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第十三章　电磁感应与
电磁波初步
第3节　电磁感应现象及应用
核心要点 点点过
1
目录
即时演练 堂堂清
2
课时作业
3
课程要求 学科素养
通过实验,了解电磁感应现象,了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响 物理观念 知道什么是电磁感应现象。知道感应电流产生的条件及相关实验
科学思维 理解从电生磁到磁生电的相互转化的对称思想;通过实验现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法
科学探究 通过实验探究,知道产生感应电流的条件
科学态度 与责任 通过电磁感应现象的发现过程,体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神
核心要点 点点过
要点一　划时代的发现　实验:探究产生感应电流的条件
一、划时代的发现
1.“电生磁”的发现:1820年,丹麦物理学家______发现了电流的磁效应。
2.“磁生电”的发现:1831年,英国物理学家______发现了电磁感应现象,具体实验为:把两个线圈绕在一个铁环上,一个线圈接电源,另一个线圈接“电流表”。当给一个线圈通电或断电的____,在另一个线圈上出现了电流,从而发现了“______”现象。他认为这种现象是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
奥斯特
法拉第
瞬间
磁生电
3.电磁感应:法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应,产生的电流叫作________。
4.划时代的发现的意义:为电和磁的统一创造了条件,推动人类进入电气化时代。
感应电流
二、产生感应电流的条件
1.实验:探究感应电流产生的条件
探究一:如图甲所示的实验中,让导体棒在磁场中保持相对静止时或者平行于磁场运动时,无论磁场多强,闭合回路中都____电流,当导体ab做__________运动时,闭合回路中有电流产生。
探究二:如图乙所示的实验中,当线圈A的电流不变时,线圈B所在的回路中____电流产生;当线圈A的电流____时,线圈B所在回路中就有了电流。
没有
切割磁感线
没有
变化
2.产生感应电流的条件:当穿过闭合导体回路的______________时,闭合导体回路中就产生感应电流。
磁通量发生变化
(1)法拉第发现了电磁感应现象。 (　 　)
(2)法拉第完成了“由磁产生电”的设想。(　 　)
(3)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流。 (　 　)
(4)闭合线圈和磁场发生相对运动时,一定能产生感应电流。(　 　)
(5)穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中一定会产生感应电流。(　 　)
√
√
√
√
×
实验1　闭合电路的部分导体切割磁感线
在初中学过,当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流,如图所示。导体棒左右平动、前后平动、上下平动,观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表1中。
表1
导体棒 的运动 表针是否 摆动 导体棒 的运动 表针是否
摆动
向右平动 摆动 向后平动 不摆动
向左平动 摆动 向上平动 不摆动
向前平动 不摆动 向下平动 不摆动
结论:只有左右平动时,导体棒切割磁感线,才有电流产生;前后平动、上下平动,导体棒都不切割磁感线,没有电流产生
实验2　模拟法拉第的实验
如图所示,线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端与电流表连接,把线圈A装在线圈B的里面。观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表2中。
表2
结论:不论用什么方法,不论何种原因,只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就有感应电流产生。
操作 现象
开关闭合瞬间 有电流产生
开关断开瞬间 有电流产生
开关闭合时,滑动变阻器的滑片不动 无电流产生
