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第5章　初识电磁场与电磁波
第2节　电磁感应现象及其应用
核心素养：1.知道电磁感应现象在生活中的应用. 2.理解产生感应电流的条件，理解 电磁感应现象. 3.通过观察实验现象，分析归纳在磁场中产生感应电流的条件. 4.通 过探究产生电磁感应的条件，体验由实验发现规律的乐趣，养成探究物理规律的良好 习惯.
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研习任务一　磁通量
合作　讨论
一面积S的矩形导线框abcd水平放置于匀强磁场中，如图中位置Ⅰ，磁场方向竖直 向下，磁感应强度大小为B. 请思考：
　（1）图中位置Ⅰ，穿过线框abcd的磁通量是多少？
提示：（1）BS
　（2）图中以bc边为转轴将该线框转过60°至位置Ⅱ的过程中，穿过线框abcd的磁通 量变化量是多少？
教材　认知
1. 磁通量
（1）定义：在匀强磁场中，磁感应强度B和 的平面面积S的乘 积，叫作穿过这个面积的磁通量.
注：磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的多少”.
（2）定义式：Φ＝ .此公式的适用条件：
① 磁场；
②磁感线与平面 .
与磁场方向垂直　
BS　
匀强　
垂直　
（3）单位： ，简称韦，符号是Wb.1 Wb＝1 T·m2.
（4）标矢性：磁通量是标量，但有正负，正、负号表示磁感线穿过同一个面的方向 不同.
韦伯　
磁通密度　
磁感线垂直
穿过单位面积的磁通量　
核心　归纳
1. 磁通量的计算
（1）公式：Φ＝BS.
适用条件：①匀强磁场；②磁场与平面垂直.
（2）若磁场与平面不垂直，Φ＝BScos θ.式中Scos θ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）.
2. 磁通量的正、负
（1）磁通量是标量，但有正、负，当以磁感线从某一面上穿入时的磁通量为正值， 则磁感线从此面穿出时即为负值.
（2）若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通 量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2.
3. 磁通量的变化量
（1）当B不变、有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS.
（2）当B变化、S不变时，ΔΦ＝ΔB·S.
（3）B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.
研习　经典
[典例1]　如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面 面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，则：
（1）穿过线圈的磁通量Φ为多少？
[答案]（1）0.12 Wb
（2）把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则通过线圈磁通量的变化量大小为多少？
[解析]（2）线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂 直，但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时 通过线圈的磁通量
Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb，
故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－0.24 Wb－0.12 Wb＝－0.36 Wb，故磁通量的 变化量大小为0.36 Wb.
[答案] （2）0.36 Wb
（1）磁通量是标量，但有正、负，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.
（2）磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在具体的计算中，一定要注意Φ1及Φ2的 正、负问题.
（3）公式Φ＝BS中的S应为有效面积.此处是有磁场部分的面积，并非线圈面积.
A. πBR2 B. πBr2
C. nπBR2 D. nπBr2
解析：磁通量与线圈匝数无关，故C、D错误；磁感线穿过的面积为πr2，而非πR2，则 磁通量为πBr2，故B项对.
B
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研习任务二　电流磁效应与电磁感应现象
合作　讨论
如图所示，甲图是电磁起重机.乙图是麦克风.探究：它们各自是根据什么原理工 作的呢？
甲
乙
提示：电磁起重机的工作原理是电流的磁效应，麦克风的工作原理是电磁感应.
核心　归纳
1. 丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种现象称为电流的磁效 应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系.
2. 英国物理学家法拉第发现了“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应，产 生的电流叫作感应电流.
3. 引起“磁生电”的五类原因
A
A. 图（a）通电瞬间小磁针发生偏转，说明了电流周围存在磁场
B. 图（b）闭合开关后电流计的指针发生偏转，说明了回路产生了感应电流
C. 图（c）闭合开关后金属棒会在导轨上运动，说明了磁场可以产生能量
D. 图（d）闭合开关线框转动，说明了穿过闭合电路的磁通量变化可以产生感应电流
[解析]　通电瞬间小磁针发生偏转，说明了电流周围存在磁场，选项A正确；闭合开 关后若导体棒切割磁感线运动，电流计的指针才发生偏转，说明了回路产生了感应电 流，选项B错误；闭合开关后金属棒会在导轨上运动，说明了磁场对电流有力的作 用，选项C错误；闭合开关线框转动，说明了通电线框在磁场中受到力的作用，选项 D错误.
电磁感应现象的探索历程
（1）1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，证实了电和磁存在着 必然的联系，拉开了研究电与磁联系的序幕.
（2）英国物理学家法拉第经过十年不懈的探索，在1831年第一次发现了“磁生 电”现象，并从中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应.
