XX省專用學年高中物理第四章電磁感覺第節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)研究感覺電流的產生條件講義含分析新人教版選修XX省專用學年高中物理第四章電磁感覺第節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)研究感覺電流的產生條件講義含分析新人教版選修PAGEXX省專用學年高中物理第四章電磁感覺第節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)研究感覺電流的產生條件講義含分析新人教版選修第1、2節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)研究感覺電流的產生條件1．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感覺現(xiàn)象。2．惹起電磁感覺現(xiàn)象的原由主要有五類，分別是變化的電流、變化的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體。3．只需穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導體回路中就有感覺電流。一、電磁感覺的研究歷程1．“電生磁”的發(fā)現(xiàn)1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應。2．“磁生電”的發(fā)現(xiàn)1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感覺現(xiàn)象。產生的電流叫做感覺電流。二、磁通量的計算和物理意義1．磁通量的計算(1)公式：Φ＝BS。(2)合用條件：①勻強磁場；②S是垂直磁場的有效面積。(3)單位：韋伯，1Wb＝1T·m2。2．磁通量的物理意義(1)能夠形象地理解為磁通量就是穿過某一面積的磁感線的條數(shù)。(2)同一個平面，當它跟磁場方向垂直時，磁通量最大，當它跟磁場方向平行時，磁通量為eq\a\vs4\al(0)。三、研究感覺電流的產生條件1．研究導體棒在磁場中運動能否產生電流(以以下圖)實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)分析論證導體棒靜止eq\a\vs4\al(無)閉合電路包圍的面積變化時，電路中有電流產生；包圍的面積不變時，電路中無電流產生導體棒平行磁感線運動eq\a\vs4\al(無)導體棒切割磁感線運動eq\a\vs4\al(有)2．研究磁鐵在通電螺線管中運動能否產生電流(以以下圖)實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)分析論證N極插入線圈eq\a\vs4\al(有)線圈中的磁場變化時，線圈中有感覺電流；線圈中的磁場不變時，線圈中無感覺電流N極停在線圈中eq\a\vs4\al(無)N極從線圈中抽出eq\a\vs4\al(有)S極插入線圈eq\a\vs4\al(有)S極停在線圈中eq\a\vs4\al(無)S極從線圈中抽出eq\a\vs4\al(有)3.模擬法拉第的實驗(以以下圖)實驗操作實驗現(xiàn)象(線圈B中有無電流)分析論證開封閉合瞬時eq\a\vs4\al(有)線圈B中磁場變化時，線圈B中有感覺電流；線圈B中磁場不變時，線圈B中無感覺電流開關斷開瞬時eq\a\vs4\al(有)開關保持閉合，滑動變阻器滑片不動eq\a\vs4\al(無)開關保持閉合，快速挪動滑動變阻器的滑片eq\a\vs4\al(有)4．概括結論只需穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導體回路中就有感覺電流。1．自主思慮——判一判(1)有電流即生磁場。(√)(2)有磁場即生電流。(×)(3)靜止的電荷四周也能產生磁場。(×)(4)磁通量計算公式Φ＝BS，可計算任何磁場的磁通量。(×)(5)導體棒切割磁感線不用然產生感覺電流，但若垂直切割，則必定產生感覺電流。(×)(6)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，必定產生感覺電流。(√)2．合作研究——議一議(1)法拉第總結的惹起感覺電流的原由有哪些？提示：變化的電流、變化的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體。(2)同一勻強磁場中兩個面積不一樣樣的線圈，磁通量必定不一樣樣嗎？提示：不用然，當兩個線圈與磁場方向的夾角不一樣樣時，磁通量可能相同。(3)某一時辰穿過閉合回路的磁通量為零時，回路必定無感覺電流嗎？