开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片 有电流产生
结论:只有当线圈A中电流变化时,线圈B中才有电流产生
【例1】　如图为“探究感应电流产生的条件”的实验电路图。
(1)请在图中连线,把实验装置连接完整。
【解析】　将电源、开关、滑动变阻器、线圈A串联成一个回路,注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱,再将灵敏电流表与线圈B串联成另一个回路,电路图如图所示。
【答案】　见解析图
(2)开始实验时,滑动变阻器滑片P应该放置在__(选填“a”或“b”)端。
【解析】　由图示电路可知,滑动变阻器采用限流式接法,在闭合开关S前,为保护电路应该使接入电路的电阻最大,滑动变阻器滑片P应置于a端。
(3)闭合开关后,请写出三种使线圈B中产生感应电流的方法:①________;②________________;③____________________。
【解析】　开关S闭合后还有多种方法能使线圈B中产生感应电流,如:移动滑动变阻器的滑片、线圈A在线圈B中插入或拔出、断开开关等。
a
断开开关
插入或拔出线圈A
移动滑动变阻器的滑片
要点二　进一步理解产生感应电流的条件　电磁感应现象的应用
1.感应电流产生的条件
(1)电路为________。
(2)穿过闭合回路的______要发生变化,两个条件必须同时具备。
2.电磁感应现象的应用
(1)最早的发电机:法拉第的__________。
(2)生产和生活中广泛使用的______、______等都是根据电磁感应制造的。
闭合回路
磁通量
圆盘发电机
变压器
电磁炉
(1)线圈面积S增大,磁通量一定变大。 (　 　)
(2)磁感应强度B增强,磁通量一定变大。(　 　)
(3)只要穿过电路的磁通量不为0,电路中一定产生感应电流。(　 　)
(4)穿过闭合电路的磁通量增加,电路中产生感应电流。 (　 　)
(5)只要电路中磁通量发生变化,就有感应电流产生。(　 　)
×
×
×
√
×
1.判断有无感应电流的方法
(1)能否产生感应电流,取决于穿过闭合导体回路的磁通量是否发生变化,而不是磁通量的大小。
(2)闭合回路的部分导体做切割磁感线运动时,不一定总会引起闭合回路的磁通量变化。如图所示,矩形线框abcd在范围足够大的匀强磁场中,在垂直于磁场的平面内向右平动,穿过线框的磁通量不变。
2.判断回路中是否产生感应电流的思路
3.磁通量的变化大致可分为以下几种情况
(1)磁感应强度B不变,有效面积S发生变化,如图(a)所示。
(2)面积S不变,磁感应强度B发生变化,如图(b)所示。
(3)磁感应强度B和面积S都不变,它们之间的夹角发生变化,如图(c)所示。
【例2】　如选项图所示,A中线圈有一小缺口,B、D中匀强磁场区域足够大,C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方。其中能产生感应电流的是 (　 　)
B
【解析】　选项图A中线圈没闭合,无感应电流;选项图B中闭合回路中的磁通量增大,有感应电流;选项图C中的导线在闭合线圈某一直径的正上方,不论电流如何变化,穿过线圈的磁感线都相互抵消,磁通量恒为0,也无电流;选项图D中回路磁通量恒定,无感应电流。故选B。
【例3】　(多选)如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合电路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列各种情况中铜环A中有感应电流产生的是(　 　)
A.线圈中通以恒定的电流
B.通电过程中,使滑动变阻器的滑片P做匀速移动
C.通电过程中,使滑动变阻器的滑片P做加速移动
D.将开关突然断开的瞬间
BCD
【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错误;滑动变阻器的滑片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正确;将开关突然断开的瞬间,线圈中电流变为0,铜环A中磁通量发生变化,铜环A中有感应电流,D正确。
判断是否产生感应电流的技巧
(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件,二者缺一不可。
(2)磁通量发生变化,其主要内涵体现在“变化”上,磁通量很大若没有变化也不会产生感应电流,磁通量虽然是0但是在变化时仍然可以产生感应电流。
(3)磁通量与线圈的匝数无关,磁通量大小不受线圈匝数的影响。