A
B
C
D
B
解析：选项A是用来探究影响安培力大小的因素的实验；选项B是研究电磁感应现象 的实验，观察导体棒在磁场中做切割磁感线运动时是否会产生感应电流；选项C是用 来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验；选项D是奥斯特实验，证明通电导线周 围存在磁场.
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研习任务三　产生感应电流的条件
合作　讨论
1825年，瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连.为了 避免强磁性磁铁影响，他把电流计放在另外一个房间，用长导线把“电流表”和螺线 管连接起来.当他把磁铁投入螺线管中后，立即跑到另一个房间去观察（如图）.他在 两个房间跑来跑去，没有观察到电流表指针摆动.电路中有没有产生感应电流呢？
提示：科拉顿把磁铁投入螺线管的瞬间，回路中产生感应电流，磁铁静止后感应电流消失，所以当他跑到另一房间时，电流表指针早已停止了摆动.故科拉顿观察不到电流计指针的偏转.
教材　认知
一、电磁感应现象
1. 在下列三个探究中不同的操作下，闭合回路能产生电流的有 ， 不能产生感应电流的有 .
探究一：如图甲所示，导体在磁场中运动.
操作：①当导体棒AB在磁场中静止或者平行于磁感线运动时；②当导体棒AB做切割 磁感线运动时.
探究二：如图乙所示，条形磁铁插入或拔出螺线管.操作：③条形磁铁静止在螺线管 中；④条形磁铁插入螺线管；⑤条形磁铁拔出螺线管.
探究三：如图丙所示，磁场和导体无相对运动.操作：⑥保持螺线管A中的电流不变； ⑦增大螺线管A中的电流；⑧减小螺线管A中的电流；⑨断开开关瞬间.
②④⑤⑦⑧⑨　
①③⑥　
2. 产生感应电流的条件：只要穿过闭合回路的 发生变化，闭合回路中就 产生电流.
3. 电磁感应：因闭合回路中 变化而产生电流的现象.
4. 感应电流： 中所产生的电流.
磁通量　
磁通量　
电磁感应　
二、电磁感应的应用
1. 电磁感应现象的发现，进一步推动了电磁技术的发展，引领人类社会进入了电气 时代.
2. 电磁感应应用在计算机磁盘与磁记录、 、动圈式话筒等.
[思考]　某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗？
提示：不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时刻磁通量为零，则 回路中会产生感应电流.
无线充电　
核心　归纳
1. 感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流 有无时必须明确以下两点：
（1）明确电路是否为闭合电路；
（2）判断穿过回路的磁通量是否发生变化.
2. 判断电磁感应现象是否发生的一般流程
（1）确定研究的闭合回路；
（2）弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ；
（3）磁通量变化与感应电流的产生
C
A. 只要线圈A中电流足够强，小磁针就会发生偏转
B. 线圈A闭合开关电流稳定后，线圈B匝数较少时小磁针不偏转，匝数足够多时小磁针偏转
C. 线圈A和电池接通瞬间，小磁针会偏转
D. 线圈A和电池断开瞬间，小磁针不会偏转
[解析]　小磁针会不会偏转取决于线圈B中有没有电流，而B中有没有电流取决于线圈 B中的磁通量是否发生变化，当线圈A中电流足够强，但不变化时，B中无感应电流， 磁针不会发生偏转，A错；当线圈A闭合开关电流稳定后，穿过线圈B的磁通量不发生 变化，所以小磁针也不会发生偏转，故B错；当线圈A和电池接通或断开的瞬间，穿 过线圈B的磁通量发生变化，所以B中有感应电流，则小磁针会偏转，故C对，D错.
（1）在闭合回路中是否产生感应电流，取决于穿过回路的磁通量是否发生变 化，而不取决于回路里是否有磁通量.
（2）磁通量发生变化，主要表现为两种形式：一种是回路的面积不变，而穿过 回路的磁场变化从而引起磁通量发生变化，ΔΦ＝ΔBS，回路中产生感应电流；另一种 是磁场不变，而回路面积发生变化从而引起磁通量发生变化，即ΔΦ＝BΔS，回路中产 生感应电流.闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流属于第二种情况.
甲
乙
丙
A. 如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动
B. 如图乙所示，条形磁体插入或抽出线圈
C. 如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合
D. 如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合，改变滑动变阻 器接入电路的阻值
BD
解析：导体棒顺着磁感线运动，没有切割磁感线，穿过闭合电路的磁通量没有发生变 化，无感应电流，故选项A错误；条形磁体插入线圈时线圈中的磁通量增加，抽出线 圈时线圈中的磁通量减少，都产生感应电流，故选项B正确；开关S一直闭合，回路 中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产 生感应电流，故选项C错误；开关S一直闭合，滑动变阻器接入电路的阻值变化，回 路中的电流变化，螺线管A产生的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，产生 感应电流，故选项D正确.
