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11.3 磁通量 电磁感应现象
目录
contents
什么是磁通量
01
02
既然电流可以产生磁场，反过米磁场能否产生电流呢
03
产生感应电流的条件是什么
新课导入
电力工业是一个国家经济发展的命脉，2019 年，我国发电装机容量已达19亿千瓦。电力的获得依赖于煤炭、水力、风力、核燃料等能源的转换。正是由于物理学家发现了磁场与电场之间的联系，才使得其他形式的能转变成电能成为现实。磁场有何性质 它与电场有何联系呢
为了进一步研究磁场的性质，以及
磁场与电场之间存在的关系，物理学家
引人了磁通量的概念。
什么是磁通量
01
如何定义一个物理量来描述通过物体某一面积磁感线的条数？
S
B1
S
B2
通过面积S相同时，磁感线越密（B越大），通过磁感线的条数越多
磁感应强度B相同时，垂直磁场方向面积越大（SCOSθ越大），通过磁感线的条数越多
B
S
B
S
θ
SCOSθ
磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。
疏密不同是如何体现的？
想一想
1、定义：磁感应强度 B 与垂直磁场方向的有效面积 S 的乘积
2、定义式：
若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，Φ＝BScosθ。式中Scos θ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(如图所示)。
Φ = B·S⊥
S
B
Φ=BS ⊥
①当S⊥B垂直时
②当B∥S时,磁通量Φ=0
磁通量
3、单位：韦伯，简称韦 符号为Wb,
1 Wb＝1 T·m2=1v·s
4、物理意义：表示穿过某一面积的磁感线条数
5、磁通密度：垂直穿过单位面积的磁感线条数。即磁感应强度又叫磁通密度
定义式： B = Φ/S⊥ 故磁感应强度B的另一个单位:Wb/m2
1 Wb/m2 =1T
6、磁通量是标量，但有正、负，正、负只表示穿过平面的方向。当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。
B
S
Φ = BS
B
S
Φ = - BS
B1
S
B2
Φ =( B1 -B2 )S
说明：通过某一平面的磁通量的大小，可以用通过这个平面的磁感线的条数的多少来形象地说明。在同一磁场中，磁感应强度越大的地方，磁感线越密。因此，B越大，S越大，磁通量就越大，意味着穿过这个面的磁感线条数越多。过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和。即相反合磁通抵消以后剩余的磁通量。
磁通量变化ΔФ ＝Ф2－Ф1是某两个时刻穿过某个平面S的磁通量之差，即ΔФ取决于末状态的磁通量Ф2与初状态磁通量Ф1的代数差
磁通量的变化一般有三种形式:
1、B不变，有效面积S变化
2、B变化，S不变
3、B和S同时变化
磁通量的变化量
ΔΦ＝Φ2－Φ1
末态磁通量
初态磁通量
两根直导线通以如图的电流，且将磁场分成了四个区域，则这四个区域中，磁场加强的是哪个区域？
Ⅱ
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅰ、 Ⅲ
想一想
既然电流可以产生磁场，反过米磁场能否产生电流呢
02
奥斯特发现电流磁效应的实验揭示了电现象与磁现象之间的联系。自然界的许多规律都具有对称性，对称性是人类认识自然界的一个重要法则。那么电和磁是否也具有对称性 英国物理学家法拉第(图11-22)就认为电与磁应该是一对和谐的对称现象。
经过近十年的艰苦探索，1831年，法拉第对此终于有所发现。如图11-23所示，在软铁环的A侧接好导线，把B侧的线圈接到灵敏电流计上，再把A侧的线圈接到电池组上;当A侧电路接通的瞬间，法拉第看到B侧灵敏电流计的指针立即明显偏转，这就表明B侧的线圈中出现了电流;当A侧电路断开时，他又看到指针向相反方向偏转。由于通电线圈产生磁场，法拉第把他发现的这种由磁产生电流的现象正式定名为电磁感应(electromagnetic induction)现象，产生的电流就叫做感应电流(induction current)。
产生感应电流的条件是什么
03
探究1：磁铁在螺线管中运动是否产生电流
图4－1－2
将螺线管与电流计组成闭合回路，把条形磁铁插入或拔出螺线管，实验现象
实验操作 实验现象 (有无电流) 实验操作 (有无电流) 实验现象
N极插入线圈 ___ S极插入线圈 ___
N极停在线圈中 ___ S极停在线圈中 ___
N极从线圈中抽出 ___ S极从线圈中抽出 ___
有
无
有
有
有
无
结论：
当磁铁和线圈发生相对运动时，回路中有感应电流产生；
当磁铁和线圈相对静止时，回路中无感应电流
探究2：模拟法拉第的实验
线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面，实验现象如下：
实验过程
断开、闭合开关
开关和变阻器的状态 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时，滑动变阻器不动
开关闭合时，滑片从右向左移动
有电流
有电流
开关闭合时，滑片从左向右移动
实验过程
闭合开关移动滑动触头
开关和变阻器的状态 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时，滑动变阻器不动
开关闭合时，滑片从右向左移动
有电流
有电流
开关闭合时，滑片从左向右移动
无电流
有电流
有电流
结论：
当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生。
动画模拟
开关和变阻器的状态 线圈B的磁通量是否变化 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时，滑动变阻器不动
