
探讨1：保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中上下运动(如图1－1－5甲所示)．线框中是否产生感应电流？
图1－1－5
【提示】 图甲中，线框在磁场中上下运动的过程中，穿过线框的磁通量没有发生变化，所以无感应电流产生．
探讨2：保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中左右运动(如图1－1－5乙所示)．线框中是否产生感应电流？
【提示】 图乙中，线框在磁场中左右运动的过程中，尽管切割磁感线，但是穿过线框的磁通量没发生变化，所以无感应电流产生．
探讨3：线框绕轴线AB转动(如图1－1－5丙所示)．线框中是否产生感应电流？
【提示】 图丙中，线框绕轴线AB转动，会使穿过线框的磁通量发生改变，有感应电流产生．
[核心点击]
1．感应电流产生的两个条件
(1)电路闭合；
(2)穿过电路的磁通量发生变化．
2．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，如闭合电路的一部分导体切割磁感线时．
(2)线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化，如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化时．
(3)磁感应强度B和线圈面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝Φ1－Φ0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，如线圈在磁场中转动时．
3．在如图所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是( )
【解析】 A选项中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；B选项中，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；C选项中尽管线圈在转动，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；而D选项，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．
【答案】 D
4．(多选)如图1－1－6所示，开始时矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场中，另一半在匀强磁场外，若要使线圈中产生感应电流，下列方法中可行的是( )
图1－1－6
A．将线圈向左平移一小段距离
B．将线圈向上平移
C．以AB边为轴转动(小于60?)
D．以AD边为轴转动(小于90?)
【解析】 线圈左右移动时，线圈在匀强磁场中的面积发生变化，故有感应电流产生．上下移动线圈时，B与S均未发生变化，故无感应电流产生．若以AB边为轴转动，B与S的夹角发生变化，同样以AD边为轴转动时，B与S的夹角发生变化引起磁通量的变化，产生感应电流．故选项A、C、D正确．
【答案】 ACD
5．(多选)在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直；导轨上有两条可沿导轨自由移动的导体棒ab、cd，这两个导体棒的运动速度分别为v1、v2，如图1－1－7所示，则下列四种情况，ab棒中有感应电流通过的是( )
图1－1－7
A．v1＞v2 B．v1＜v2
C．v1≠v2 D．v1＝v2
【解析】 题中导轨位于匀强磁场中，只要满足v1≠v2，回路的面积发生变化，从而磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生．
【答案】 ABC
判断是否产生感应电流的方法
判断一个回路中是否产生感应电流，可以用以下方法：
(1)看回路是否闭合，如果回路不闭合时，无论如何也不会产生感应电流．
(2)看磁场方向与回路平面之间的关系，即磁场的方向与回路平面是垂直、平行或成某一夹角．
(3)看穿过回路的磁感线的条数是否发生变化，若变化则产生感应电流，否则不产生感应电流．
第1节 磁生电的探索
学习目标
核心提炼
1.了解电磁感应现象发现的过程，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神。
1个条件——感应电流的产生条件
3个概念——磁通量、电磁感应、感应电流
3个实验——导体切割磁感线实验、线圈中插入或抽出磁铁实验、模仿法拉第的实验
2.通过实验，探究和理解感应电流的产生条件。
3.掌握磁通量的概念及其计算。
4.能够运用感应电流的产生条件判断能否产生感应电流。
一、电磁感应的探索历程
阅读教材第3～4页，了解电磁感应现象的发现过程，并且知道什么是感应电流。
1.发现“电生磁”：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕。
2.探索“磁生电”：奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激励人们去探索“磁生电”的方法。比较著名的物理学家有菲涅尔、安培、科拉顿、亨利等，这其中已经发现感应电流的科学家是亨利。
3.法拉第的探索：英国科学家法拉第前后经过十年坚持不懈的探索，终于悟出了磁生电的基本原理。这一划时代的伟大发现进一步揭示了电和磁的内在联系，引领人类社会进入了电气时代。
思维拓展
电流的磁效应与电磁感应有什么区别？
答案 电流的磁效应是指电流周围产生磁场，即“电生磁”。电磁感应现象是利用磁场产生感应电流，即“磁生电”。“电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象，要正确区分这两种现象，弄清现象的因果关系是关键。
二、科学探究——感应电流产生的条件
阅读教材第5～6页，了解三个探究实验的过程，明确什么情况下才能产生感应电流，并能归纳出结论。
1.探究感应电流产生的条件
实验1 如图1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。(填“有”或“无”)
图1
实验2 如图2所示，当条形磁铁插入或抽出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。(填“有”或“无”)
图2
实验3 如图3所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中无电流通过。(填“有”或“无”)
图3
结论归纳：产生感应电流的条件是：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生电流。
2.电磁感应：因磁通量变化而产生电流的现象。
3.感应电流：由电磁感应现象所产生的电流叫做感应电流。
思考判断
(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)穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生。(×)
(3)穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流。(√)
(4)闭合正方形线框在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流。(×)
预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
磁通量及其变化
[要点归纳]
1.对磁通量的理解
