第1節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)

第2節(jié)探究感應電流的產(chǎn)生條件

追悔莫及的亨利美國物理學家亨利是奧爾巴尼學院的教授，由于教學任務繁重，也沒有專門的實驗室，他主要利用假期在學院的大廳里進行電學實驗工作．1829年8月的暑假，亨利在考察繞有不同長度導線的電磁鐵所產(chǎn)生磁力的大小時，意外地發(fā)現(xiàn)，當通電導線中的電流被突然切斷時，會產(chǎn)生強烈的電火花．當時亨利無法給出解釋，這一重要發(fā)現(xiàn)被擱置下來了．1830年8月的暑假，亨利繼續(xù)上次的實驗．他發(fā)現(xiàn)當電磁鐵導線中突然通入強電流時，電流計的指針向一個方向偏轉(zhuǎn)；當電磁鐵導線中的電流突然消失時，電流計的指針反向偏轉(zhuǎn)；當電磁鐵導線中電流保持穩(wěn)定時，電流計的指針不偏轉(zhuǎn)．亨利對這一現(xiàn)象感到很奇怪，但暑假結(jié)束了，他只得停止實驗．到了1832年6月，亨利在雜志上看到了法拉第在1831年所做的電磁感應實驗的簡訊，立即痛苦地意識到法拉第的發(fā)現(xiàn)與自己兩年前的發(fā)現(xiàn)相類似．他馬上用自己的舊儀器進一步完善了過去的實驗，并把自己前前后后做的實驗做了一個總結(jié)，寫成一篇論文．即使這樣，在電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)上，亨利只能屈居第二了．一、電流的磁效應1．電流的磁效應1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)載流導線能使小磁針偏轉(zhuǎn)，這種作用稱為電流的磁效應．2．發(fā)現(xiàn)電流的磁效應的意義(1)電流的磁效應的發(fā)現(xiàn)證實了電和磁存在著必然的聯(lián)系，突破了人類對電與磁認識的局限性，掀起了一場研究電與磁關系的革命．(2)在奧斯特電流磁效應的影響下，法國物理學家安培研究了不同形狀的電流產(chǎn)生的磁場，提出了判斷電流產(chǎn)生的磁場的右手螺旋法則，并提出了著名的“分子電流”假說，揭示了磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷運動產(chǎn)生的．(3)奧斯特的發(fā)現(xiàn)激發(fā)了人們探索“磁生電”的方法，在“磁生電”這一光輝思想的指引下，英國物理學家法拉第經(jīng)過十年的不懈努力終于找到了“磁生電”的條件，于1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象．二、電磁感應現(xiàn)象1．電磁感應現(xiàn)象

1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，即“由磁生電”的條件，產(chǎn)生的電流叫感應電流．法拉第把引起電流的原因概括為五類：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．注意：

“磁生電”是一種在運動變化過程中才出現(xiàn)的效應．2．發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的意義

(1)電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使人們對電與磁內(nèi)在聯(lián)系的認識更加完善，宣告了電磁學作為一門統(tǒng)一學科的誕生．(2)電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使人們找到了磁生電的條件，開辟了人類的電氣化時代．

三、探究產(chǎn)生感應電流的條件

1．實驗過程實驗1

如下圖所示，導體AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產(chǎn)生，而導體AB順著磁感線運動時，線路中無電流產(chǎn)生．在實驗1中，當導體AB在磁場中靜止或平行于磁感線運動時，無論磁場多強，閉合回路中都無電流；當導體AB做切割磁感線運動時，閉合回路中有電流產(chǎn)生．實驗2如下圖所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中有電流產(chǎn)生，但磁鐵在線圈中靜止不動時，線圈中無電流產(chǎn)生．在實驗2中，當條形磁鐵靜止在螺線管中時，無論磁鐵的磁場多強，回路中都沒有電流；將磁鐵插入或拔出螺線管時，組成螺線管的導線切割磁感線，閉合回路中有電流產(chǎn)生．實驗3如右圖所示，將小螺線管AB插入大螺線管CD中不動，當開關S接通或斷開時，電流表中有電流通過；若開關S一直閉合，當改變滑動變阻器的阻值時，電流表中也有電流通過；而開關一直閉合，滑動變阻器不動時，無電流產(chǎn)生．

在實驗3中，導體和磁場之間并沒有發(fā)生相對運動．當螺線管AB中電流不變時，螺線管CD中沒有電流產(chǎn)生；而當螺線管AB中的電流變化時，螺線管CD中就產(chǎn)生了電流.注意：進一步分析不難看出：實驗1是通過導體相對磁場運動改變磁通量；實驗2是磁體即磁場運動改變磁通量；實驗3通過改變電流從而改變磁場強弱，進而改變磁通量，所以可以將產(chǎn)生感應電流的條件描述為“不論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應電流”．3．實驗結(jié)論產(chǎn)生感應電流的條件：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應電流．注意：電路閉合，磁通量變化，是產(chǎn)生感應電流的兩個必要條件，缺一不可，電路中有沒有磁通量不是產(chǎn)生感應電流的條件，如果穿過電路的磁通量盡管很大但不變化，那么無論有多大，也不會產(chǎn)生感應電流．

如下圖所示，線圈平面與水平方向成θ角，磁感線豎直向下，設磁感應強度為B，線圈面積為S，則穿過線圈的磁通量Φ＝________.