开关闭合时，滑片从右向左移动
有电流
有电流
磁通量从无到有
磁通量从有到无
开关闭合时，滑片从左向右移动
断开、闭合开关
动画模拟
闭合开关移动滑动触头
开关和变阻器的状态 线圈B的磁通量是否变化 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时，滑动变阻器不动
开关闭合时，滑片从左向右移动
有电流
有电流
磁通量从无到有
磁通量从有到无
开关闭合时，滑片从右向左移动
无电流
磁通量不变
磁通量从小增大
有电流
磁通量从大减少
有电流
1 ．结论：无论用什么方法，只要使闭合电路的磁通量发生变化，闭合电流中就会有感应电流产生
2 ．产生感应电流的条件：（感应电流有无的判断依据）
（1）电路闭合
（2）磁通量发生变化
小结：
线圈内的磁场强弱发生变化时，是否一定产生感应电流 将一块条形磁体固定在一个特殊圆锥曲面的上端，该圆锥外曲面的形状恰好沿着条形磁体的磁感线(图11-28)。将一根导线两端连接微电流传感器的输人端(或者灵敏电流计);再将导线环绕在圆锥外曲面的下端。沿曲面拉动导线，使导线沿着圆锥外曲面向上滑动。该导线组成的闭合回路内的磁场变强，但是微电流传感器(或者灵敏电流计)却没有检测到感应电流。
大 家 谈
为什么线圈内的磁场变强时，却没有产生感应电流呢
新中国成立以来，我国电力工业在火力发电、水力发电、风力发电和核能发电等领域都取得了举世瞩目的成就。尤其在核能发电领域，我国自主研发的第三代核电“华龙一号”发电机(图11-19)具有多项设计创新，其安全指标和技术性能都达到了国际三代核电技术的
先进水平。但归根结底，无论是火力
发电、水力发电、风力发电，还是核
电站的发电，都是利用了电磁感应的
基本原理。
典例分析
04
【例题1】下列图中能产生感应电流的是(　　)
【解析】根据产生感应电流的条件可判断：A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，穿过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，ΔΦ＝0，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流。
【答案】B
【例题2】如图所示的装置，在下列各种情况中，不能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是（ ）
A.开关S闭合或断开的瞬间
B.开关S闭合后，电路中电流稳定时
C.开关S闭合后，滑动变阻器触头滑动的瞬间
D.把螺线管内铁芯迅速抽出的过程中
【答案】B
A．G1、G2中都有电流通过
B．G1、G2中都没有电流通过
C．只有G1中有电流通过
D．只有G2中有电流通过
【解析】虽然线圈abcd构成的闭合回路中没有磁通量的变化，但电流表G2与金属导轨构成的闭合回路中磁通量发生变化，有感应电流流过G1和G2，所以A对。
【答案】A
1.如图所示A、B两个同心圆处于一个垂直的匀强磁场当中，则有（　）
A.　　　　　B. C.　　　　　D.无法确定
A
课堂练习
Ａ
B
如图所示A、B两个同心圆中有垂直于环面的匀强磁场，则有（　）
A.　　　　　B. C.　　　　　D.无法确定
B
Ａ
B
x x x
x x x
有效面积相同
2．如图4－1－6所示，能产生感应电流的是(　　)
A．磁铁向下运动
B．磁铁停在线圈中不动
C．磁铁向上运动
D．只要有磁铁就一定有电流
图4－1－6
AC
3、如图4－1－8所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属线框共面，第一次将金属线框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属线框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　)
A．ΔΦ1＞ΔΦ2　　　　
B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1＜ΔΦ2
D．不能判断
图4－1－8
C
解析：选C.设线框在位置Ⅰ时的磁通量为Φ1，在位置Ⅱ时的磁通量为ΦⅡ，直线电流产生的磁场在Ⅰ处比在Ⅱ处要强，ΦⅠ＞ΦⅡ.
将线框从Ⅰ平移到Ⅱ，磁感线是从线框的同一面穿过的，所以ΔΦ1＝|ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ－ΦⅡ；将线框从Ⅰ绕cd边转到Ⅱ，磁感线分别是从线框的正反两面穿过的，所以ΔΦ2＝|(－ΦⅡ)－ΦⅠ|＝ΦⅠ＋ΦⅡ(以原来穿过的为正，则后来从另一面穿过的为负)．故正确选项为C.
4、 如图4－1－9所示，直导线中通以电流I，矩形线圈与通电直导线共面，下列情况中能产生感应电流的是( 　　)
A．电流I增大时
B．线圈向右平动
C．线圈向下平动
D．线圈绕ab边转动
图4－1－9
ABD
5、如图L为一根无限长的通电直导线，M为一金属环，L通过M的圆心并与M所在的平面垂直，且通以向上的电流I，则(　　)
A．当L中的电流发生变化时，环中有感应电流
B．当M左右平移时，环中有感应电流
C．当M保持水平，在竖直方向上下移动时环中有感应电流
D．只要L与M保持垂直，则以上几种情况，环中均无感应电流
图4－1－10
D
6. 矩形线圈ABCD位于通电长直导线附近，线圈与导线在一个平面内，线圈的两个边与导线平行。下列哪种情况线圈中产生感应电流？
（1）在这个平面内，线圈远离或靠近长直导线时；
（2）在这个平面内，线圈沿着平行与导线的方向上下运动时；
（3）线圈以AB边为轴转动时；
（4）线圈以AD边为轴转动时；
（5）线圈以长直导线为轴转动时；
（6）长直导线中的电流发生变化时；
（7）在中心点不变的情况下，把
矩形线圈ABCD拉成圆形时。
答案：（1）（3）（4）（6）（7）

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