(1)磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。
(2)磁通量是标量，但是有正负。磁通量的正、负不代表大小，只表示磁感线是怎样穿过平面的。即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量为负。
(3)某面积内有相反方向的磁场时，分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和。
2.匀强磁场中磁通量的计算
(1)B与S垂直时，Φ＝BS。
(2)B与S不垂直时，Φ＝B⊥S，B⊥为B垂直于线圈平面的分量。如图4甲所示，Φ＝B⊥S＝(Bsin θ)·S。
也可以Φ＝BS⊥，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，如图乙所示，Φ＝BS⊥＝BScos θ。
图4
3.磁通量的变化
大致可分为以下几种情况
(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化。如图5(a)所示。
(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化。如图(b)所示。
(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化。如图(c)所示。
图5
[精典示例]
[例1] 如图6所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为( )
图6
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶4 D.4∶1
解析 两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样，则穿过两线圈的磁感线条数一样，即磁通量相同，故选项A正确。
答案 A
[例2] 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图7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分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
图7
A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1＝ΔΦ2
C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.无法确定
解析 设闭合线框在位置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位置1处比在位置2处要强，故Φ1>Φ2。
将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，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，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来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)。故选项C正确。
答案 C
(1)求解磁通量的变化量时要取有效面积。
(2)磁通量的变化与线圈的匝数无关。
(3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正、负不同。
[针对训练1] 边长L＝10 cm的正方形线框有10匝，固定在匀强磁场中，磁场方向与线框平面间的夹角θ＝30°，如图8所示，磁感应强度随时间的变化规律为B＝2＋3t(T)，求：
图8
(1)2 s末穿过线框的磁通量；
(2)第3 s内穿过线框的磁通量的变化量ΔΦ。
解析 (1)2 s末穿过线框的磁感应强度
B2＝(2＋3×2) T＝8 T，
由Φ＝BSsin θ知2 s末穿过线框的磁通量
Φ＝B2Ssin θ＝8×(0.1)2×sin 30° Wb＝4×10－2 Wb。
(2)第3 s内磁感应强度的变化ΔB＝3 T，
所以ΔΦ＝ΔBSsin θ＝3×(0.1)2×sin 30° Wb＝1.5×10－2 Wb。
答案 (1)4×10－2 Wb (2)1.5×10－2 Wb
能否产生感应电流的判断
[要点归纳]
1.感应电流产生条件的理解
(1)不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流。
(2)只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
2.ΔΦ与Φ的区别
ΔΦ与Φ意义不同，大小也没有必然的联系。感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变化，即与ΔΦ有关。
[精典示例]
[例3] 下列图中能产生感应电流的是( )
解析 根据产生感应电流的条件可判断：A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，穿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，ΔΦ＝0，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流。
答案 B
(1)判断闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流时，一定注意“部分导体”“切割”的含义。
(2)磁感线的条数可用来形象地表示一个回路的磁通量大小，所以可充分利用穿过闭合电路的磁感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化。
[针对训练2] 如图9是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情境。当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了。下图中能反映出金属探测器工作原理的是( )
图9
解析 探测器靠近金属物体时，工作原理是电磁感应，选项B是导体棒切割磁感线，属于电磁感应现象，选项C是通电导体在磁场中受力运动，选项A、D是电流的磁效应。综上所述，选项B正确。
答案 B
1.(对磁通量的理解)关于磁通量，下列叙述正确的是( )
A.在匀强磁场中，穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积
B.在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈的大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大
C.把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M处的磁感应强度一定比N处大
D.同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大
解析 磁通量等于磁感应强度与垂直于磁场方向上的投影面积的乘积，A错误；线圈面积大，但投影面积不一定大，B错误；磁通量大，磁感应强度不一定大，C错误、D正确。
答案 D
2.(磁通量的比较)如图10所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过两圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为( )
图10
A.Φa>Φb B.Φa<Φb
C.Φa＝Φb D.不能比较