提示：不用然，假如穿過閉合回路的磁通量正在變化，但是某一時辰磁通量為零，則回路中會產生感覺電流。磁通量Φ及其變化量ΔΦ的理解與計算1．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(shù)的多少。(2)磁通量是標量，但是有正負。磁通量的正負不代表大小，只表示磁感線是如何穿過平面的。即若以向里穿過某面的磁通量為正，則向外穿過這個面的磁通量為負。(3)某面積內有相反方向的磁場時，分別計算不一樣樣方向的磁場的磁通量，此后規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負，求其代數(shù)和。2．磁通量的計算(1)B與S垂直時(勻強磁場中)，Φ＝BS。B指勻強磁場的磁感覺強度，S為線圈的面積。(2)B與S不垂直時(勻強磁場中)，Φ＝BS⊥。S⊥為線圈在垂直磁場方向上的投影，S⊥＝Ssinθ，稱之為有效面積，如圖甲所示?；蛟SΦ＝B⊥S。B⊥為磁感線B垂直線圈平面方向上的重量，B⊥＝Bsinθ，如圖乙所示。二者磁通量相等，Φ＝BSsinθ。3．磁通量的變化磁通量的變化，大概可分為以下幾種狀況：(1)磁感覺強度B不變，閉合電路的面積S發(fā)生變化，如圖a。(2)閉合電路的面積S不變，磁感覺強度B發(fā)生變化，如圖b。(3)磁感覺強度B和閉合電路的面積S都不變，它們之間的夾角α發(fā)生變化，如圖c。[典例]以以下圖，有一垂直紙面向里的勻強磁場，B＝0.8T，磁場有顯然的圓形界限，圓心為O，半徑為1cm。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1cm,10匝；線圈B的半徑為2cm,1匝；線圈C的半徑為0.5cm,1匝。問：(1)在B減為0.4T的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變化多少？(2)在磁場轉過30°角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？(3)在磁場轉過180°角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？[思路點撥]解答此題應掌握以下三點：(1)磁通量與線圈匝數(shù)沒關。(2)當線圈平面與磁場不垂直時，應分解B或取S在與B垂直的平面上的投影面積。(3)磁感線反向穿過線圈平面時，Φ為負值。[分析](1)由題意知線圈B與線圈A中的磁通量素來相同，故它們的變化量也相同。ΔΦ＝(B2－B1)·πr2≈－1.26×10－4Wb。所以，線圈A和線圈B中的磁通量都減少1.26×10－4Wb。(2)對線圈C，Φ1＝B·πr′2，當磁場轉過30°時，Φ2＝B·πr′2cos30°，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos30°－1)＝－8.41×10－6Wb。所以，線圈C中的磁通量減少8.41×10－6Wb。(3)磁場轉過180°后，磁感線從另一側穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ2為負，有：Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.26×10－4Wb。故線圈C中的磁通量變化了1.26×10－4Wb。[答案](1)都減少1.26×10－4Wb(2)減少了8.41×10－6Wb(3)1.26×10－4Wb磁通量的計算公式中S為有效面積，以以下圖，穿過方框a、b的磁通量相等，而不是Φa<Φb。1.以以下圖，a、b、c三個閉合線圈放在同一平面內，當線圈a中有電流I經過時，穿過三個線圈的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，則()A．Φa<Φb<ΦcB．Φa>Φb>ΦcC．Φa<Φc<ΦbD．Φa>Φc>Φb分析：選B當a中有電流經過時，穿過a、b、c三個閉合線圈垂直紙面向里的磁感線條數(shù)相同多，向外的磁感線的條數(shù)c最多，其次是b，a中沒有向外的磁感線，所以穿過閉合線圈的凈磁感線條數(shù)a最多，b次之，c最少，即Φa>Φb>Φc，選項B正確。2.以以下圖，通有恒定電流的導線MN與閉合線框共面，第一次將線框由1平移到2，第二次將線框繞cd邊翻轉到2，設先后兩次經過線框的磁通量變化分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1<ΔΦ2C．ΔΦ1＝ΔΦ2D．