2019-2020版高中物理 第一章 電磁感應 1-2 電磁感應的發(fā)現(xiàn) 感應電流產生的條件講義+精練（含解析）教科版選修3-2

電磁感應的發(fā)現(xiàn) 感應電流產生的條件學科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：能夠從分析歸納感應電流產生條件的過程中，加深對磁通量的概念及其變化的理解，形成“磁生電”的認識科學探究：1.了解探究感應電流產生條件的實驗方法.2.經歷探究過程，綜合信息得出感應電流產生的條件科學思維：從有序設計的系列遞進實驗，用歸納思想得出產生感應電流的一般性條件，并會判斷分析具體實例科學態(tài)度與責任：了解人類探究電磁感應現(xiàn)象的過程，體會并培養(yǎng)探究自然規(guī)律的科學態(tài)度和科學精神一、奧斯特實驗的啟迪1820年，奧斯特從實驗中發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應二、電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象，他把這種現(xiàn)象命名為電磁感應，產生的電流叫感應電流三、感應電流產生的條件穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，這個閉合電路中就有感應電流產生1判斷下列說法的正誤(1)若把導線東西放置，當接通電源時，導線下面的小磁針一定會發(fā)生轉動(×)(2)奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應；法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象()(3)小磁針在通電導線附近發(fā)生偏轉的現(xiàn)象是電磁感應現(xiàn)象(×)(4)通電線圈在磁場中轉動的現(xiàn)象是電流的磁效應(×)2如圖1所示，條形磁鐵A沿豎直方向插入線圈B的過程中，電流表G的指針_(填“不偏轉”或“偏轉”)；若條形磁鐵A在線圈B中保持不動，電流表G的指針_(填“不偏轉”或“偏轉”)圖1答案偏轉不偏轉一、磁通量及其變化如圖所示，閉合導線框架的面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B.(1)分別求出BS(圖示位置)和BS(線框繞OO轉過90°)時，穿過閉合導線框架平面的磁通量(2)由圖示位置繞OO轉過60°時，穿過框架平面的磁通量為多少？這個過程中磁通量變化了多少？答案(1)BS0(2)BS減少了BS1對磁通量的理解(1)磁通量表示穿過某一面積的磁感線條數的多少，與線圈匝數無關(2)磁通量是標量，但有正、負，其正、負分別表示與規(guī)定的穿入方向相同、相反2勻強磁場中磁通量的計算(1)B與S垂直時，BS.(2)B與S不垂直時，BS(S為線圈在垂直磁場方向上的投影面積)或BS(B為B垂直于線圈平面的分量)如圖2所示，BSsin .圖23磁通量的變化大致可分為以下幾種情況：(1)磁感應強度B不變，有效面積S發(fā)生變化如圖3(a)所示(2)有效面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化如圖(b)所示(3)磁感應強度B和有效面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變化如圖(c)所示圖3例1如圖4所示，有一垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為r.現(xiàn)于紙面內先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處，線圈A的半徑為r，10匝；線圈B的半徑為2r，1匝；線圈C的半徑為，1匝圖4(1)在B減為的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變化了多少？