第一节 电磁感应现象的发现
学 习 目 标
知 识 脉 络
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、难点)
3.了解法拉第及其对电磁学的贡献，认识发现磁生电现象对推动电磁学理论和电磁技术发展的重大意义.
一、法拉第与电磁感应现象
1．实验观察
(1)磁铁与螺线管有相对运动时能产生电流．在条形磁铁插入或拔出螺线管的瞬间，电流表的指针发生了偏转．条形磁铁在螺线管中保持不动时，电流表的指针不发生偏转．如图所示．
(2)改变原线圈中的电流，改变磁场的强弱，在副线圈中也能产生电流．当开关接通瞬间、断开瞬间、开关接通变阻器滑片移动时，电流表的指针发生了偏转；开关接通变阻器滑片不动时，电流表的指针不发生偏转．如图所示．
2．法拉第的实验结论
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生．这种由于磁通量的变化而产生电流的现象叫作电磁感应现象，所产生的电流叫作感应电流．
二、感应电动势
1．电动势：描述电源将其他形式的能量转换成电能的本领的物理量．
2．感应电动势：由于电磁感应现象而产生的电动势．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)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． (√)
(2)闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流． (√)
(3)只要有感应电流产生，穿过闭合回路的磁通量一定发生了变化． (√)
(4)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流． (×)
(5)线框不闭合，即使穿过线框的磁通量变化，线框中也没有感应电流． (√)
(6)如果穿过断开电路的磁通量发生变化，电路中没有感应电流，也没有感应电动势． (×)
[提示] (4)若磁通量不发生变化，则没有感应电流．
(6)只要磁通量发生变化，电路中就有感应电动势．
2．关于产生感应电流的条件，下列说法中正确的是( )
A．只要闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定有感应电流
B．只要闭合电路中有磁通量，闭合电路中就有感应电流
C．只要导体做切割磁感线运动，就有感应电流产生
D．只要穿过闭合电路的磁感线条数发生变化，闭合电路中就有感应电流
D [只有穿过闭合电路的磁通量发生变化时，才会产生感应电流，D正确．]
3．如图所示，三角形线圈abc放在范围足够大的匀强磁场中并做下列运动，能产生感应电流的是( )
A．向上平移
B．向右平移
C．向左平移
D．以ab为轴转动
D [以ab为轴转动时，穿过线圈中的磁通量发生变化，而将线圈上、下、左、右平移时穿过矩形线圈的磁通量不变，根据产生感应电流的条件可知选项D正确．]
对磁通量及其变化量的理解
根据磁通量的定义式Φ＝BS，引起磁通量变化的方法有：
1．闭合回路的面积不变，由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化．
2．磁场不变，由于闭合回路的面积发生变化而引起闭合回路的磁通量的变化．
3．磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化．
总之，穿过闭合电路的磁感线条数发生变化时磁通量就发生了变化．
【例1】 如图所示，一环形线圈沿条形磁铁的轴线，从磁铁N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点，A、B两点关于磁铁的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将( )
A．先增大，后减小
B．先减小，后增大
C．先增大、后减小，再增大、再减小
D．先减小、后增大，再减小、再增大
思路点拨：①分析条形磁铁周围磁感线的特点．
②由磁通量的意义分析穿过线圈磁通量的变化．
A [穿过线圈的磁通量应以磁铁内部磁场为主，而内部的磁感线是一定值，在A、B点时，外部磁感线比较密，即与内部相反的磁感线多，相抵后剩下的内部的磁感线就少；中间位置时，外部磁感线比较疏，即与内部相反的磁感线少，相抵后剩下的内部的磁感线就多．所以两端磁通量小，中间磁通量大，A正确．]
(1)磁通量是标量，但有正、负，其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反．
(2)若穿过某线圈有方向相反的磁场，则线圈的磁通量为它们抵消后净磁感线的条数．
1．如图所示，在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形闭合线框abcd，线框平面与磁场垂直．在下列情况中，线框中磁通量发生变化的是( )
A．线框沿纸面向左匀速运动
B．线框沿纸面向左加速运动
C．线框垂直纸面向外运动
D．线框绕ad边转动
D [线框沿纸面向左匀速、加速运动，只要不出磁场，磁通量不变，线框垂直纸面向外运动，磁通量也不变．线框绕ad边转动时，磁通量变化．故A、B、C错误，D正确．]
产生感应电流的条件及方法
1．感应电流产生的条件
穿过闭合回路的磁通量发生变化，无论是闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，还是穿过回路的磁场或回路的面积发生变化，都会引起穿过闭合回路的磁通量发生变化，在回路中就会有感应电流产生．其条件可以归纳为两个：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，回路中有没有磁通量穿过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．
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
如图甲所示，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．
甲 乙
(2)磁铁在线圈中运动
如图乙所示，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，线圈中无电流产生．
(3)改变螺线管AB中的电流
如图丙所示，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．
丙
【例2】 如图所示，矩形线框在磁场中做各种运动，能够产生感应电流的是( )
A B C D
B [感应电流产生条件为：①磁通量发生变化；②闭合回路．A、C、D中穿过矩形线框的磁通量都不变，故不产生感应电流．]
闭合回路磁通量发生变化，回路中就会产生感应电流．
2．如图所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路．在下列情况中，电流表指针不发生偏转的是( )
A．线圈不动，磁铁插入线圈
B．线圈不动，磁铁从线圈中拔出
C．磁铁不动，线圈上、下移动
D．磁铁插在线圈内不动