甲
乙
丙
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课后提素养
×
×
√
×
A. 磁场对电流产生力的作用
B. 变化的磁场使闭合电路中产生电流
C. 插在通电螺线管中的软铁棒被磁化
D. 电流周围产生磁场
解析：电磁感应现象指的是处在变化的磁场中的闭合回路中产生感应电流的现象，选 项B正确.
B
A. n（B2－B1）S
B. n（B2＋B1）S
C. （B2－B1）S
D. （B2＋B1）S
解析：设竖直向上为磁感应强度的正方向，则末状态的磁通量Φ2＝B2S，初状态的磁 通量Φ1＝－B1S，因为磁感应方向相反，则线圈内的磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝ （B2＋B1）S，与线圈匝数无关，故D正确，A、B、C错误.
D
中档　题组
甲
乙
A. 录音机录音时利用了电磁感应原理，放音时利用了电流的磁效应
B. 录音机放音时，变化的磁场在静止的线圈内激发起感应电流
C. 录音机放音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场
D. 录音机录音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场
BD
解析：录音时是电生磁，利用了电流的磁效应；放音时是磁生电，利用了电磁感应原 理，A错误；录音时，声音先转变成强弱变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产 生了强弱变化的磁场，磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同的磁场磁化，于 是记录了一连串有关磁性变化的信息；放音时，磁带贴着放音磁头运动，被磁化的小 颗粒产生的强弱变化的磁场使放音磁头中产生强弱变化的感应电流，电流经放大后使 扬声器发声，这便“读”出了磁带中记录的信息，故B、D正确，C错误.
甲
乙
A. 使线圈在其平面内平动或转动
B. 使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动
C. 使线圈以ac为轴转动
D. 使线圈以bd为轴稍做转动
D
解析：线圈在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，由ΔФ＝B·ΔS知：只要回路中相 对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定要改变，回路中一定有感应电流产生. 当线圈在纸面内平动或转动时，线圈相对磁场的正对面积始终为零，因此ΔS＝0，因 而无感应电流产生，A错误；当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动时，同样ΔS＝ 0，因而无感应电流产生，B错误；当线圈以ac为轴转动时，线圈相对磁场的正对面积 改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当线圈以bd为轴稍做转动时，线圈 相对磁场的正对面积发生了改变，因此在回路中产生了感应电流.故选D.
A. 线圈中通以恒定的电流
B. 通电过程中，使变阻器的滑片P做匀速移动
C. 通电过程中，使变阻器的滑片P做加速移动
D. 将电键突然断开的瞬间
解析：线圈中通以恒定的电流，铜环A中磁通量不变，铜环A中没有感应电流，A 错；变阻器的滑片P做匀速、加速移动时，线圈中电流变化，铜环A中磁通量发生变 化，铜环A中有感应电流，B、C对；将电键突然断开的瞬间，线圈中电流变为零，铜 环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，D对.
BCD
C
A. 开关S闭合前，通过螺线管的磁通量为零
B. 开关S闭合瞬间，通过螺线管的磁通量不变
C. 开关S闭合瞬间，灵敏电流计指针不发生偏转
D. 开关S闭合，抽出磁铁过程中，灵敏电流计指针发生偏转
BCD
1
2
3
4
5
6
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A. 进入匀强磁场区域的过程中，线框ABCD中有感应电流
B. 在匀强磁场中加速运动时，线框ABCD中有感应电流
C. 在匀强磁场中匀速运动时，线框ABCD中没有感应电流
D. 离开匀强磁场区域的过程中，线框ABCD中没有感应电流
解析：线框ABCD在进入和离开匀强磁场区域时，穿过线框的磁通量发生变化， 线框ABCD中有感应电流，选项A正确，D错误；线框ABCD在匀强磁场中运动 时，无论加速还是匀速，磁通量都没发生变化，线框ABCD中没有感应电流，选 项C正确，D错误.
AC
1
2
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11
A. 当磁铁向纸面外平移时，线框中产生感应电流
B. 当磁铁向上平移时，线框中产生感应电流
C. 当磁铁向下平移时，线框中产生感应电流
D. 当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕OO'轴转动时，线框中产生感应电流
解析：A、B、C错：三种情况下，穿过线框的磁通量为零，不产生感应电流.D对： 图示时刻穿过正方形线框的磁通量为零，当N极向纸外，S极向纸里绕OO'轴转动时， 通过线框的磁通量增大，则线框中产生感应电流.