(2)在磁場轉過90°角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？轉過180°角呢？答案(1)A、B線圈中的磁通量均減少了(2)減少了Br2減少了Br2解析(1)A、B線圈中的磁通量始終一樣，故它們的變化量也一樣(B)·r2即A、B線圈中的磁通量都減少了(2)對線圈C，1Br2Br2當磁場轉過90°時，20，故121Br2當轉過180°時，磁感線從另一側穿過線圈，若取1為正，則3為負，有3Br2，故231Br2.例2磁通量是研究電磁感應現(xiàn)象的重要物理量，如圖5所示，通有恒定電流的導線MN與閉合線框共面，第一次將線框由位置1平移到位置2，第二次將線框繞cd邊翻轉到位置2，設先后兩次通過線框的磁通量變化量的大小分別為1和2，則()圖5A1>2 B12C1<2 D無法確定答案C解析設閉合線框在位置1時穿過閉合線框的磁通量為1，平移到位置2時穿過閉合線框的磁通量為2，導線MN中的電流產生的磁場在位置1處的磁感應強度比在位置2處要強，故1>2.將閉合線框從位置1平移到位置2，穿過閉合線框的磁感線方向不變，所以1|21|12；將閉合線框從位置1繞cd邊翻轉到位置2，穿過閉合線框的磁感線反向，所以2|(2)1|12(以原來磁感線穿過的方向為正方向，則后來從另一面穿過的方向為負方向)，故正確選項為C.二、感應電流產生的條件1實驗：探究感應電流產生的條件(1)如圖6所示，導體AB做切割磁感線運動時，線路中_電流產生，而導體AB順著磁感線運動時，線路中_電流產生(填“有”或“無”)圖6(2)如圖7所示，當條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中_電流產生，但條形磁鐵在線圈中靜止不動時，線圈中_電流產生(填“有”或“無”)圖7(3)如圖8所示，將小螺線管A插入大螺線管B中不動，當開關S閉合或斷開時，電流表中_電流通過；若開關S一直閉合，當改變滑動變阻器的阻值時，電流表中_電流通過；而開關一直閉合，滑動變阻器的滑動觸頭不動時，電流表中_電流通過(填“有”或“無”)圖8(4)歸納總結：實驗(1)中：導體棒切割磁感線運動，回路面積發(fā)生變化，從而引起了磁通量的變化，產生了感應電流實驗(2)中：磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中的磁場發(fā)生變化，從而引起了磁通量的變化，產生了感應電流實驗(3)中：開關閉合、斷開、滑動變阻器的滑動觸頭移動時，A線圈中電流變化，從而引起穿過B的磁通量變化，產生了感應電流三個實驗的共同特點是：產生感應電流時閉合回路的磁通量都發(fā)生了變化答案(1)有無(2)有無(3)有有無2感應電流產生條件的理解不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必然產生感應電流；反之，只要產生了感應電流，那么電路一定是閉合的，且穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化例3(多選)下圖中能產生感應電流的是()答案BD解析A選項中，電路沒有閉合，無感應電流；B選項中，面積增大，通過閉合電路的磁通量增大，有感應電流；C選項中，穿過圓環(huán)的磁感線相互抵消，磁通量恒為零，無感應電流；D選項中，穿過閉合電路的磁通量減小，有感應電流學科素養(yǎng)本題通過分析四種情況是否有感應電流的產生，加深了學生對磁通量概念、磁通量的變化的理解，進一步掌握感應電流產生的兩個條件：(1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變化通過這樣的訓練鍛煉了學生的歸納思維能力，較好地體現(xiàn)了“物理觀念”和“科學思維”的學科素養(yǎng)針對訓練(多選)如圖9所示裝置，在下列各種情況中，能使懸掛在螺線管附近的銅質閉合線圈A中產生感應電流的是()圖9A開關S閉合的瞬間B開關S閉合后，電路中電流穩(wěn)定時C開關S閉合后，滑動變阻器觸頭滑動的瞬間D開關S斷開的瞬間答案ACD1(電磁感應現(xiàn)象的認識)(2018·南通市高二上學期調研)下列現(xiàn)象中，屬于電磁感應現(xiàn)象的是()A通電線圈在磁場中轉動B因閉合線圈在磁場中運動而產生電流C磁鐵吸引小磁針D小磁針在通電導線附近發(fā)生偏轉答案B解析線圈在磁場中由于磁通量的變化而產生電流的現(xiàn)象叫電磁感應，B正確A中通電線圈在磁場中轉動是因為受安培力作用，A錯誤C中磁鐵吸引小磁針是磁場的作用，C錯誤D是電流的磁效應，D錯誤2(對磁通量的理解)如圖10所示，矩形線框abcd放置在水平面內，磁場方向與水平方向成角，已知sin ，回路面積為S，磁感應強度為B，則通過線框的磁通量為()圖10ABS B.BS C.BS D.BS答案B解析根據磁通量的定義可得通過線框的磁通量BSsin ，代入解得BS，所以B選項正確3(對磁通量的理解)如圖11所示，a、b是兩個同平面、同心放置的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓環(huán)中心且與兩環(huán)平面垂直，則穿過兩圓環(huán)的磁通量a、b的大小關系為()圖11Aa>bBa<bCabD不能比較答案A解析條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點是：磁鐵內、外磁感線的條數相同；磁鐵內、外磁感線的方向相反；磁鐵外部磁感線的分布是兩端密、中間疏兩個同心放置的同平面的金屬圓環(huán)與條形磁鐵垂直且條形磁鐵在圓環(huán)內時，通過圓環(huán)的磁感線的俯視圖如圖所示，穿過圓環(huán)的磁通量進出，由于兩圓環(huán)面積Sa<Sb，兩圓環(huán)的進相同，而出a<出b，所以穿過兩圓環(huán)的磁通量a>b，故A正確4(產生感應電流的判斷)(多選)如圖所示，正方形線圈處在電流恒定的長直導線形成的磁場中：A向右平動，B向下平動，C繞軸轉動(ad邊向外)，D向上平動(D線圈有個缺口)則線圈中能產生感應電流的是()答案BC解析在通電長直導線的磁場中，四個線圈所處位置的磁通量都是垂直于紙面向里的，離導線越遠，磁場就越弱A向右平動，穿過線圈的磁通量沒有變化，故A線圈中沒有產生感應電流；B向下平動，穿過線圈的磁通量減少，必產生感應電流；C繞軸轉動，穿過線圈的磁通量不斷變化，必產生感應電流；D向上平動，穿過線圈的磁通量增加，但由于線圈不閉合，因此無感應電流5(產生感應電流的條件)(2018·上海魯迅中學高二上學期期末)圖12為“研究感應電流產生的條件”的實驗電路圖圖12(1)請在圖中連線，把實驗裝置連接完整(2)開始實驗時，滑動變阻器滑片P應該放置在_(填“a”或“b”)(3)閉合開關后，請寫出三種使線圈B中產生感應電流的方法：_；_；_.答案(1)見解析圖(2)a(3)斷開開關插入或拔出線圈A移動滑動變阻器的滑片解析(1)將電源、開關、滑動變阻器、線圈A串聯(lián)成一個回路，注意滑動變阻器接一上一下兩個接線柱，再將電流計與線圈B串聯(lián)成另一個回路，電路圖如圖所示(2)由圖示電路圖可知，滑動變阻器采用限流式接法，為保護電路應該使接入電路的電阻最大，在閉合開關S前，滑動變阻器滑片P應置于a端(3)開關S閉合后還有多種方法能使線圈B中產生感應電流，如：移動滑動變阻器的滑片、線圈A在線圈B中插入或拔出、斷開開關等.一、選擇題考點一電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與認識1許多科學家在物理學發(fā)展中做出了重要貢獻，下列表述中正確的是()A牛頓測出引力常量B法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象C安培提出了磁場對運動電荷的作用力公式D奧斯特總結并確認了真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用規(guī)律答案B2在法拉第時代，下列驗證“由磁產生電”設想的實驗中，能觀察到感應電流的是()A將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化B在