(4)磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1也不受线圈匝数的影响,用公式求Φ、ΔΦ时,不必考虑线圈匝数n。
即时演练 堂堂清
1.(多选)自然界中的物理现象大都是相互联系的,为了寻找它们之间的联系,很多物理学家作出了贡献。下列说法正确的是 (　 　)
A.奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系
B.法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系
C.欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系
D.焦耳发现了电流的热效应,定量得出了电能和热能之间的转换关系
解析:欧姆发现了欧姆定律,说明了电流与电压、电阻的关系,C错误。故选A、B、D。
ABD
2.科学家科拉顿在探索如何产生感应电流时,为了排除磁体对“电流表”的影响,他将连接好的“电流表”和线圈分别放在两个房间(如图所示),他把磁体插入线圈后,跑到放“电流表”的房间,没有观察到电流产生。下列对这一现象的正确解释是 (　 　)
A.磁场不能产生电流
B.磁体对“电流表”仍有影响
C.他观察时磁体已停在线圈中
D.磁体插入线圈的过程中不会产生感应电流
C
解析:科拉顿用条形磁体在线圈中进行插进和抽出的实验时,线圈中的磁通量发生了变化,电流表的回路中有感应电流产生;当他跑到另一个房间时,由于磁体已经停在线圈中,因此此时已经没有感应电流,所以他无法观察到,C正确。
ACD
3.(多选)如图所示,矩形线圈ABCD位于足够长的通电直导线附近,线圈与导线在同一竖直平面内,AB边与导线平行,以下操作中,线圈中产生感应电流的是(　 　)
A.线圈向右平移
B.线圈以直导线为轴转动
C.线圈以AB边为轴转动
D.线圈以BC边为轴转动
解析:当线圈向右平移时,逐渐远离导线,穿过线圈的磁感应强度减小,即穿过线圈的磁通量减小,故产生感应电流,故A正确;线圈以直导线为轴转动,穿过线圈的磁通量不变,则不产生感应电流,故B错误;当线圈以AB边为轴转动时,穿过线圈的磁通量不断变化,有感应电流产生,故C正确;当线圈以BC边为轴转动时,穿过线圈的磁通量变化,则会产生感应电流,故D正确。
4.(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时,将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关,用导线连接成如图所示的实验电路,闭合开关,下列说法正确的是 (　 　)
A.线圈A插入线圈B的过程中,有感应电流
B.线圈A从线圈B拔出的过程中,有感应电流
C.线圈A停在线圈B中,有感应电流
D.线圈A拔出线圈B的过程中,线圈B的磁通量在减小
解析:由感应电流产生的条件知A、B正确,C错误;在线圈A从线圈B拔出的过程中,线圈B的磁通量减小,D正确。
ABD
课时作业27
1.(5分)在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是(　 　)
A.将绕在条形磁体上的线圈与电流表组成闭合回路,然后观察电流表示数的变化
B.在通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,一段时间后观察电流表示数的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁体后,再到相邻房间去观察电流表示数的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表示数的变化
D
解析:只有同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件,电路中才会产生感应电流,A、B都不会使穿过电路中的磁通量发生变化,并不满足产生感应电流的条件,故A、B错误;条形磁体插入线圈时,虽有短暂电流产生,但未能及时观察,故C错误;在给线圈通电、断电瞬间,会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化,产生感应电流,故D正确。
B
2.(5分)下列现象中利用的主要原理与电磁感应有关的是 (　 　)
A.如图甲,导线通电后,小磁针发生偏转
B.如图乙,摇动电线,电流表指针发生偏转
C.如图丙,通电后,导电液体旋转