解析 条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：①磁铁内外磁感线的条数相同；②磁铁内外磁感线的方向相反；③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏。两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中一个圆环的磁感线的俯视图如图所示，穿过该圆环的磁通量Φ＝Φ进－Φ出，由于两圆环面积SaΦb，故选项A正确。
答案 A
3.(感应电流产生条件的理解)(多选)如图11所示，下列情况能产生感应电流的是( )
图11
A.如图甲所示，导体棒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
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，故选项A错误；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故选项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，故选项C错误；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的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，故选项D正确。
答案 BD
4.(产生感应电流的判断)(多选)如图12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( )
图12
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°)
解析 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)。
答案 ABC
基础过关
1.在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化
解析 产生感应电流必须满足的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量要发生变化。选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B观察不到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也观察不到电流表的变化；选项D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选项D正确。
答案 D
2.如图1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sin α＝，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为( )
图1
A.BS B.BS C.BS D.BS
解析 根据磁通量的定义可得通过线框的磁通量Φ＝BSsin α，代入解得Φ＝BS，所以选项B正确。
答案 B
3.如图2所示，AB是水平面上一个圆的直径，在过AB的竖直面内有一根通电直导线CD，已知CD∥AB。当CD竖直向上平移时，电流的磁场穿过圆面积的磁通量将( )
图2
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.始终为零 D.不为零，但保持不变
解析 由于CD位于AB的正上方，根据安培定则可知，CD产生的磁感线在以AB为直径的圆内穿入和穿出的条数相同，所以不管导线CD在竖直方向上位置怎么变化，下面圆内部的磁通量始终为0。选项C正确。
答案 C
4.(多选)如图3所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直。导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好。这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流产生，则可能( )
图3
A.v1＞v2 B.v1＜v2
C.v1＝v2 D.无法确定
解析 只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。故选项A、B正确。
答案 AB
5.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( )
解析 利用安培定则判断直导线电流产生的磁场，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，且直导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ΦA＝Φ出－Φ进＝0，即使切断导线中的电流，ΦA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中线圈的磁通量也始终为0，B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，Φ进>Φ出，即ΦC≠0，当切断导线中电流后，穿过线圈的磁通量减小为0，所以C中有感应电流产生。D中线圈的磁通量如图丙所示，其有效磁通量为ΦD＝Φ出－Φ进＝0，即使切断导线中的电流，ΦD也始终为0，D中不可能产生感应电流。
答案 C
6.(多选)如图4所示，电流表与螺线管组成闭合电路，以下能使电流表指针偏转的是( )
图4
A.将磁铁插入螺线管的过程中
B.磁铁放在螺线管中不动时
C.将磁铁从螺线管中向上抽出的过程中
D.磁铁静止而将螺线管向上移动
解析 只要螺线管中的磁通量发生变化，回路中就有感应电流，指针便会偏转；只要螺线管中的磁通量不发生变化，回路中便无感应电流，指针便不会偏转。在磁铁插入、抽出过程中螺线管中的磁通量均发生变化，能产生感应电流，电流表指针偏转。故选项A、C正确；磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量不发生变化，无感应电流产生，故选项B错误；由于磁铁静止而螺线管向上移动，螺线管中的磁通量发生变化，有感应电流产生，电流表指针偏转，故选项D正确。
答案 ACD
7.(多选)闭合线圈按如图所示的方式在磁场中运动，则穿过闭合线圈的磁通量发生变化的是( )
解析 A图中，图示状态Φ＝0，转至90°过程中Φ增大，因此磁通量发生变化；B图中离直导线越远磁场越弱，磁感线越稀，所以当线圈远离导线时，线圈中磁通量不断变小；C图一定要把条形磁铁周围的磁感线空间分布图弄清楚，在图示位置，线圈中的磁通量为零，在向下移动过程中，线圈的磁通量一直为零，磁通量不变；D图中，随着线圈的转动，B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝BS始终不变，故选项A、B正确。
答案 AB
能力提升
8.如图5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正确的是( )
图5
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
解析 本题中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。
答案 C
9.(多选)如图6所示，导线框MNQP近旁有一个跟它在同一竖直平面内的矩形线圈abcd，下列说法正确的是( )
图6
A.当电阻变大时，abcd中有感应电流
B.当电阻变小时，abcd中无感应电流