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，一段時間后觀察電流表的變化C將一房間內的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化D繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化答案D解析同時滿足電路閉合和穿過電路的磁通量發(fā)生變化這兩個條件，電路中才會產生感應電流，本題中的A、B選項都不會使電路中的磁通量發(fā)生變化，并不滿足產生感應電流的條件，故都不正確C選項中磁鐵插入線圈時，雖有短暫電流產生，但未能及時觀察，C項錯誤在給線圈通電、斷電瞬間，會引起穿過另一線圈的磁通量發(fā)生變化，產生感應電流，因此D項正確考點二磁通量及其變化的分析3如圖1所示，虛線框內有勻強磁場，大環(huán)和小環(huán)是垂直于磁場方向同心放置的兩個圓環(huán)，分別用1和2表示穿過大、小兩環(huán)的磁通量，則有()圖1A1>2B1<2C12D無法確定答案C解析對于大環(huán)和小環(huán)來說，磁感線的凈條數沒有變化，所以選C.4如圖2所示，線圈ABCO的面積為0.4 m2，勻強磁場的磁感應強度B0.1 T，方向為x軸正方向在線圈由圖示位置繞z軸向下轉過60°的過程中，通過線圈的磁通量改變了()圖2A.3.46×102 WbB.2×102 WbC.0D.4×102 Wb答案A解析在題圖實線位置時，線圈平面與磁場方向平行，通過線圈的磁通量10；當線圈由題圖所示位置繞z軸向下轉過60°時，磁通量為2BSsin 60°0.1×0.4× Wb3.46×102 Wb，則通過線圈的磁通量改變量為213.46×102 Wb，A正確5如圖3所示為一水平放置的條形磁鐵，一閉合線框abcd位于磁鐵的左端，線框平面始終與磁鐵的上表面垂直，并與磁鐵的端面平齊當線框由圖中位置經過中間位置到達位置時，穿過線框的磁通量變化情況為()圖3A不發(fā)生變化B先減少后增加C先增加后減少D不能確定答案B解析條形磁鐵的磁感線分布如圖所示，兩端磁感線分布密集，中間磁感線分布稀疏，線框在位置時磁通量最小，故從經到，磁通量先減少后增加，選項B正確6如圖4所示，固定的長直導線中通有恒定電流，一矩形線框從abcd位置平移到abcd位置的過程中，關于穿過線框的磁通量情況，下列敘述正確的是 ()圖4A一直增加B一直減少C先增加后減少D先增加，再減少到零，然后再增加，然后再減少答案D解析離導線越近，磁場越強，當線框從左向右靠近導線的過程中，穿過線框的磁通量增大，當線框跨在導線上向右運動時，磁通量減小，當導線在線框正中央時，磁通量為零，從該位置向右，磁通量又增大，當線框離開導線向右運動的過程中，磁通量又減小，故D正確考點三有無感應電流的判斷7(多選)下列選項中的操作能使如圖5所示的三種裝置產生感應電流的是()圖5A甲圖中，使導體棒AB順著磁感線運動B乙圖中，使條形磁鐵插入或拔出線圈C丙圖中，開關S保持閉合，使小螺線管A插入大螺線管B中不動D丙圖中，開關S保持閉合，使小螺線管A插入大螺線管B中不動，移動滑動變阻器的滑片答案BD解析A中導體棒順著磁感線運動，穿過閉合電路的磁通量沒有發(fā)生變化，無感應電流，故A錯誤；B中條形磁鐵插入線圈時線圈中的磁通量增加，拔出線圈時線圈中的磁通量減少，線圈中都能產生感應電流，故B正確；C中開關S一直接通，回路中為恒定電流，螺線管A產生的磁場穩(wěn)定，螺線管B中的磁通量無變化，無感應電流，故C錯誤；D中開關S接通，小螺線管A插入大螺線管B中不動，移動滑動變阻器的滑片使閉合回路中的電流變化，從而使螺線管A產生的磁場變化，故螺線管B中的磁通量變化，有感應電流，故D正確8(2018·南通中學高二上學期期中)如圖所示，矩形線框在足夠大的勻強磁場中做的各種運動中，能夠產生感應電流的是()答案B解析矩形線框中磁通量變化的只有B圖，因此只有B圖中線框能產生感應電流，故選B.9(多選)(2018·廣南縣一中高二上學期月考)如圖6所示，線圈abcd在磁場區(qū)域ABCD中，下列哪種情況下線圈中有感應電流產生()圖6A把線圈變成圓形(周長不變)B使線圈在磁