解析：線圈平面abcd與磁感應強度B方向不垂直，不能直接用Φ＝BS計算，處理時可以用不同的方法：法一：把S投影到與B垂直的方向即水平方向，如圖中a′b′cd，S⊥＝Scosθ，故Φ＝BS⊥＝BScosθ.法二：把B分解為平行于線圈平面的分量B∥和垂直于線圈平面的分量B⊥，顯然B∥不穿過線圈，且B⊥＝Bcosθ，故Φ＝B⊥S＝BScosθ.答案：BScosθ

變式遷移如下圖所示，有一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L＝0.20m的正方形，放在磁感應強度為B＝0.50T的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個線圈橫截面的形狀由正方形改變成圓形(橫截面的周長不變)，在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？解析：線圈橫截面為正方形時的面積S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10－2m2.穿過線圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb截面形狀為圓形時，其半徑r＝4L/2π＝2L/π.截面積大小S2＝π(2L/π)2＝16/(100π)m2.穿過線圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×16/(100π)Wb≈2.55×10－2Wb.所以，磁通量的變化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.答案：5.5×10－3Wb如下圖所示，正方形線圈在通電長直導線的磁場中運動：A向右平動，B向下平動，C繞軸轉(zhuǎn)動(ad邊向外)，D從紙面向外做平動，E向上平動(E線圈有個缺口)，判斷線圈中有沒有感應電流．解析：在直導線電流磁場中的五個線圈，原來磁通量都是垂直紙面向里的，對直線電流來說，離電流越遠，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(chǎn)生感應電流．B向下平動，穿過線圈的磁通量減少，必產(chǎn)生感應電動勢和感應電流．C繞軸轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量變化，必產(chǎn)生感應電動勢和感應電流．D離開紙面向外，線圈中磁通量減少，故情況同B、C.E向上平移，穿過線圈的磁通量增加，故產(chǎn)生感應電動勢，但由于線圈沒有閉合，因此無感應電流．答案：B、C、D中產(chǎn)生感應電流，A、E中不產(chǎn)生感應電流．變式遷移如右圖所示，閉合圓導線圈平行地放置在勻強磁場中，其中ac、bd分別是平行、垂直于磁場方向的兩直徑．試分析線圈做以下哪種運動時能產(chǎn)生感應電流(

)A．使線圈在其平面內(nèi)平動或轉(zhuǎn)動B．使線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動C．使線圈以ac為軸轉(zhuǎn)動D．使線圈以bd為軸稍做轉(zhuǎn)動解析：根據(jù)產(chǎn)生感應電流的條件可知：只需要使穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，就能在回路中產(chǎn)生感應電流．線圈在勻強磁場中運動，磁感應強度B為定值，根據(jù)前面分析ΔΦ＝B·ΔS知：只要回路中相對磁場的正對面積改變量ΔS≠0，則磁通量一定要改變，回路中一定有感應電流產(chǎn)生．當線圈在紙面內(nèi)平動或轉(zhuǎn)動時，線圈相對磁場的正對面積始終為零，因此ΔS＝0，因而無感應電流產(chǎn)生；當線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動時，同樣ΔS＝0，因而無感應電流產(chǎn)生；當線圈以ac為軸轉(zhuǎn)動時，線圈相對磁場的正對面積改變量ΔS仍為零，回路中仍無感應電流；當線圈以bd為軸稍作轉(zhuǎn)動，則線圈相對磁場的正對面積發(fā)生了改變，因此在回路中產(chǎn)生了感應電流．故選D.答案：D1．(2011年北京西城)許多科學家在物理學發(fā)展過程中做出了重要貢獻．下列表述正確的是(

)A．開普勒測出了引力常量B．法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象C．安培提出了磁場對運動電荷的作用力公式D．庫侖總結(jié)并確認真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用規(guī)律練習解析：引力常量是由卡文迪許利用扭秤實驗測得的，選項A錯誤；磁場對運動電荷的作用力公式是由洛倫茲提出的，選項C錯誤，正確答案為BD.答案：BD2．如右圖所示，開始時矩形線圈與磁場垂直，且一半在勻強磁場中，另一半在勻強磁場外，若要線圈中產(chǎn)生感應電流，下列方法中可行的是(

)A．將線圈向左平移一小段距離B．將線圈向上平移C．以ab為軸轉(zhuǎn)動(小于60°)D．以