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电磁感应与电磁波
导入 神奇的电磁波
在我们周围，电磁波无处不在。虽然我们看不到、听不见电磁波，却能通过它进行语音或视频聊天，获取海量信息，远程遥控空调，指挥机器人上门服务，遥测人群体温，给交通工具导航等。 那么电磁波是怎样产生的？电磁波是怎样服务人类的呢？它围绕在我们周围会对健康造成影响吗？本章我们将通过学习电磁感应与电磁波来寻找答案。
1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕。电能够生磁，磁能够生电吗？当时的科学家对此进行了大量的实验和探索，法拉第在经历了大约 10 年的无数次反复实验后，终于发现了磁生电现象。本节将学习电磁感应现象及其应用。
第一节 电磁感应现象
我们已知，闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生电流（图 9-1），这种电流称为感应电流。是否只有在这种条件下磁才能生电呢？下面，我们利用实验 进行探究。
一、感应电流产生的条件
第一节 电磁感应现象
探究感应电流产生的条件
探究 1 如图 9-2 所示，将螺线管与电流计组成闭合回路。把条形磁体插入或拔出螺线管，观察电流计指针的变化。
探究 2 如图 9-3 所示，螺线管 与滑动变阻器、电源、开关组成一个回路；螺线管 放在螺线管 内，螺线管 与电流计组成一个闭合回路。
一、感应电流产生的条件
第一节 电磁感应现象
做中学
探究感应电流产生的条件
分别在开关闭合瞬间、开关闭合稳定后、开关闭合后再快速移动滑动变阻器滑片、开关断开瞬间这四种情形下，观察电流计指针的变化情况。
一、感应电流产生的条件
第一节 电磁感应现象
做中学
从实验可见，在探究 1 中，当条形磁体静止在螺线管中时，穿过螺线管 的磁通量不变，闭合回路中没有电流产生； 将条形磁体插入或从螺线管中拔出时，穿过螺线管 的磁通量发生了变化，闭合回路中有电流产生。
在探究 2 中，开关闭合稳定后，穿过螺线管 的磁通量不变，螺线管 所在回路中没有电流产生；开关闭合瞬间、断开瞬间，以及开关闭合后快速移动滑动变阻器的滑片时，螺线管 中的电流都发生了变化，产生的磁场的强弱也都发生了变化，由于两个螺线管套在一起，穿过螺线管 的磁通量相应地发生了变化，螺线管 所在回路中产生了电流。
大量实验研究表明：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生电流。这种现象称为电磁感应，产生的电流称为感应电流。
一、感应电流产生的条件
第一节 电磁感应现象
在上面实验中，回路中产生感应电流时，不同情况下灵敏电流计指针偏转方向不同，说明感应电流的方向不同。感应电流的方向应该怎样确定呢？下面，我们利用图 9-1 的实验装置进行探究。
二、感应电流的方向
第一节 电磁感应现象
做中学
感应电流的方向
在图 9-1 的实验装置中，保持磁场的方向不变，改变导体的运动方向，观察感应电流的方向有无变化。保持导体的运动方向不变，将磁铁 N、S 极对调，观察感应电流的方向有无变化。
从实验可知，当导体棒切割磁感线产生电流时，感应电流方向与磁场方向和导体运动方向都有关。进一步研究表明，感应电流方向可用右手定则来判断：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线穿过手心，使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向（图 9-4）。
1834 年，俄国物理学家楞次总结了大量电磁感应实验的结果，归纳出了感应电流方向的规律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律。楞次定律适用于判断各种情况下感应电流的方向。
二、感应电流的方向
第一节 电磁感应现象
在电磁感应现象中，闭合回路中有感应电流，就一定有电动势，电磁感应现象中产生的电动势称为感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。当电路不闭合，磁通量发生变化时，电路中没有电流，但依然存在感应电动势。
感应电动势的大小与哪些因素有关呢？让我们通过实验进行探究。
三、法拉第电磁感应定律
第一节 电磁感应现象
做中学
感应电动势与磁通量变化的关系
在图 9-2 的实验装置中，将条形磁体以不同速度插入或拔出螺线管，观察电流计指针偏转的角度情况。
从实验可知，当条形磁体插入螺线管或从螺线管中拔出的速度增大时，电流计指针偏转角度增大，表明电路中的感应电动势就越大。研究表明，穿过线圈的磁通量变化越快，产生的感应电动势就越大。
磁通量变化快慢可用磁通量的变化量与发生磁通量变化所用时间的比来表示，通常称为磁通量的变化率。
实验和理论证明：闭合回路中的感应电动势大小，跟穿过这一回路的磁通量变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。
三、法拉第电磁感应定律
第一节 电磁感应现象
设在 时间内，穿过闭合回路的磁通量从 变化到 ，则在这段时间内，穿过该回路的磁通量的变化量 ，磁通量的变化率为 。感应电动势用符号 表示，在 的单位是伏特（）， 的单位是韦伯（）， 的单位是秒（）时，法拉第电磁感应定律可表示为
三、法拉第电磁感应定律
第一节 电磁感应现象
在实际应用中，为了获得较大的感应电动势，常常采用多匝线圈。 匝线圈可视为由 个单匝线圈串联组成，如果穿过每个单匝线圈的磁通量的变化率都是 ，则 匝线圈的感应电动势
三、法拉第电磁感应定律
第一节 电磁感应现象
当导线切割磁感线时，感应电动势的公式还可写成另一种形式。如图 9-5 所示，在磁感应强度为 的匀强磁场中，垂直于磁场方向的长度为 的导线，以速率 向右运动，产生的感应电动势
三、法拉第电磁感应定律
第一节 电磁感应现象
式中，电动势 的单位是伏特（），磁感应强度 的单 位是特斯拉（），导线长度 的单位是米（），速度 的单 位是米 / 秒（）。
导体棒切割磁感线时相当于一个电源，电源内部的电流由负极流向正极。运用右手定则判断感应电流的方向，也就能判断感应电动势的方向。
三、法拉第电磁感应定律
第一节 电磁感应现象
作业与活动
第一节 电磁感应现象
1. 请根据右手定则判断下图中三种情况下感应电流的方向。
作业与活动
第一节 电磁感应现象
2. 有一个 1 000 匝的线圈，在 0.2 s 内通过它的磁通量从 0.01 Wb 增加 到 0.07 Wb，求线圈中的感应电动势。
3* . 研究表明，地磁场对鸽子识别方向起着重要作用。在北半球某处地磁场磁感应强度的竖直分量约为 。鸽子以 的速度水平滑翔，鸽子两翅展开可达 左右，试估算鸽子两翅之间产生的电动势。
项目任务与实践活动
第一节 电磁感应现象
4. 查阅资料，了解利用电磁感应现象记录与读取信息的基本原理，分析常用的磁记录应用案例，并与同学交流。
5* . 查阅资料，了解奥斯特电流磁效应与法拉第电磁感应定律对第二次工业革命的贡献，并撰写研究报告。

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