沒法確立分析：選B設線框在地點1時的磁通量為Φ1，在地點2時的磁通量為Φ2，直線電流產生的磁場在1處比在2處要強，若平移線框，則ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若轉動線框，磁感線是從線框的正反兩面穿過的，一正一負，所以ΔΦ2＝Φ1＋Φ2。依據(jù)分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，選項B正確。感覺電流能否產生的判斷[典例]以以下圖，矩形線框abcd由靜止開始運動，若要使線框中產生感覺電流且磁通量漸漸變大，則線框的運動狀況應當是()A．向右平動(ad邊還沒有進入磁場)B．向上平動(ab邊還沒有走開磁場)C．以bc邊為軸轉動(ad邊還沒有轉入磁場)D．以ab邊為軸轉動(轉角不超出90°)[思路點撥]解答此題時應掌握以下兩點：(1)產生感覺電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化。(2)判斷線框做各樣運動時穿過線框的磁通量能否發(fā)生變化。[分析]選項A和D所描繪的狀況，線框在磁場中的有效面積S均發(fā)生變化(A狀況下S增大，D狀況下S變小)，穿過線框的磁通量均改變，由產生感覺電流的條件知線框中會產生感覺電流。而選項B、C所描繪的狀況中，線框中的磁通量均不改變，不會產生感覺電流。D中磁通量的大小變小。[答案]A判斷產生感覺電流的條件應注意的問題(1)磁通量有變化，但回路沒閉合，不產生感覺電流。(2)閉合回路切割磁感線，但磁通量沒變，不產生感覺電流。(3)初、末地點磁通量相同，但過程中閉合回路磁通量有變化，產生感覺電流。(4)線圈有正反兩面，磁感線穿過的方向不一樣樣，磁通量發(fā)生變化，產生感覺電流。總之，無論什么狀況，只需知足同時電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必定產生感覺電流；反過來說，只需產生了感覺電流，那么電路必定是閉合的，穿過該電路的磁通量也必定發(fā)生了變化。1．[多項選擇]以以下圖均為閉合線框在磁場中運動，請判斷能產生感覺電流的狀況()分析：選CD產生感覺電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，A、B沒有磁通量的變化，所以沒有感覺電流，C、D是閉合回路，同時磁通量發(fā)生變化，所以產生感覺電流。2．以以下圖，條形磁鐵以速度v向螺線管湊近，下邊幾種說法中正確的選項是()A．螺線管中不會產生感覺電流B．螺線管中會產生感覺電流C．只有磁鐵速度足夠大時，螺線管中才能產生感覺電流D．只有在磁鐵的磁性足夠強時，螺線管中才會產生感覺電流分析：選B螺線管所在的回路是閉合的，當條形磁鐵向螺線管湊近時，穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，產生感覺電流。3．在“研究感覺電流的產生”的實驗中，小明的四次實驗狀況分別以以下圖。(1)有同學說：“只需閉合電路中的一部分導體在磁場中運動，就會產生感覺電流。”你以為他的說法對嗎？______________，圖________可支持你的結論。(2)研究感覺電流的方向跟磁場方向和導體運動方向之間的關系。A．依據(jù)圖甲和圖乙的實驗現(xiàn)象能夠得出結論：_________________________。B．依據(jù)圖乙和圖丁的實驗現(xiàn)象能夠得出結論：_________________________________。分析：(1)一部分導體在磁場中運動磁通量不用然發(fā)生變化，所以不用然發(fā)生電磁感覺現(xiàn)象，也就不用然產生感覺電流，圖丙中指針不偏轉就說明這一結論。(2)A項，圖甲和圖乙是采納控制變量法的比較實驗，即保持磁場方向不變的狀況下，研究指針的偏轉方向(感覺電流的方向)與導體的運動方向間的關系。B項，圖乙和圖丁也是采納控制變量法的比較實驗，即保持導體運動方向不變的狀況下，研究指針的偏轉方向(感覺電流的方向)與磁場方向間的關系。答案：(1)不對丙(2)A項，當磁場方向不變時，感覺電流的方向與導體的運動方向相關B項，當導體的運動方向不變時，感覺電流的方向與磁場的方向相關1．對于磁通量的看法，以下說法中正確的選項是()A．磁感覺強度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大B．磁感覺強度越大，線圈面積越大，則磁通量也越大C．穿過線圈的磁通量為零，但磁感覺強度不用然為零D．磁通量發(fā)生變化，必定是磁場發(fā)生變化惹起的分析：選C穿過閉合回路的磁通量大小取決于磁感覺強度、回路所圍面積以及二者夾角三個要素，所以只知道此中一個或兩個要素沒法確立磁通量的變化狀況，A、B項錯誤；相同由磁通量的特色，也沒法判斷此中一個要素的狀況，C項正確，D項錯誤。2.