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1、磁生电的探索磁生电的探索 1电磁感应的探索历程 (1)“电生磁” 1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。 (2)“磁生电” 1831 年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。 奥斯特发现了电流的磁效应后， 很多科学家开始了磁生电的研究， 为什么只有法拉第成 功了，而其他科学家没有成功？ 解析 ： 很多科学家在实验中没有注意到磁场的变化、 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，这实际上违背了能量转化与守恒定律。 2探究感应电流产生的条件 (1)实验探究 探究 1：如图所示。 实验操作有无电流产生实验探究结论 导体AB与磁场相对静止无 导体AB平行于磁感
2、线运动(与导轨 不分离) 无 导体AB做切割磁感线运动(与导轨 不分离) 有 导体AB切割磁感线，通过闭合回路 的磁通量发生变化， 有感应电流产生 探究 2：如图所示。 实验操作有无电流产生实验探究结论 将磁铁插入螺线管有 磁铁静止在螺线管中无 将磁铁拔出螺线管有 将磁铁插入或拔出螺线管时，通过螺线 管闭合回路的磁通量发生变化，有感应 电流产生 探究 3：如图所示，螺线管A放在螺线管B内。 实验操作有无电流产生实验探究结论 闭合开关的瞬间有 闭合开关，A中电流稳定后，滑动变 阻器电阻变大 有 闭合开关，A中电流稳定后，滑动变 阻器电阻不变 无 闭合开关，A中电流稳定后，滑动变 阻器电阻变小 有
3、 断开开关的瞬间有 导体和磁场间并没有发生相对 运动，当螺线管A中的电流发生 变化时，螺线管B所处的磁场发 生变化，从而引起了穿过螺线管 B的磁通量发生变化，螺线管B 所在的闭合回路中有感应电流 产生 (2)实验结论 通过对以上三个实验的探究得出 ： 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就 有感应电流产生。 1位于磁场中的闭合线圈，一定能产生电流() 2闭合线圈做切割磁感线运动，一定能产生感应电流() 3穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化，一定能产生感应电流() 解析：1.位于磁场中的闭合线圈，通过其磁通量变化时才产生感应电流，1 错误。 2 闭合线圈做切割磁感线运动， 若穿过线圈的磁通
4、量不发生变化， 则无感应电流产生， 2 错误。 3穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化，即磁通量发生变化，一定产生感应电流，3 正确。 3电磁感应 (1)电磁感应 因磁通量变化而产生电流的现象。 (2)感应电流 电磁感应所产生的电流。 “磁生电”与“电生磁”有什么联系和区别？ 解析：电流的磁效应是指电流周围存在着磁场，是原因，即“电生磁” ；而磁生电现象 中产生的电流是结果，即“磁生电” ，这是两种因果关系相反的现象，区别这两种现象的关 键是要看电流是条件还是结果。电流的磁效应和磁生电现象都揭示了电和磁的内在联系。 磁通量磁通量的变化量 物理 意义 某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条 数 穿过某个面
5、的磁通量的差值 大小 计算 BS，S为与B垂直的面积，不垂 直时，取S在与B垂直方向上的投影 21B2S2B1S1 或 BS(B不变) 或 SB(S不变) 说明 穿过某个面有方向相反的磁场， 则不能 直接用BS，应考虑相反方向的 磁通量抵消以后所剩余的磁通量 与磁场垂直的平面，开始时和转过 180时 穿过平面的磁通量是不同的，一正一负， |2BS而不是零 典例 1 如图所示， 一个垂直纸面向里的匀强磁场，B0.8 T， 磁场有明显的圆形边界， 圆心为O， 半径为 2 cm。 现于纸面内先后放上圆线圈， 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
6、 0.5 cm,1 匝。问： (1)在磁感应强度减为 0.4 T 的过程中，A、B线圈中的磁通量减少多少？ (2)当磁场转过 30角的过程中，C线圈中磁通量减少多少？ 思路探究 (1)磁通量的大小是否与线圈匝数有关？ 提示：无关。 (2)当线圈与磁场不垂直时，公式BS中的S应如何理解？ 提示：S表示线圈的面积在与B垂直方向上的投影。 解析 (1)对A线圈，1AB1r，2AB2r 2 12 1 磁通量减少量 |2A1A|(0.80.4)3.14104 Wb1.256104 Wb 对B线圈， |2B1B|(0.80.4)3.14(2102)2 Wb5.024104 Wb (2)对C线圈，1CBr2
7、， 磁场转过 30， 线圈面积在垂直磁场方向的投影为 r2cos 30，则2CBr2cos 30 磁通量减少量 |2C1C|Br2(1cos 30) 0.83.14(5103)2(10.866)Wb8.415 2106 Wb 答案 (1)1.256104 Wb 5.024104 Wb (2)8.415 2106 Wb 总结提能 用磁通量计算公式BS计算时要注意三点 (1)S是指闭合回路中包含磁场部分的有效面积，且S必须与磁场方向垂直。 (2)磁通量虽是标量但有正、负之分，计算时要按代数和的方法求总磁通量。 (3)磁通量及磁通量的变化量不受线圈匝数的影响。 1 边长L10 cm 的正方形框， 固
8、定在匀强磁场中， 磁场方向与线框平面间的夹角 30，如图所示，磁感应强度随时间变化的规律为B(23t)T，则第 3 s 内穿过线框的磁 通量的变化量 为多少？ 解析 ： 闭合导体回路的面积S不变，B变化，只要求出第 3 s 始末的磁通量，即可求 出 。 第 3 s 内就是从 2 s 末到 3 s 末，2 s 末的磁感应强度为B1(232)T8 T 3 s 末的磁感应强度为B2(233)T11 T 磁通量变化量为 BSsin 1.5102 Wb 答案：1.5102 Wb 1感应电流产生的条件 2对产生感应电流条件的理解 (1)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，而分析磁