D.如图丁,通电后弹簧上下振动
解析:题图甲中,导线通电后,小磁针发生偏转,说明电流周围存在磁场,A错误;题图乙中,摇动电线切割地磁场的磁感线产生感应电流,电流表指针发生偏转,与电磁感应有关,B正确;题图丙中,通电后导电液体旋转,说明通电导体在磁场中受到力的作用,C错误;题图丁中,通电后弹簧上下振动,这属于电流之间的相互作用,与电磁感应现象无关,D错误。
3. (5分)用导线将灵敏电流表与金属棒ab连接成一个磁生电的实验电路,如图所示。下列操作能使指针偏转的是 (　 　)
A.使金属棒ab向左(或向右)移动
B.使金属棒ab竖直向上(或竖直向下)移动
C.使金属棒ab沿a→b的方向移动
D.使金属棒ab沿b→a的方向移动
解析:要使闭合回路中产生感应电流,金属棒须切割磁感线,B、C、D中金属棒在磁场中运动,但没有切割磁感线,均错误。故选A。
A
4.(5分)某学生做“探究感应电流的产生条件”的实验,将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路,当他闭合、断开开关时,电流表的指针都没有偏转,其原因是(　 　)
A.开关位置接错
B.电流表的正、负极接反
C.线圈B的接头3、4接反
D.蓄电池的正、负极接反
解析:应在蓄电池电路中加开关,通、断开关时才会有变化的电流。题图中把开关接入线圈B的电路中,对电流的变化不起作用,A正确。
A
5.(5分)(多选)在我国南海上有一浮桶式灯塔,其结构如图所示,浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中阴影部分),其内部为产生磁场的磁体,磁体通过支柱固定在暗礁上,浮桶内置圆形线圈能够随波浪相对于磁体沿竖直方向上下运动,线圈与塔灯相连,下列说法正确的是(　 　)
A.该装置的工作原理是电磁感应现象
B.当海面无波浪时,该塔灯能够发光
C.当海面有波浪时,该塔灯无法发光
D.圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等
AD
解析:圆形线圈随波浪相对于磁体沿竖直方向上下运动,切割磁感线,回路中产生感应电流,该装置的工作原理是电磁感应现象,A正确;当海面无波浪时,线圈没有相对于磁体上下运动,则线圈没有切割磁感线,回路中没有感应电流,该塔灯无法发光,B错误;当海面有波浪时,线圈相对于磁体上下运动,线圈切割磁感线,回路中有感应电流,塔灯可以发光,C错误;根据对称性可知,圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等,D正确。
D
6. (5分)如图所示,O1O2是矩形导线框ABCD的对称轴,其左方有匀强磁场。下列情况下线框ABCD中有感应电流产生的是 (　 　)
A.将线框向纸外平移
B.将线框向上平移
C.将线框以AB为轴转动60°
D.将线框以CD为轴转动60°
解析:产生感应电流的条件是闭合回路中磁通量有变化,设磁场磁感应强度大小为B,导线框面积为S,将线框向纸外平移,穿过线框的磁通量未发生变化,仍为Φ=BS,故没有感应电流产生,A错误;将线框向上平移,穿过线框的磁通量未发生变化,仍为Φ=BS,故没有感应电流产生,B错误;将线框以AB为轴转动60°,穿过线框的磁通量仍为Φ=BS,未发生变化,没有感应电流产生,C错误;将线框以CD为轴转动60°,垂直磁场的投影面积减小,穿过线框的磁通量减小,线框中有感应电流产生,D正确。
7.(6分)为了探究电磁感应现象的产生条件,如图给出了必备的实验仪器。
(1)请你用笔画线代替导线,将实验电路连接完整。
解析:如图所示A线圈与滑动变阻器、电源、开关构成闭合电路,B线圈与灵敏电流表连接构成回路。
答案:见解析图
(2)正确连接实验电路后,在闭合开关时灵敏电流表的指针发生了偏转。开关闭合后,迅速移动滑动变阻器的滑片,灵敏电流表的指针____(选填“发生”或“不发生”)偏转。断开开关时灵敏电流表的指针____(选填“发生”或“不发生”)偏转。
解析:移动滑动变阻器的滑片和断开开关都会导致B线圈中的磁通量发生变化,从而使B线圈中产生感应电流,让灵敏电流表指针发生偏转。
发生
发生
8.(5分)如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽为d。一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速通过磁场区域。若d>L,则在线框穿过磁场区域的过程中,线框中产生感应电流的时间为(　 　)
A.
C.
