PAGE14-電磁感應(yīng)的發(fā)覺感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]物理觀念：能夠從分析歸納感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的過程中，加深對磁通量的概念及其變更的理解，形成“磁生電”的相識．科學(xué)探究：1.了解探究感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的試驗方法.2.經(jīng)驗探究過程，綜合信息得出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件．科學(xué)思維：從有序設(shè)計的系列遞進(jìn)試驗，用歸納思想得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的一般性條件，并會推斷分析詳細(xì)實例．科學(xué)看法與責(zé)任：了解人類探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的過程，體會并培育探究自然規(guī)律的科學(xué)看法和科學(xué)精神．一、奧斯特試驗的啟迪1820年，奧斯特從試驗中發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)．二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)覺1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)覺了“磁生電”現(xiàn)象，他把這種現(xiàn)象命名為電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流．三、感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更時，這個閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生．1．推斷下列說法的正誤．(1)若把導(dǎo)線東西放置，當(dāng)接通電源時，導(dǎo)線下面的小磁針肯定會發(fā)生轉(zhuǎn)動．(×)(2)奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)；法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象．(√)(3)小磁針在通電導(dǎo)線旁邊發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象．(×)(4)通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象是電流的磁效應(yīng)．(×)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(zhuǎn)”或“偏轉(zhuǎn)”)；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(zhuǎn)”或“偏轉(zhuǎn)”)．圖1答案偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)一、磁通量及其變更如圖所示，閉合導(dǎo)線框架的面積為S，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.(1)分別求出B⊥S(圖示位置)和B∥S(線框繞OO′轉(zhuǎn)過90°)時，穿過閉合導(dǎo)線框架平面的磁通量．(2)由圖示位置繞OO′轉(zhuǎn)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更了多少？答案(1)BS0(2)eq\f(1,2)BS削減了eq\f(1,2)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(shù)的多少，與線圈匝數(shù)無關(guān)．(2)磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)，其正、負(fù)分別表示與規(guī)定的穿入方向相同、相反．2．勻強(qiáng)磁場中磁通量的計算(1)B與S垂直時，Φ＝BS.(2)B與S不垂直時，Φ＝BS⊥(S⊥為線圈在垂直磁場方向上的投影面積)或Φ＝B⊥S(B⊥為B垂直于線圈平面的重量)．如圖2所示，Φ＝BSsinθ.圖23．磁通量的變更大致可分為以下幾種狀況：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，有效面積S發(fā)生變更．如圖3(a)所示．(2)有效面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變更．如圖(b)所示．(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和有效面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變更．如圖(c)所示．圖3例1如圖4所示，有一垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)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(nèi)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eq\f(r,2)，1匝．圖4(1)在B減為eq\f(B,2)的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變更了多少？(2)在磁場轉(zhuǎn)過90°角的過程中，線圈C中的磁通量變更了多少？轉(zhuǎn)過180°角呢？答案(1)A、B線圈中的磁通量均削減了eq\f(Bπr2,2)(2)削減了eq\f(1,4)Bπr2削減了eq\f(1,2)Bπr2解析(1)A、B線圈中的磁通量始終一樣，故它們的變更量也一樣．ΔΦ＝(eq\f(B,2)－B)·πr2＝－eq\f(Bπr2,2)即A、B線圈中的磁通量都削減了eq\f(Bπr2,2)(2)對線圈C，Φ1＝Bπr′2＝eq\f(1,4)Bπr2當(dāng)磁場轉(zhuǎn)過90°時，Φ2＝0，故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝－eq\f(1,4)Bπr2當(dāng)轉(zhuǎn)過180°時，磁感線從另一側(cè)穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ3為負(fù)，有Φ3＝－eq\f(1,4)Bπr2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－eq\f(1,2)Bπr2.