C.电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内向PQ靠近时，abcd中有感应电流
D.电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内远离PQ时，abcd中有感应电流
解析 当电阻变化或abcd靠近、远离PQ时，穿过abcd的磁通量发生变化，会产生感应电流。故选项A、C、D正确，选项B错误。
答案 ACD
10.某同学做研究产生感应电流的条件的实验，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线接成如图7所示的实验电路，当他接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，请你帮他查出原因并改正。
图7
解析 由条件可知线圈A中电流不变，产生的磁场也恒定，所以穿过线圈B的磁通量始终不发生变化，因此不论开关是断开还是闭合，线圈B中均不会产生感应电流，电流表的指针也不会发生偏转。应将电源、开关、滑动变阻器和A线圈串在一起，构成回路。B线圈与电流表构成另一回路。
答案 见解析
11.如图8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，电流计中是否有示数？
图8
(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)开关闭合瞬间线圈Ⅰ中电流从无到有，电流的磁场也从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，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，电流的磁场不变，此时线圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量恒定不变，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，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，电流的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，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
12.如图9所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t＝0时刻，磁感应强度为B0，此时刻MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式。
图9
解析 要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线框平面的磁通量不发生变化，在t＝0时刻，穿过线框平面的磁通量
Φ1＝B0S＝B0l2
设t时刻的磁感应强度为B，此时刻磁通量为
Φ2＝Bl(l＋vt)
由Φ1＝Φ2得B＝。
答案 B＝
磁生电的探索
夯基达标
1.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量.如下图所示，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变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
A.ΔΦ1＞ΔΦ2 B.ΔΦ1＝ΔΦ2
C.ΔΦ1＜ΔΦ2 D.无法确定
2.大圆导线环A中通有电流，方向如下图所示，另在导线环所在的平面画一个圆B，它的一半面积在A环内，另一半面积在A环外，则B圆内的磁通量( )
A.为零 B.向里 C.向外 D.条件不足，无法判别
3.如下图所示，在正方形线圈的内部有一条形磁铁.线圈与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO′，关于线圈中产生感应电流的下列说法中，正确的是( )
A.当磁铁向纸面外平移时，线圈中不产生感应电流
B.当磁铁向上平移时，线圈中不产生感应电流
C.当磁铁向下平移时，线圈中产生感应电流
D.当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕 OO′轴转动时，线圈中产生感应电流
4.唱卡拉OK用的话筒，有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面黏接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是( )
A.该话筒是根据电流的磁效应工作的
B.该话筒是根据电磁感应原理工作的
C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D.膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
5.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，在对以下几个物理学家所作的科学贡献的叙述中，不正确的是( )
A.库仑发现了电流的磁效应
B.焦耳发现了焦耳定律
C.法拉第通过实验发现了磁场产生电流的条件和规律
D.牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础
6.如下图所示，竖直通电直导线与闭合导线环的平面垂直，且过圆环中心，则下列说法正确的是( )
A.电流增强或减弱时，环中无感应电流
B.环竖直向上或向下运动时，环中有感应电流
C.环以导线为轴，在垂直于电流的平面内转动时，环中有感应电流
D.环以自身任意一条直径为轴转动时，环中无感应电流
能力提升
7.如下图所示，是用导线做成的圆形回路与一直导线构成的几种位置组合，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合电路中会有感应电流产生的是(图①②③中直导线都与圆形线圈在同一平面内，O点为线圈的圆心，图④中直导线与圆形线圈平面垂直，并与中心轴重合)…( )
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
8.如下图所示，在同一铁芯上有A和C两个线圈，其中A线圈与滑动变阻器、电源、开关相连，C线圈两端与灵敏电流计相连，在以下采取的做法中，能使灵敏电流计指针偏转的是( )
A.开关S闭合的瞬间
B.开关S闭合后，变阻器滑片P向右滑动
C.开关S闭合后，变阻器滑片P保持不动
D.开关S断开的瞬间
9.如下图所示，一个矩形线框从匀强磁场的上方自由落下，进入匀强磁场中，然后再从磁场中穿出.已知匀强磁场区域的宽度大于线框的高度h，那么下列说法中正确的是( )
①线框只在进入和穿出磁场的过程中，才有感应电流产生 ②线框从进入到穿出磁场的整个过程中，都有感应电流产生 ③线框在进入和穿出磁场的过程中，都是机械能转变成电能 ④整个线框都在磁场中运动时，机械能转变成电能
A.①③④ B.①③ C.②③④ D.①④
10.带负电的圆环绕圆心旋转，在环的圆心处有一闭合小线圈，小线圈和圆环在同一平面内，如下图所示，则( )
A.只要圆环在转动，小线圈内就一定有感应电流产生
B.圆环不管怎样转动，小线圈内都没有感应电流产生
C.圆环在做变速转动时，小线圈内一定有感应电流产生
D.圆环做匀速转动时，小线圈内没有感应电流产生
11.将很细的铜丝绕制成的弹簧的一端固定在支架上，下端刚好和槽中的水银面接触，如下图所示.问开关闭合后，会发生什么现象？为什么？这是否是电磁感应现象？
拓展探究
12.电磁感应现象在实际生活中有着广泛的应用.试分析和探究以下两个应用.