場中加速平移C使磁場增強或減弱D使線圈以過ab的直線為軸旋轉答案ACD解析把線圈變成圓形(周長不變)，線圈面積變大，線圈中磁通量增大，線圈中有感應電流產生，A正確；使線圈在磁場中加速平移，線圈中磁通量不變，線圈中沒有感應電流產生，B錯誤；使磁場增強或減弱，線圈中磁通量增大或減小，線圈中有感應電流產生，C正確；使線圈以過ab的直線為軸旋轉，線圈在磁場中的有效面積發(fā)生變化，線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈中有感應電流產生，D正確10(多選)如圖7所示，線圈和線圈繞在同一個鐵芯上，下列情況中能引起電流計指針轉動的是()圖7A閉合開關瞬間B開關閉合穩(wěn)定后C開關閉合穩(wěn)定后移動滑動變阻器的滑片D斷開開關瞬間答案ACD解析開關閉合瞬間線圈中電流從無到有，穿過線圈的磁通量也從無到有，線圈中產生感應電流，電流計指針偏轉開關閉合穩(wěn)定后，線圈中電流穩(wěn)定不變，穿過線圈的磁通量穩(wěn)定不變，線圈中無感應電流產生，電流計指針不偏轉開關閉合穩(wěn)定后，移動滑動變阻器的滑片，線圈中的電流變化，穿過線圈的磁通量也發(fā)生變化，線圈中有感應電流產生，電流計指針偏轉開關斷開瞬間，線圈中電流從有到無，穿過線圈的磁通量也從有到無，線圈中有感應電流產生，電流計指針偏轉所以選A、C、D.11(多選)(2018·山西大學附屬中學高二月考)如圖8所示，A、B兩回路中各有一開關S1、S2，且回路A中接有電源，回路B中接有靈敏電流計，下列操作及相應的結果可能的是()圖8A先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計指針發(fā)生偏轉BS1、S2閉合后，再斷開S2的瞬間，電流計指針發(fā)生偏轉C先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計指針發(fā)生偏轉DS1、S2閉合后，再斷開S1的瞬間，電流計指針發(fā)生偏轉答案AD解析先閉合S2，構成閉合電路，當后閉合S1的瞬間時，通過線圈A的電流從無到有，導致穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化，從而產生感應電流，則指針發(fā)生偏轉，A正確；當S1、S2閉合后，穩(wěn)定后線圈B中磁通量沒有變化，因而線圈B中沒有感應電流，在斷開S2的瞬間，指針也不偏轉，B錯誤；先閉合S1，后閉合S2的瞬間，穿過線圈B的磁通量沒有變化，則不會產生感應電流，C錯誤；當S1、S2閉合后，在斷開S1的瞬間，導致穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化，因而出現(xiàn)感應電流，D正確二、非選擇題12如圖9所示，矩形線圈的面積為0.2 m2，放在磁感應強度為0.1 T的勻強磁場中，線圈的一邊ab與磁感線垂直，線圈平面與磁場方向成30°角，求：圖9(1)穿過線圈的磁通量是多大？(2)當線圈從圖示位置繞ab邊轉過60°的過程中，穿過線圈的磁通量變化了多少？答案(1)0.01 Wb(2)增大了0.01 Wb或減小了0.02 Wb解析(1)穿過線圈的磁通量為：BSsin 30°0.1×0.2× Wb0.01 Wb(2)若線圈逆時針方向轉過60°，則此時穿過線圈的磁通量BS0.02 Wb那么0.01 Wb若線圈順時針方向轉過60°，則此時穿過線圈的磁通量BSsin 30°0.01 Wb那么0.02 Wb.13某同學做探究感應電流產生的條件的實驗，將電流表、線圈A和B、蓄電池、開關用導線接成如圖10所示的實驗電路，當他接通、斷開開關時，電流表的指針都沒有偏轉，請幫他查出原因并改正圖10答案見解析解析滑動變阻器滑片不動時，線圈A中電流恒定，產生的磁場也恒定，所以穿過線圈B的磁通量始終不發(fā)生變化，因此不論開關斷開還是閉合，線圈B中均不會產生感應電流，電流表的指針也不會發(fā)生偏轉應將電源、開關、滑動變阻器和A線圈串聯(lián)在一起，構成回路，B線圈與電流表串聯(lián)成另一回路- 15 -