9、通 量是否有变化， 关键是分清磁感线的分布， 即分清磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化及 有效磁场面积的变化。 (2)导体切割磁感线，不是产生感应电流的充要条件，归根结底还得看穿过闭合回路的 磁通量是否发生变化。 即使是闭合回路的部分导体做切割磁感线运动， 也不能保证一定存在 感应电流，如图所示，abcd线框的一部分在匀强磁场中向上运动，尽管是部分切割，但同 样没有感应电流。 典例 2 如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中 会产生感应电流的是( ) A线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动 C线框绕位于线框
10、平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动 D线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动 思路探究 明确磁感线 的分布特点 判断线框内磁 通量是否变化 判断是否产 生感应电流 解析 四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，线圈按 A、B、D 三种 情况移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流；C 中线 圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C 正确。 答案 C 2(北京高考)物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验” 。如图所示，她把一个带铁 芯的线圈L、开关 S 和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过 套环。闭合开
11、关 S 的瞬间，套环立刻跳起。 某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动。 对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是( ) A线圈接在了直流电源上 B电源电压过高 C所选线圈的匝数过多 D所用套环的材料与老师的不同 解析：选 D 金属套环跳起的原因是开关 S 闭合时，套环上产生的感应电流与通电线圈 上的电流相互作用而引起的。无论实验用交流电还是直流电，闭合开关 S 瞬间，金属套环都 会跳起。 如果套环是塑料材料做的， 则不能产生感应电流， 也就不会受安培力作用而跳起， D 正确。 1(海南高考)多选自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很
12、多物理学家为寻 找它们之间的联系做出了贡献。下列说法正确的是( ) A奥斯特发现了电流的磁效应，提示了电现象和磁现象之间的联系 B欧姆发现了欧姆定律，说明了热现象和电现象之间存在联系 C法拉第发现了电磁感应现象，提示了磁现象和电现象之间的联系 D焦耳发现了电流的热效应，定量给出了电能和热能之间的转换关系 解析：选 ACD 由物理学史可知，奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象 之间的联系；法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系，A、C 正确； 欧姆发现了闭合电路中的电流和电压之间的关系， 即欧姆定律， 而热现象和电现象的联系是 焦耳发现的，B 错误，D 正确。 2用导
13、线将灵敏电流表与金属棒连接成一个磁生电的实验电路，如图所示，则下列哪 种操作能使指针偏转( ) A使导体ab向左(或向右)移动 B使导体ab向上(或向下)移动 C使导体ab沿ab的方向移动 D使导体ab沿ba的方向移动 解析：选 A 要使闭合回路中产生感应电流，导体棒需切割磁感线，选项 B、C、D 中导 体棒在磁场中运动，但没有切割磁感线，B、C、D 错误，A 正确。 3如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时， 它们的磁通量分别为a、b、c，下列说法中正确的是( ) Aabc Cacb 解析：选 B 当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈的向里的磁感线
14、条数一 样多，向外的磁感线的条数c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通 量的计算，应该是abc，B 正确。 4多选如图所示，矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外。 下述过程中能使线圈产生感应电流的是( ) A以bc为轴转动 45 B以ad为轴转动 45 C将线圈上下平移 D将线圈左右平移 解析：选 BD 线圈有没有产生感应电流关键看磁通量是否变化或磁感线条数是否改变， 以bc为轴转动 45，磁通量不发生变化，无感应电流，A 错误；同理 B 正确；将线圈向上、 向下平移时线圈的磁通量也不发生变化，也无感应电流，C 错误；线圈左右平移时通过线圈 的磁通量发生变化
15、，有感应电流产生，D 正确。 5匀强磁场的磁感应强度B0.8 T，矩形线圈abcd的面积S0.5 m2，共 10 匝。开始 时，B与S垂直，且线圈有一半在磁场中，如图所示， (1)当线圈绕ab边转过 60角时，求线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的变化量的 大小； (2)当线圈绕dc边转过 60角时，求线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的变化量的 大小。 解析：(1)当线圈由图所示位置绕ab边转过 60时， 2BScos 600.80.5 Wb0.2 Wb 1 2 而开始时1BS 0.80.5 Wb0.2 Wb 1 2 1 2 故 210 (2)当线圈绕dc边转过 60角时。 穿过线框的磁通量为0 故 0BS0.2 Wb 1 2 即磁通量减少了 0.2 Wb 答案：(1)0.2 Wb 0 (2)0 0.2 Wb