(1)如下图所示，电吉他的弦是磁性物质，可被永磁体磁化.当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来.请解释电吉他是如何产生感应电流的？弦能否改用尼龙材料？
(2)在有磁铁矿的地方，地磁场会产生异常.地质工作者利用这一现象探矿、找矿.现在给你一个灵敏电流计，一个多匝大线圈，你能进行简单的模拟探究吗？说明你的探究方法和原理.
参考答案
1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.C项正确.
答案：C
2解析：由安培定则可知在A环内的一半磁通量向里，在A环外的一半磁通量向外，但A环内的磁感线密集一些.因此，B环内的磁通量是进去的.
答案：B
3解析:当磁铁向纸面外平移、上下平移时，穿过线圈的磁通量始终为零，线圈不会产生感应电流.当磁铁绕OO′轴转动时，线圈的磁通量变化，产生感应电流.
答案：ABD
4解析：抓住电磁感应的实质是“磁生电”及电流磁效应的实质是“电生磁”.
当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转变为电信号，这是电磁感应的工作原理，则B项正确.A、C、D三项均错误，故正确答案为B项.
答案：B
5答案：B
6解析：无论导线中电流变化，环竖直上下运动还是环以导线为轴转动，或以自身的任意一条直径为轴转动，穿过闭合导线环的磁通量都保持为零，没有变化，都不会产生感应电流.
答案：AD
7答案：B
8解析：当开关闭合瞬间或断开瞬间，线圈A中的电流发生变化，产生的磁场发生变化，从而使穿过C线圈中的磁通量发生变化，故在线圈C中有感应电流产生，电流表指针发生偏转，同理在开关S闭合后，变阻器滑片P向右滑动时也会引起A线圈中电流发生变化，从而在C线圈中产生感应电流，故A、B、D三项正确.
答案：ABD
9答案：B
10解析：圆环转动产生逆时针方向的环形电流，小线圈就处在此电流磁场中，圆环匀速转动时，环形电流恒定不变，它的磁场也不变，故小线圈的磁通量不发生变化，小线圈内无感应电流；同理，圆环变速转动时，小线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，故选C、D两项.
答案：CD
11答案：弹簧会上下振动，开关闭合后，由电源、导线、水银形成一闭合电路，产生电流，电流流过弹簧时产生磁场，对弹簧的每一匝来说相当于一个小磁体，在磁场作用下弹簧收缩，弹簧的下端离开水银面，电路断开，弹簧回复原长又与水银面接触，形成闭合电路，弹簧又再次收缩，电路再次断开……周而复始，于是弹簧就会上下振动起来，这是电流的磁效应引起的，而不是电磁感应现象.
12解答：(1)当被磁化的弦振动时，会造成穿过线圈的磁通量发生变化，所以有感应电流产生.弦不能改用尼龙材料，因为尼龙材料不会被磁化，当弦振动时，不会造成穿过线圈的磁通量发生变化，没有感应电流产生.
(2)把大线圈与灵敏电流计组合成闭合电路，使大线圈沿平行于地面或垂直于地面的方向迅速移动，若灵敏电流计产生偏转，则表明周围有磁铁矿.
