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.
电磁感应现象
1．历史的回顾
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，它提示了电现象和磁现象之间存在的某种联系．
2．实验观察
(1)没有电池也能产生电流：闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时，回路中电流表的指针发生了偏转．
(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．
3．产生感应电流的条件
穿过闭合回路中的磁通量发生变化，回路中就产生感应电流．产生感应电流的现象称为电磁感应现象．
4．电磁感应现象的发现具有极大的实用价值，对电生磁与磁生电的正确揭示，展现了电与磁间的密切联系和对称统一，为电磁学理论的发展创造了条件，进一步推动了电磁技术的发展，引领人类进入了电气时代．
1．思考判断
(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)英国科学家牛顿一直坚持探索电磁感应现象，历时近十年的探索，终于获得了成功．(×)
(3)闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流．(√)
2．合作探究
闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中产生感应电流，这时穿过闭合回路的磁通量是否一定发生了变化？
【提示】 只要有感应电流产生，穿过闭合回路的磁通量一定发生变化．
电磁感应现象
1．由于磁场变化而引起闭合电路的磁通量的变化
(1)由于磁场和闭合回路的相对运动改变磁通量，如图甲所示，当磁铁向下移动时，通过线圈的磁通量增加．
甲 乙
(2)由于电流改变而改变磁通量，如图乙所示，当直线电流I增大时，线圈abcd中的磁通量增加．
2．磁场不变，由于处在磁场中的闭合电路的面积S发生变化而引起磁通量的变化
(1)闭合回路与磁场的夹角保持不变，改变闭合回路的面积，如图甲所示．用力将闭合金属弹簧圈拉大的过程，线圈磁通量减小．
(2)闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动而使闭合回路磁通量改变，如图乙所示．当导体棒ab向右运动时，闭合回路的磁通量减小．
(3)由于闭合回路和磁场的夹角改变从而改变有效面积，如图丙所示，线框abcd绕OO′轴转动．
(4)由于磁场和处在磁场中闭合回路面积都发生变化时，引起穿过闭合回路的磁通量发生变化．
【例】 如图所示，在有界匀强磁场中有一矩形线圈abcd垂直磁场放置，现使线圈做如下几种运动：(a)向上加速平移(未出磁场)，(b)匀速向右平移，(c)绕ab边旋转90°，其中线圈中能产生感应电流的是________．
思路点拨：在判断是否有感应电流时，除了确定是闭合电路外，要着重判断闭合电路在磁场中的面积是否变化，以及和磁感线的夹角是否发生变化，以确定磁通量是否变化，从而确定是否有感应电流产生．
[解析] 要判断线圈中是否有感应电流产生，则需判断穿过线圈的磁通量是否发生变化．在(a)中，穿过线圈平面的磁感线始终与线圈平面垂直且线圈在磁场中的面积未发生变化，所以穿过线圈的磁通量没有变化，线圈中没有感应电流产生．在(b)中，线圈平移出磁场的过程中，在磁场中的面积逐渐减小，穿过线圈的磁通量在减少，所以线圈中有感应电流产生．在(c)中，线圈从图示位置绕ab边转动90°的过程中，线圈面积不变，但磁感线与线圈平面的夹角越来越小，穿过线圈的磁感线条数在减少，故磁通量越来越小，线圈中有感应电流产生．
[答案] (b)(c)
磁通量是指在磁场中穿过某一面积S的磁感线条数，所以在判断穿过回路的磁通量是否变化时，可以通过判断穿过回路的磁感线条数是否变化来分析判定．
1．一个闭合的线圈中没有感应电流的原因可能是( )
A．线圈周围一定没有磁场
B．线圈周围虽然有磁场，但穿过线圈的磁通量太小
C．穿过线圈的磁通量没有发生变化
D．穿过线圈的磁通量一定为零
C [穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就产生感应电流，而不是看穿过线圈的磁通量是否为零，由于该线圈是闭合的，则没有感应电流的原因一定是穿过线圈的磁通量没有发生变化，所以C选项正确．]
2．如图所示，下列各种情况中，穿过回路的磁通量增大的有( )
甲 乙 丙 丁
A．图甲所示，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．图乙所示，裸铜线ab在裸金属导轨上向右匀速运动过程中
C．图丙所示，条形磁铁拔出线圈的过程中
D．图丁所示，闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中
B [由Φ＝BS得，题图甲穿过回路的磁通量随闭合回路面积的减小而减小；题图乙穿过回路的磁通量随闭合回路面积的增大而增加；题图丙穿过线圈的磁通量随磁极的远离而减小；题图丁离通电直导线越远，磁场越弱，穿过线框的磁通量越小，故选项B正确．]
3．(多选)如图所示，线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法中正确的是( )
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
AC [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还是加速运动，穿过abcd的磁通量都没有发生变化．]