D [产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，线圈和电流表已经组成闭合回路，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就产生感应电流，电流表指针就偏转．在选项A、B、C三种情况下，线圈和磁铁发生相对运动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；而当磁铁插在线圈中不动时，线圈中虽然有磁通量，但磁通量不变化，不产生感应电流．]
1．磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”．在下图所示磁场中，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
A [磁通量表示穿过一个闭合电路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．]
2．在一根水平方向的通电长直导线下方，有一个小线框abcd，放置在跟长导线同一竖直平面内，今使小线框分别做如图所示的四种不同的运动，其中线框磁通量没有变化的是( )
A．左右平移
B．上下平移
C．在纸面前后平移
D．绕ab、cd边的中心轴转动
A [长直导线下方的磁场是不均匀的，离导线越远磁感应强度越小，因此线框上下平移、在纸面前后平移、绕ab、cd边的中心轴转动时，磁通量均发生变化，但线框左右平移时，磁通量不发生变化．]
3．如图所示，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，在线圈中会产生感应电流的是( )
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
C [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．]
课件35张PPT。第二章 电磁感应与电磁场第一节 电磁感应现象的发现不发生偏转发生了偏转不发生偏转发生了偏转磁通量闭合电磁感应现象电能√ √ √ × √ × 对磁通量及其变化量的理解 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(七)
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题7分)
1．(多选)关于感应电流，下列说法中正确的是( )
A．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生
B．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
C．线框不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也没有感应电流
D．只要闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流
CD [产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以A错误，C、D正确；B中线圈不一定闭合，故B错误．]
2．(多选)如图所示，线圈M和线圈P绕在同一铁芯上，则( )
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
BD [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．]
3．我国已经制定了登月计划．假如宇航员登月后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，使线圈沿某一方向运动，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
C [电磁感应现象产生的条件是：穿过闭合回路的磁通量发生改变时，回路中有感应电流产生，所以选项A中，即使有一个恒定的磁场，也不会有示数，所以选项A错误；同理如果将电流表与线圈组成回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，也不能判断有没有磁场，因为磁通量可能不变，所以选项B、D错误；但是有示数则说明一定是有磁场的，所以选项C正确．]
4.如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，电流磁场穿过圆周面积的磁通量将( )
A．逐渐增大
B．逐渐减小
C．始终为零
D．不为零，但保持不变
C [利用安培定则判断直线电流产生的磁场，作俯视图如图所示，考虑到磁场具有对称性，可知穿过线圈的磁感线条数与穿出线圈的磁感线条数是相等的．故选C.]
5.如图所示，通电直导线垂直穿过闭合圆形线圈的中心，下列哪个说法正确( )
A．当导线中电流增大时，线圈中有感应电流
B．当线圈在垂直于导线的平面内左右平动时，线圈中有感应电流
C．当线圈上下平动时，线圈中有感应电流
D．以上各种情况下，线圈中都不会产生感应电流
D [圆形线圈处在直线电流的磁场中，而直线电流磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上．因此，不论导线中的电流大小如何变化，穿过圆形线圈的磁通量始终为零，即穿过圆形线圈的磁通量不变，所以A选项错误．当线圈左右平动或上下平动时，穿过线圈的磁通量同样始终为零，即穿过线圈的磁通量不变，所以B、C选项错误，D选项正确．]
6．(多选)图是观察电磁感应现象的实验装置，闭合开关，要使灵敏电流计指针发生偏转，可采取的措施有( )
A．将线圈M快速插入线圈N中
B．将线圈M快速从线圈N中抽出
C．快速移动滑动变阻器的滑片
D．将线圈M静置于线圈N中
ABC [要使灵敏电流计指针发生偏转，应使线圈N的磁通量发生变化，这时可通过上下移动线圈M，或线圈M不动而快速移动滑动变阻器的滑片，故A、B、C均正确．]
二、非选择题(8分)
7．如图所示，环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置，若沿其半径向外拉弹簧，使其面积增大，则穿过弹簧的磁通量将如何变化？
[解析] 注意弹簧面所在处存在两个方向的磁场，即磁铁的内磁场和外磁场，它们各自产生正负不同的磁通量，总的磁通量等于两者绝对值之差，当拉大弹簧面积时，内磁场的磁通量不变，而外磁场的磁通量却增大(穿过磁铁与弹簧间磁感线条数增多)，故Φ＝|Φ内|－|Φ外|应减小．
[答案] 磁通量减小
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题7分)
1．如图所示，在匀强磁场中的“U”形导轨上，有两根等长的平行导线ab和cd，它们以相同的速度v匀速向右滑动．为使ab中有感应电流产生，对开关S来说( )
A．打开和闭合都可以 B．应打开
C．打开和闭合都不行 D．应闭合
D [若开关打开，导线运动时，闭合电路abdc中磁通量不变，不产生感应电流；若开关闭合，导线运动时，闭合电路abNM中磁通量变化，产生感应电流，所以应选D.]