例2磁通量是探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量，如圖5所示，通有恒定電流的導(dǎo)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，其次次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，設(shè)先后兩次通過線框的磁通量變更量的大小分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()圖5A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．無法確定答案C解析設(shè)閉合線框在位置1時穿過閉合線框的磁通量為Φ1，平移到位置2時穿過閉合線框的磁通量為Φ2，導(dǎo)線MN中的電流產(chǎn)生的磁場在位置1處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比在位置2處要強(qiáng)，故Φ1>Φ2.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ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；將閉合線框從位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，穿過閉合線框的磁感線反向，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(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(fù)方向)，故正確選項為C.二、感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件1．試驗：探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(1)如圖6所示，導(dǎo)體AB做切割磁感線運動時，線路中________電流產(chǎn)生，而導(dǎo)體AB順著磁感線運動時，線路中________電流產(chǎn)生．(填“有”或“無”)圖6(2)如圖7所示，當(dāng)條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中________電流產(chǎn)生，但條形磁鐵在線圈中靜止不動時，線圈中________電流產(chǎn)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(dāng)開關(guān)S閉合或斷開時，電流表中________電流通過；若開關(guān)S始終閉合，當(dāng)變更滑動變阻器的阻值時，電流表中________電流通過；而開關(guān)始終閉合，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(jié)：試驗(1)中：導(dǎo)體棒切割磁感線運動，回路面積發(fā)生變更，從而引起了磁通量的變更，產(chǎn)生了感應(yīng)電流．試驗(2)中：磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中的磁場發(fā)生變更，從而引起了磁通量的變更，產(chǎn)生了感應(yīng)電流．試驗(3)中：開關(guān)閉合、斷開、滑動變阻器的滑動觸頭移動時，A線圈中電流變更，從而引起穿過B的磁通量變更，產(chǎn)生了感應(yīng)電流．三個試驗的共同特點是：產(chǎn)生感應(yīng)電流時閉合回路的磁通量都發(fā)生了變更．答案(1)有無(2)有無(3)有有無2．感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的理解例3(多選)下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()答案BD解析A選項中，電路沒有閉合，無感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電流；D選項中，穿過閉合電路的磁通量減小，有感應(yīng)電流．[學(xué)科素養(yǎng)]本題通過分析四種狀況是否有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，加深了學(xué)生對磁通量概念、磁通量的變更的理解，進(jìn)一步駕馭感應(yīng)電流產(chǎn)生的兩個條件：(1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變更．通過這樣的訓(xùn)練熬煉了學(xué)生的歸納思維實力，較好地體現(xiàn)了“物理觀念”和“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng)．針對訓(xùn)練(多選)如圖9所示裝置，在下列各種狀況中，能使懸掛在螺線管旁邊的銅質(zhì)閉合線圈A中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()圖9A．開關(guān)S閉合的瞬間B．開關(guān)S閉合后，電路中電流穩(wěn)定時C．開關(guān)S閉合后，滑動變阻器觸頭滑動的瞬間D．開關(guān)S斷開的瞬間答案ACD1．(電磁感應(yīng)現(xiàn)象的相識)(2024·南通市高二上學(xué)期調(diào)研)下列現(xiàn)象中，屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是()A．通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動B．因閉合線圈在磁場中運動而產(chǎn)生電流C．磁鐵吸引小磁針D．小磁針在通電導(dǎo)線旁邊發(fā)生偏轉(zhuǎn)答案B解析線圈在磁場中由于磁通量的變更而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，B正確．A中通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)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(yīng)，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(nèi)，磁場方向與水平方向成α角，已知sinα＝eq\f(4,5)，回路面積為S，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則通過線框的磁通量為()圖10A．