以以下圖，半徑為R的圓形線圈共有n匝，此中心地點處半徑為r的范圍內有勻強磁場，磁場方向垂直線圈平面，若磁感覺強度為B，則穿過線圈的磁通量為()A．πBR2B．πBr2C．nπBR2D．nπBr2分析：選B由磁通量的定義式知Φ＝BS＝πBr2，故B正確。3.以以下圖，AB是水平面上一個圓的直徑，在過AB的豎直面內有一根通電直導線CD，已知CD∥AB。當CD豎直向上平移時，電流的磁場穿過圓面積的磁通量將()A．漸漸增大B．漸漸減小C．素來為零D．不為零，但保持不變分析：選C因為通電直導線CD位于AB的正上方，依據(jù)安培定章可知，通電直導線CD產生的磁感線在以AB為直徑的圓內穿入和穿出的條數(shù)相同，所以無論電流怎么變化，導線下邊圓內部的磁通量素來為0。4.以以下圖，通電螺線管水平固定，OO′為其軸線，a、b、c三點在該軸線上，在這三點處各放一個圓滿相同的小圓環(huán)，且各圓環(huán)平面垂直于OO′軸。則對于這三點的磁感覺強度Ba、Bb、Bc的大小關系及穿過三個小圓環(huán)的磁通量Φa、Φb、Φc的大小關系，以下判斷正確的選項是()A．Ba＝Bb＝Bc，Φa＝Φb＝ΦcB．Ba>Bb>Bc，Φa<Φb<ΦcC．Ba>Bb>Bc，Φa>Φb>ΦcD．Ba>Bb>Bc，Φa＝Φb＝Φc分析：選C越湊近螺線管的地方磁場的磁感覺強度越強，由題圖知，a、b、c三點的磁感覺強度Ba、Bb、Bc的大小關系為Ba>Bb>Bc；三個小圓環(huán)的面積相同，依據(jù)磁通量的定義Φ＝BS可知，Φa>Φb>Φc，所以A、B、D錯，C正確。5．[多項選擇]以以下圖，在勻強磁場中有兩條平行的金屬導軌，磁場方向與導軌平面垂直。導軌上有兩條可沿導軌自由挪動的金屬棒ab、cd，與導軌接觸優(yōu)秀。這兩條金屬棒ab、cd的運動速度分別是v1、v2，且井字形回路中有感覺電流經過，則兩金屬棒的運動狀況可能是()A．v1＞v2B．v1＜v2C．v1＝v2D．沒法確立分析：選AB只需金屬棒ab、cd的運動速度不相等，穿過井字形回路的磁通量就發(fā)生變化，閉合回路中就會產生感覺電流。應選項A、B正確。6.以以下圖，一有限范圍的勻強磁場，寬度為d，將一邊長為l的正方形導線框以速度v勻速地經過磁場所區(qū)，若d>l，則線框中不產生感覺電流的時間應等于()A.eq\f(d,v)B.eq\f(l,v)C.eq\f(d－l,v)D.eq\f(d－2l,v)分析：選C當線框剛剛圓滿進入磁場時至線框剛剛出磁場時，經過線框的磁通量不發(fā)生變化，線框中不會產生感覺電流，C正確。7.以以下圖，在條形磁鐵的外面套著一個閉合金屬彈簧線圈P，現(xiàn)使勁從四周拉彈簧線圈，使線圈包圍的面積變大，則以下對于穿過彈簧線圈磁通量的變化以及線圈中能否有感覺電流產生的說法中，正確的選項是()A．磁通量增大，有感覺電流產生B．磁通量增大，無感覺電流產生C．磁通量減小，有感覺電流產生D．磁通量減小，無感覺電流產生分析：選C此題中條形磁鐵磁感線的散布以以下圖(從上向下看)。磁通量是指穿過一個面的磁感線的多少，因為垂直紙面向外的和垂直紙面向里的磁感線要抵消一部分，當彈簧線圈P的面積擴大時，垂直紙面向里的磁感線條數(shù)增添，而垂直紙面向外的磁感線條數(shù)是必定的，故穿過這個面的磁通量將減小，回路中會有感覺電流產生，選項C正確。8.以以下圖，大圓導線環(huán)A中通有逆時針方向的電流，在導線環(huán)所在平面內有一個圓B，它的一半面積在A環(huán)內，另一半面積在A環(huán)外，則穿過圓B的磁通量()A．為零B．垂直環(huán)面向里C．垂直環(huán)面向外D．條件不足，沒法判斷分析：選C因為通電導線環(huán)的磁場的磁感線是中心密集、外面罕見，所以穿過圓B的合磁通量是垂直環(huán)面向外的，選項C正確。9.兩根通電直導線M、N都垂直紙面固定擱置，經過它們的電流方向以以下圖，線圈的平面跟紙面平行，現(xiàn)將線圈從地點A沿M、N連線的中垂線快速平移到地點B，則在平移過程中，線圈中的感覺電流()A．沿順時針方向，且愈來愈小B．沿逆時針方向，且愈來愈大C．素來為零D．先沿順時針方向，后沿逆時針方向分析：選C由安培定章可判斷出AB連線上的磁場方向平行于紙面，所以穿過線圈的磁通量素來為零，線圈中不產生感覺電流，應選C。10.[多項選擇]以以下圖，在同一鐵芯上有A和C兩個線圈，此中A線圈與滑動變阻器、電源、開關相連，C線圈兩頭與敏捷電流計相連。在以下采納的做法中，能使敏捷電流計指針偏轉的是()A．開關S閉合的瞬時B．開關S閉合后，變阻器滑片P向右滑動C．開關S閉合后，變阻器滑片P保持不動D．開關S斷開的瞬時分析：選ABD當開關S閉合瞬時，A線圈中電流變化，磁通量變化，使C線圈中的磁通量變化，產生感覺電流，敏捷電流計指針偏轉，選項A