4．如图所示，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，若井字回路中有感应电流通过，则一定有( )
A．v1>v2 B．v1C．v1＝v2 D．v1≠v2
D [只要v1、v2速度不相等时，回路的面积发生变化，就会引起磁通量变化而产生感应电流．]
1．下列现象中涉及电磁感应的是( )
A B C D
B [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．]
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，磁铁从线圈中拨出
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，线圈和电流计已经组成闭合回路，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就产生感应电流，电流计指针就偏转．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．]
3．(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．]
4．如图所示的条形磁铁的上方，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，线框中感应电流的变化情况是( )
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，以后又有感应电流
D．开始无电流，当运动到磁铁中部的上方时有感应电流，后来又没有电流
B [在线框平移的过程中，穿过线框的磁通量先减小后增大，因此有感应电流．穿过线框的磁通量始终在变化，所以说始终有感应电流，B对．]
课件33张PPT。第4章 揭开电磁关系的奥秘第1节 磁生电的探索234奥斯特 部分导体 切割 偏转 5偏转 拔出 不发生偏转 6磁通量 电磁感应现象 电磁学 电气 7√ × √ 8910电磁感应现象 11121314151617181920212223242526272829303132点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十一) 磁生电的探索
(时间：20分钟 分值：50分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．如图所示，竖直放置的长直导线通过恒定电流，有一个矩形线框与导线在同一平面，在下列情况中线框不能产生感应电流的是( )
A．导线中电流变大
B．线框向右平动
C．线框以ad边为轴转动
D．线框以直导线为轴转动
D [电流变大引起导线周围的磁场增强，穿过线框的磁通量增，A能产生感应电流；离导线越远，磁感线分布越稀疏，穿过线框的磁通量越小，B能产生感应电流；线框绕ad边转动时，矩形线框的磁通量发生变化，C能产生感应电流；线框以直导线为轴转动，穿过线框的磁感线条数不变，因而穿过线框的磁通量不变，D不能产生感应电流．故选D.]
2．某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路，闭合开关，下列说法不正确的是( )
A．将线圈A插入线圈B过程中，有感应电流
B．线圈A从线圈B中拔出过程中，有感应电流
C．线圈A停在线圈B中，有感应电流
D．线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小C [由感应电流产生的条件知A、B选项都正确，C项错误；在线圈A从线圈B拔出的过程中线圈B的磁通量减小，D项正确．]
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，如图所示，则能够使线圈中产生感应电流的操作是( )
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
D [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．]
4．如图所示，闭合的矩形线圈abcd放在范围足够大的匀强磁场中，下列哪种情况下线圈中能产生感应电流( )
A．线圈向左平移
B．线圈向上平移
C．线圈以ab为轴旋转
D．线圈不动
C [产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，符合题意的只有C选项．]
5．如图所示，通电直导线垂直穿过闭合圆形线圈的中心，下面哪个说法正确( )
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选项是错的．当线圈左右平动或上下平动时，同样穿过线圈的磁通量始终为零，即穿过线圈的磁通量不变，所以B选项和C选项也是错误的．]
6．(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，根据公式Φ＝BS，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．]
[能力提升练]
二、非选择题(14分)
7．匀强磁场区域宽为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，其有感应电流的时间
t2＝ ②
线框中没有感应电流的时间
t＝t1－t2 ③
解①②③得t＝.
[答案]