BSB.eq\f(4,5)BSC.eq\f(3,5)BSD.eq\f(3,4)BS答案B解析依據(jù)磁通量的定義可得通過線框的磁通量Φ＝BSsinα，代入解得Φ＝eq\f(4,5)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Φa、Φb的大小關(guān)系為()圖11A．Φa>Φb B．Φa<ΦbC．Φa＝Φb D．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：①磁鐵內(nèi)、外磁感線的條數(shù)相同；②磁鐵內(nèi)、外磁感線的方向相反；③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(nèi)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Φ＝Φ進(jìn)－Φ出，由于兩圓環(huán)面積Sa<Sb，兩圓環(huán)的Φ進(jìn)相同，而Φ出a<Φ出b，所以穿過兩圓環(huán)的磁通量Φa>Φb，故A正確．4．(產(chǎn)生感應(yīng)電流的推斷)(多選)如圖所示，正方形線圈處在電流恒定的長直導(dǎo)線形成的磁場中：A向右平動，B向下平動，C繞軸轉(zhuǎn)動(ad邊向外)，D向上平動(D線圈有個缺口)．則線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()答案BC解析在通電長直導(dǎo)線的磁場中，四個線圈所處位置的磁通量都是垂直于紙面對里的，離導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場就越弱．A向右平動，穿過線圈的磁通量沒有變更，故A線圈中沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流；B向下平動，穿過線圈的磁通量削減，必產(chǎn)生感應(yīng)電流；C繞軸轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量不斷變更，必產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)電流．5．(產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件)(2024·上海魯迅中學(xué)高二上學(xué)期期末)圖12為“探討感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”的試驗電路圖．圖12(1)請在圖中連線，把試驗裝置連接完整．(2)起先試驗時，滑動變阻器滑片P應(yīng)當(dāng)放置在________(填“a”或“b”)．(3)閉合開關(guān)后，請寫出三種使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法：①__________________；②__________________；③________________.答案(1)見解析圖(2)a(3)①斷開開關(guān)②插入或拔出線圈A③移動滑動變阻器的滑片解析(1)將電源、開關(guān)、滑動變阻器、線圈A串聯(lián)成一個回路，留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，滑動變阻器采納限流式接法，為愛護(hù)電路應(yīng)當(dāng)使接入電路的電阻最大，在閉合開關(guān)S前，滑動變阻器滑片P應(yīng)置于a端．(3)開關(guān)S閉合后還有多種方法能使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)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(guān)等.一、選擇題考點一電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)覺與相識1．很多科學(xué)家在物理學(xué)發(fā)展中做出了重要貢獻(xiàn)，下列表述中正確的是()A．牛頓測出引力常量B．法拉第發(fā)覺電磁感應(yīng)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(jié)并確認(rèn)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(chǎn)生電”設(shè)想的試驗中，能視察到感應(yīng)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，然后視察電流表的變更B．在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，一段時間后視察電流表的變更C．將一房間內(nèi)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，再到相鄰房間去視察電流表的變更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，視察電流表的變更答案D解析同時滿意電路閉合和穿過電路的磁通量發(fā)生變更這兩個條件，電路中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流，本題中的A、B選項都不會使電路中的磁通量發(fā)生變更，并不滿意產(chǎn)生感應(yīng)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(chǎn)生，但未能剛好視察，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)生變更，產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此D項正確．考點二磁通量及其變更的分析3．如圖1所示，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)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Φ1和Φ2表示穿過大、小兩環(huán)的磁通量，則有()圖1A．Φ1>Φ2 B．Φ1<Φ2C．Φ1＝Φ2 D．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(shù)沒有變更，所以選C.4．如圖2所示，線圈ABCO的面積為0.4m2，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1T，方向為x軸正方向．