C
解析:在线框进入和穿出磁场的过程中,穿过线框的磁通量分别增大和减小,闭合线框中有感应电流产生,整个线框在磁场中运动时,线框中无感应电流产生,所以,线框中有感应电流过程的距离为2L,有感应电流的时间为,故C正确。
D
9.(5分)我国自主生产的汽车中配置了一种先进的制动系统——防抱死制动系统(ABS)。它有一个自动控制刹车系统的装置,原理如图,铁质齿轮P与车轮同步转动,它的右侧有一个绕有线圈的磁体,M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时,线圈中会产生感应电流。则下列有关防抱死制动系统的说法正确的是(　 　)
A.汽车防抱死制动系统正常工作时,汽车车轮一直在滑动
B.齿轮P从图示位置沿顺时针方向转过α角的过程中,穿过线圈的磁通量增大
C.当汽车静止时,齿轮被磁化,穿过线圈的磁通量最大,线圈中产生的感应电流最大
D.当齿轮靠近线圈时被磁化,使穿过线圈的磁通量增大,线圈中产生感应电流
解析:汽车防抱死制动系统正常工作时,不停地刹车、放松,类似机械的“点刹”,能防止汽车紧急刹车时因车轮被抱死而方向失控发生侧滑,A错误。分析题意可知该装置的工作原理是:车轮在转动时,被磁化的齿轮产生的磁场使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中产生感应电流。齿轮P从图示位置沿顺时针方向转过α角的过程中,穿过线圈的磁通量先减小,后增大,B错误。当汽车静止时,穿过线圈的磁通量不变,线圈中没有感应电流,C错误。当齿轮靠近或远离线圈时,穿过线圈的磁通量增大或减小,线圈中产生感应电流,D正确。
A
10.(5分)在如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈,与滑动变阻器、电源构成闭合电路,a、b、c为三个闭合金属圆环,假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内,则当滑动变阻器的滑片向右滑动时,下列说法正确的是 (　 　)
A.穿过a、b两个环的磁通量始终相同
B.穿过b环的磁通量始终是c环的一半
C.a、c两个环中都有感应电流
D.b、c两个环中都有感应电流
解析:线圈产生的磁场全部集中在铁芯内,所以穿过a、b两个环的磁通量始终相同,故A正确。根据安培定则可知,穿过a环的磁感线方向向左,穿过b环的磁感线方向向上,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,线圈中电流将发生改变,产生的磁场随之改变,穿过a、b两环的磁通量会发生改变,故a、b
两环中都会产生感应电流;而向左和向右穿过c环的磁感线条数相等,完全抵消,总的磁通量为0,不发生变化,故c环中没有感应电流产生,故B、C、D错误。
11. (9分)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应随时间t变化。请推导出这种情况下B与t的关系式。
解析:要使MN棒中不产生感应电流,应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化,在t=0时刻,穿过线圈平面的磁通量Φ1=B0S=B0l2,设t时刻的磁感应强度为B,此时磁通量为Φ2=Bl(l+vt),由Φ1=Φ2,得B=。
答案:B=
本课结束第3节　电磁感应现象及应用
课程要求 学科素养
通过实验,了解电磁感应现象,了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响 物理观念 知道什么是电磁感应现象。知道感应电流产生的条件及相关实验
科学思维 理解从电生磁到磁生电的相互转化的对称思想;通过实验现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法
科学探究 通过实验探究,知道产生感应电流的条件
科学态度 与责任 通过电磁感应现象的发现过程,体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神
　　　要点一　划时代的发现　实验:探究产生感应电流的条件
一、划时代的发现
1.“电生磁”的发现:1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。
2.“磁生电”的发现:1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,具体实验为:把两个线圈绕在一个铁环上,一个线圈接电源,另一个线圈接“电流表”。当给一个线圈通电或断电的瞬间,在另一个线圈上出现了电流,从而发现了“磁生电”现象。他认为这种现象是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
3.电磁感应:法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应,产生的电流叫作感应电流。
4.划时代的发现的意义:为电和磁的统一创造了条件,推动人类进入电气化时代。
二、产生感应电流的条件
1.实验:探究感应电流产生的条件
探究一:如图甲所示的实验中,让导体棒在磁场中保持相对静止时或者平行于磁场运动时,无论磁场多强,闭合回路中都没有电流,当导体ab做切割磁感线运动时,闭合回路中有电流产生。
探究二:如图乙所示的实验中,当线圈A的电流不变时,线圈B所在的回路中没有电流产生;当线圈A的电流变化时,线圈B所在回路中就有了电流。
2.产生感应电流的条件:当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流。
(1)法拉第发现了电磁感应现象。 (　√　)
(2)法拉第完成了“由磁产生电”的设想。(　√　)
(3)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流。 (　√　)