2．如图所示，条形磁铁的上方放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁铁平行，则线框在由N端匀速平移到S端的过程中，线框中的感应电流的情况是( )
A．线框中始终无感应电流
B．线框中始终有感应电流
C．线框中开始有感应电流，当线框运动到磁铁中部上方时无感应电流，以后又有了感应电流
D．线框中开始无感应电流，当线框运动到磁铁中部上方时有感应电流，以后又没有感应电流
B [匀速平移过程中，穿过线框的磁通量始终在变化．]
3．如图所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况下导线cd中无电流的是( )
A．开关S闭合或断开的瞬间
B．开关S是闭合的，但滑动触头向左滑
C．开关S是闭合的，但滑动触头向右滑
D．开关S始终闭合，不滑动触头
D [开关S闭合或断开的瞬间以及S闭合后滑动触头左右滑动时，都能使导线ab中的电流发生变化，穿过上面闭合线圈的磁通量发生变化，cd中就会有电流产生，故正确选项为D.]
4．(多选)如图所示，矩形线框abcd与磁场方向垂直，且一半在匀强磁场内，另一半在磁场外．要使线框中产生感应电流，下列方法中可行的是( )
A．以ad边为轴转动
B．以中心线OO′为轴转动
C．以ab边为轴转动(小于60°)
D．以cd边为轴转动(小于60°)
ABC [当线框以ad边为轴或以中心线OO′为轴转动时，在磁场中的投影面积S在变化，因而有磁通量Φ的变化，有感应电流的产生，选项A、B是可行的．当线框以ab边为轴转动(小于60°)时，在磁场中的投影面积S减小，因而磁通量Φ减小，也有感应电流，选项C是可行的．当线框以cd边为轴转动(小于60°)时，虽然整个线框在垂直于磁感应强度方向上的投影面积减小，但在磁场内的那部分投影面积并未改变，据公式Φ＝B·S，穿过线框平面的磁通量不变，无感应电流．因此，选项A、B、C是可行的．]
二、非选择题(本题共2小题，共22分)
5．(10分)匀强磁场区域宽度为d，一正方形线框abcd的边长为l，且l>d，线框以速度v通过磁场区域，如图所示，从线框进入到完全离开磁场的时间内，求线框中没有感应电流的时间．
[解析] 如图所示为线框穿过磁场的整个过程，
线圈匀速通过此过程持续的时间
t1＝ ①
线框在运动中只有bc边切割磁感线(ad边未进入磁场)和ad边切割磁感线(bc边已出磁场)时才产生感应电流，所以有感应电流的时间为
t2＝ ②
线框中没有感应电流的时间为t＝t1－t2 ③
解①②③得t＝.
[答案]
6．(12分)如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1 cm.现于纸面内先后放上与磁场垂直的圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1 cm，10匝；B线圈半径为2 cm，1匝；C线圈半径为0.5 cm，1匝．问：
(1)在B减为0.4 T的过程中，线圈A和B磁通量改变多少？
(2)在磁场转过30°角的过程中，C中磁通量改变多少？
[解析] (1)对A线圈，Φ1＝B1πr，Φ2＝B2πr.
磁通量改变量：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4 Wb＝1.256×10－4 Wb
对B线圈，Φ1＝B1πr，Φ2＝B2πr，磁通量改变量
ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4 Wb
＝1.256×10－4 Wb.
(2)对C线圈：Φ1＝Bπr，磁场转过30°，线圈仍全部处于磁场中，线圈面积在垂直磁场方向的投影为πrcos 30°，则Φ2＝Bπrcos 30°.磁通量改变量：
ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝Bπr(1－cos 30°)
＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb
＝8.4×10－6 Wb.
[答案] (1)1.256×10－4 Wb 1.256×10－4 Wb
(2)8.4×10－6 Wb