在線圈由圖示位置繞z軸向下轉(zhuǎn)過60°的過程中，通過線圈的磁通量變更了()圖2A.3.46×10－2WbB.2×10－2WbC.0 D.4×10－2Wb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Φ1＝0；當(dāng)線圈由，則通過線圈的磁通量變更量為ΔΦ＝Φ2－Φ1＝3.46×10－2Wb，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(dāng)線框由圖中位置Ⅰ經(jīng)過中間位置Ⅱ到達(dá)位置Ⅲ時，穿過線框的磁通量變更狀況為()圖3A．不發(fā)生變更B．先削減后增加C．先增加后削減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Ⅱ時磁通量最小，故從Ⅰ經(jīng)Ⅱ到Ⅲ，磁通量先削減后增加，選項B正確．6．如圖4所示，固定的長直導(dǎo)線中通有恒定電流，一矩形線框從abcd位置平移到a′b′c′d′位置的過程中，關(guān)于穿過線框的磁通量狀況，下列敘述正確的是()圖4A．始終增加B．始終削減C．先增加后削減D．先增加，再削減到零，然后再增加，然后再削減答案D解析離導(dǎo)線越近，磁場越強(qiáng)，當(dāng)線框從左向右靠近導(dǎo)線的過程中，穿過線框的磁通量增大，當(dāng)線框跨在導(dǎo)線上向右運動時，磁通量減小，當(dāng)導(dǎo)線在線框正中心時，磁通量為零，從該位置向右，磁通量又增大，當(dāng)線框離開導(dǎo)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(yīng)電流的推斷7．(多選)下列選項中的操作能使如圖5所示的三種裝置產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()圖5A．甲圖中，使導(dǎo)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(guān)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(guān)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(dǎo)體棒順著磁感線運動，穿過閉合電路的磁通量沒有發(fā)生變更，無感應(yīng)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削減，線圈中都能產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B正確；C中開關(guān)S一干脆通，回路中為恒定電流，螺線管A產(chǎn)生的磁場穩(wěn)定，螺線管B中的磁通量無變更，無感應(yīng)電流，故C錯誤；D中開關(guān)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更，從而使螺線管A產(chǎn)生的磁場變更，故螺線管B中的磁通量變更，有感應(yīng)電流，故D正確．8．(2024·南通中學(xué)高二上學(xué)期期中)如圖所示，矩形線框在足夠大的勻強(qiáng)磁場中做的各種運動中，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()答案B解析矩形線框中磁通量變更的只有B圖，因此只有B圖中線框能產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選B.9．(多選)(2024·廣南縣一中高二上學(xué)期月考)如圖6所示，線圈abcd在磁場區(qū)域ABCD中，下列哪種狀況下線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)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．使磁場增加或減弱D．使線圈以過ab的直線為軸旋轉(zhuǎn)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(yīng)電流產(chǎn)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(yīng)電流產(chǎn)生，B錯誤；使磁場增加或減弱，線圈中磁通量增大或減小，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，C正確；使線圈以過ab的直線為軸旋轉(zhuǎn)，線圈在磁場中的有效面積發(fā)生變更，線圈中磁通量發(fā)生變更，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，D正確．10．(多選)如圖7所示，線圈Ⅰ和線圈Ⅱ繞在同一個鐵芯上，下列狀況中能引起電流計指針轉(zhuǎn)動的是()圖7A．閉合開關(guān)瞬間B．開關(guān)閉合穩(wěn)定后C．開關(guān)閉合穩(wěn)定后移動滑動變阻器的滑片D．?dāng)嚅_開關(guān)瞬間答案ACD解析開關(guān)閉合瞬間線圈Ⅰ中電流從無到有，穿過線圈Ⅱ的磁通量也從無到有，線圈Ⅱ中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流計指針偏轉(zhuǎn)．開關(guān)閉合穩(wěn)定后，線圈Ⅰ中電流穩(wěn)定不變，穿過線圈Ⅱ的磁通量穩(wěn)定不變，線圈Ⅱ中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計指針不偏轉(zhuǎn)．開關(guān)閉合穩(wěn)定后，移動滑動變阻器的滑片，線圈Ⅰ中的電流變更，穿過線圈Ⅱ的磁通量也發(fā)生變更，線圈Ⅱ中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計指針偏轉(zhuǎn)．開關(guān)斷開瞬間，線圈Ⅰ中電流從有到無，穿過線圈Ⅱ的磁通量也從有到無，線圈Ⅱ中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計指針偏轉(zhuǎn)．所以選A、C、D.11．(多選)(2024·山西高校附屬中學(xué)高二月考)如圖8所示，A、B兩回路中各有一開關(guān)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(yīng)的結(jié)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(zhuǎn)B．S1、S2閉合后，再斷開S2的瞬間，電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．S1、S2閉合后，再斷開S1的瞬間，電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)答案AD解析先閉合S2，構(gòu)成閉合電路，當(dāng)后閉合