D
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　 　A　 　　　B　　　　C　　　 　D　
AD
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甲
乙
丙
丁
B
A. 图甲中矩形线框向右加速运动
B. 图乙中矩形线框以OO'为轴匀速转动
C. 图丙中矩形线框以OO'为轴匀速转动
D. 图丁中矩形线框斜向上运动
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解析：题图甲中线框中的磁通量不发生变化，故没有感应电流，选项A错误；题图乙 中线圈转动过程中线框中的磁通量发生变化，有感应电动势产生，同时构成闭合回 路，故有感应电流产生，选项B正确；题图丙中线框平面与磁感线始终平行，磁通量 始终为零，故没有感应电流产生，选项C错误；题图丁中线框平面与磁感线始终平 行，磁通量始终为零，故没有感应电流产生，选项D错误.
甲
乙
丙
丁
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6. 在“探究电磁感应的产生条件”实验中，实验连线后如图所示.
（1）接通电源，闭合开关，G表指针会向左有较大的偏转，几秒后G表指针停在中间 不动.将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，G表指针 （填“不动”“右 偏”“左偏”或“不停振动”）；迅速抽出铁芯时，G表指针 （填“不 动”“右偏”“左偏”或“不停振动”）.
解析（1）由题意，磁通量增加，G表指针左偏；将滑动变 阻器的滑片迅速向右滑动时，连入电路中的电阻减小，回 路电流变大，磁通量增加，故感应电流使G表指针左偏； 迅速抽出铁芯时，磁通量减小，产生的感应电流方向与上 述方向相反，则G表指针右偏.
左偏　
右偏　
1
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（2）断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出，其他 均不变.接通电源，闭合开关，G表指针 （填“不动”“右偏”“左 偏”或“不停振动”）.
解析（2）断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中， 把直流输出改为交流输出，其他均不变.接通电源，闭合 开关，由于穿过线圈的磁通量大小方向都不断变化，在线 圈A中产生的感应电流大小方向不断变化，则G表指针不 停振动.
不停振动　
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A. 使通电螺线管中的电流发生变化
B. 使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C. 使线圈a以MN为轴转动
D. 使线圈绕垂直于MN的直径转动
解析：A、B、C错：在A、B、C项所述的三种情况中，穿过线圈a的磁通量始终为 零，因此不产生感应电流.D对：当线圈绕垂直于MN的直径转动时，穿过线圈的磁通 量发生变化，会产生感应电流.
D
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A. 闭合开关后小灯泡可能发光
B. 若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，则小灯泡更亮
C. 闭合开关瞬间，小灯泡才能发光
D. 若闭合开关后小灯泡不发光，将滑动变阻器滑片左移后，小灯泡可能会发光
AB
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解析：A对：因回路接入的是交流电，所以当开关闭合后，线圈A中有变化的电流， 产生变化的磁场，所以通过线圈B的磁通量变化，回路中有感应电流，小灯泡可能发 光.B对：若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，穿过B的磁通量变化更剧 烈，产生的电流更大，所以小灯泡会更亮.C错：因回路接入的是交流电，闭合开关 后，线圈B仍能产生感应电流.D错：若闭合开关后小灯泡不发光，说明线圈B中电流 过小，当滑片向左移时，A中电流减弱，B中的感应电流变小，小灯泡不会发光.
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A. 开关S闭合或断开的瞬间
B. 开关S是闭合的，滑动触头向左滑
C. 开关S是闭合的，滑动触头向右滑
D. 开关S始终闭合，滑动触头不动
解析：开关S闭合或断开的瞬间，开关S闭合、滑动触头向左或向右滑的过程，都会使 通过导线ab的电流发生变化，使穿过cd回路的磁通量发生变化，从而在cd导线中产生 感应电流，故选项A、B、C正确.
ABC
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10. 如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计 相连，线圈Ⅰ 与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计 中是否有示数？
（1）开关闭合瞬间；
解析：（1）开关闭合时线圈Ⅰ中电流从无到有，故电流形成 的磁场也从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，故线圈 Ⅱ中产生感应电流，电流计 有示数.
答案：（1）有
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（2）开关闭合稳定后；
解析：（2）开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流 形成的磁场不变，此时线圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量稳定不 变，故线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计 无示数.
答案：（2）无
（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；
解析：（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，电阻变化，线圈Ⅰ中的电 流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，故线圈Ⅱ中 有感应电流产生，电流计 有示数.
答案：（3）有
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（4）开关断开瞬间.
解析：（4）开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流形 成的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，故线 圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计 有示数.
答案：（4）有
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11. 如图所示，固定于水平面上的金属框架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属 棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动.t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置 使MDEN构成一个边长为l的正方形.为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感 应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式.
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答案：见解析
1
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