電磁感應(yīng)第1節(jié)

第1節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)

第2節(jié)探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件

追悔莫及的亨利美國物理學(xué)家亨利是奧爾巴尼學(xué)院的教授，由于教學(xué)任務(wù)繁重，也沒有專門的實(shí)驗(yàn)室，他主要利用假期在學(xué)院的大廳里進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)工作．1829年8月的暑假，亨利在考察繞有不同長度導(dǎo)線的電磁鐵所產(chǎn)生磁力的大小時，意外地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通電導(dǎo)線中的電流被突然切斷時，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電火花．當(dāng)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(shí)驗(yàn)．他發(fā)現(xiàn)當(dāng)電磁鐵導(dǎo)線中突然通入強(qiáng)電流時，電流計的指針向一個方向偏轉(zhuǎn)；當(dāng)電磁鐵導(dǎo)線中的電流突然消失時，電流計的指針反向偏轉(zhuǎn)；當(dāng)電磁鐵導(dǎo)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(shí)驗(yàn)．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(yīng)實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步完善了過去的實(shí)驗(yàn)，并把自己前前后后做的實(shí)驗(yàn)做了一個總結(jié)，寫成一篇論文．即使這樣，在電磁感應(yīng)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(yīng)1．電流的磁效應(yīng)1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線能使小磁針偏轉(zhuǎn)，這種作用稱為電流的磁效應(yīng)．2．發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)的意義(1)電流的磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了電和磁存在著必然的聯(lián)系，突破了人類對電與磁認(rèn)識的局限性，掀起了一場研究電與磁關(guān)系的革命．(2)在奧斯特電流磁效應(yīng)的影響下，法國物理學(xué)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(yùn)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(xué)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(yīng)現(xiàn)象．二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即“由磁生電”的條件，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)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(yùn)動的恒定電流、運(yùn)動的磁鐵、在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體．注意：

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

(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使人們對電與磁內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn)識更加完善，宣告了電磁學(xué)作為一門統(tǒng)一學(xué)科的誕生．(2)電磁感應(yīng)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(yīng)電流的條件

1．實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)1

如下圖所示，導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動時，線路中有電流產(chǎn)生，而導(dǎo)體AB順著磁感線運(yùn)動時，線路中無電流產(chǎn)生．在實(shí)驗(yàn)1中，當(dāng)導(dǎo)體AB在磁場中靜止或平行于磁感線運(yùn)動時，無論磁場多強(qiáng)，閉合回路中都無電流；當(dāng)導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動時，閉合回路中有電流產(chǎn)生．實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)2中，當(dāng)條形磁鐵靜止在螺線管中時，無論磁鐵的磁場多強(qiáng)，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(dǎo)線切割磁感線，閉合回路中有電流產(chǎn)生．實(shí)驗(yàn)3如右圖所示，將小螺線管AB插入大螺線管CD中不動，當(dāng)開關(guān)S接通或斷開時，電流表中有電流通過；若開關(guān)S一直閉合，當(dāng)改變滑動變阻器的阻值時，電流表中也有電流通過；而開關(guān)一直閉合，滑動變阻器不動時，無電流產(chǎn)生．

在實(shí)驗(yàn)3中，導(dǎo)體和磁場之間并沒有發(fā)生相對運(yùn)動．當(dāng)螺線管AB中電流不變時，螺線管CD中沒有電流產(chǎn)生；而當(dāng)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(jìn)一步分析不難看出：實(shí)驗(yàn)1是通過導(dǎo)體相對磁場運(yùn)動改變磁通量；實(shí)驗(yàn)2是磁體即磁場運(yùn)動改變磁通量；實(shí)驗(yàn)3通過改變電流從而改變磁場強(qiáng)弱，進(jìn)而改變磁通量，所以可以將產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)電流”．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)電流．注意：電路閉合，磁通量變化，是產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度為B＝0.50T的勻強(qiáng)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(dǎo)線的磁場中運(yùn)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(yīng)電流．解析：在直導(dǎo)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(yuǎn)，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(yīng)電流．B向下平動，穿過線圈的磁通量減少，必產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流．C繞軸轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量變化，必產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)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(yīng)電動勢，但由于線圈沒有閉合，因此無感應(yīng)電流．答案：B、C、D中產(chǎn)生感應(yīng)電流，A、E中不產(chǎn)生感應(yīng)電流．變式遷移如右圖所示，閉合圓導(dǎo)線圈平行地放置在勻強(qiáng)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(yùn)動時能產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電流．線圈在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)電流產(chǎn)生．當(dāng)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(yīng)電流產(chǎn)生；當(dāng)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(yīng)電流產(chǎn)生；當(dāng)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(yīng)電流；當(dāng)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(yīng)電流．故選D.答案：D1．(2011年北京西城)許多科學(xué)家在物理學(xué)發(fā)展過程中做出了重要貢獻(xiàn)．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(yīng)現(xiàn)象C．安培提出了磁場對運(yùn)動電荷的作用力公式D．庫侖總結(jié)并確認(rèn)真空中兩個靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用規(guī)律練習(xí)解析：引力常量是由卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)測得的，選項(xiàng)A錯誤；磁場對運(yùn)動電荷的作用力公式是由洛倫茲提出的，選項(xiàng)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(qiáng)磁場中，另一半在勻強(qiáng)磁場外，若要線圈中產(chǎn)生感應(yīng)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