(4)闭合线圈和磁场发生相对运动时,一定能产生感应电流。(　×　)
(5)穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中一定会产生感应电流。(　√　)
实验1　闭合电路的部分导体切割磁感线
在初中学过,当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流,如图所示。导体棒左右平动、前后平动、上下平动,观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表1中。
表1
导体棒 的运动 表针是否 摆动 导体棒 的运动 表针是否 摆动
向右平动 摆动 向后平动 不摆动
向左平动 摆动 向上平动 不摆动
向前平动 不摆动 向下平动 不摆动
结论:只有左右平动时,导体棒切割磁感线,才有电流产生;前后平动、上下平动,导体棒都不切割磁感线,没有电流产生
实验2　模拟法拉第的实验
如图所示,线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端与电流表连接,把线圈A装在线圈B的里面。观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表2中。
表2
操作 现象
开关闭合瞬间 有电流产生
开关断开瞬间 有电流产生
开关闭合时,滑动变阻器的滑片不动 无电流产生
开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片 有电流产生
结论:只有当线圈A中电流变化时,线圈B中才有电流产生
结论:不论用什么方法,不论何种原因,只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就有感应电流产生。
【例1】　如图为“探究感应电流产生的条件”的实验电路图。
(1)请在图中连线,把实验装置连接完整。
【答案】　见解析图
(2)开始实验时,滑动变阻器滑片P应该放置在a(选填“a”或“b”)端。
(3)闭合开关后,请写出三种使线圈B中产生感应电流的方法:①断开开关;②插入或拔出线圈A;③移动滑动变阻器的滑片。
【解析】　(1)将电源、开关、滑动变阻器、线圈A串联成一个回路,注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱,再将灵敏电流表与线圈B串联成另一个回路,电路图如图所示。
(2)由图示电路可知,滑动变阻器采用限流式接法,在闭合开关S前,为保护电路应该使接入电路的电阻最大,滑动变阻器滑片P应置于a端。
(3)开关S闭合后还有多种方法能使线圈B中产生感应电流,如:移动滑动变阻器的滑片、线圈A在线圈B中插入或拔出、断开开关等。
要点二　进一步理解产生感应电流的条件　电磁感应现象的应用
1.感应电流产生的条件
(1)电路为闭合回路。
(2)穿过闭合回路的磁通量要发生变化,两个条件必须同时具备。
2.电磁感应现象的应用
(1)最早的发电机:法拉第的圆盘发电机。
(2)生产和生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的。
(1)线圈面积S增大,磁通量一定变大。 (　×　)
(2)磁感应强度B增强,磁通量一定变大。(　×　)
(3)只要穿过电路的磁通量不为0,电路中一定产生感应电流。 (　×　)
(4)穿过闭合电路的磁通量增加,电路中产生感应电流。 (　√　)
(5)只要电路中磁通量发生变化,就有感应电流产生。(　×　)
1.判断有无感应电流的方法
(1)能否产生感应电流,取决于穿过闭合导体回路的磁通量是否发生变化,而不是磁通量的大小。
(2)闭合回路的部分导体做切割磁感线运动时,不一定总会引起闭合回路的磁通量变化。如图所示,矩形线框abcd在范围足够大的匀强磁场中,在垂直于磁场的平面内向右平动,穿过线框的磁通量不变。
2.判断回路中是否产生感应电流的思路
3.磁通量的变化大致可分为以下几种情况
(1)磁感应强度B不变,有效面积S发生变化,如图(a)所示。
(2)面积S不变,磁感应强度B发生变化,如图(b)所示。
(3)磁感应强度B和面积S都不变,它们之间的夹角发生变化,如图(c)所示。
【例2】　如选项图所示,A中线圈有一小缺口,B、D中匀强磁场区域足够大,C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方。其中能产生感应电流的是 (　B　)
【解析】　选项图A中线圈没闭合,无感应电流;选项图B中闭合回路中的磁通量增大,有感应电流;选项图C中的导线在闭合线圈某一直径的正上方,不论电流如何变化,穿过线圈的磁感线都相互抵消,磁通量恒为0,也无电流;选项图D中回路磁通量恒定,无感应电流。故选B。
【例3】　(多选)如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合电路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列各种情况中铜环A中有感应电流产生的是 (　BCD　)
A.线圈中通以恒定的电流
B.通电过程中,使滑动变阻器的滑片P做匀速移动
C.通电过程中,使滑动变阻器的滑片P做加速移动
D.将开关突然断开的瞬间
【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错误;滑动变阻器的滑片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正确;将开关突然断开的瞬间,线圈中电流变为0,铜环A中磁通量发生变化,铜环A中有感应电流,D正确。
判断是否产生感应电流的技巧
(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件,二者缺一不可。
(2)磁通量发生变化,其主要内涵体现在“变化”上,磁通量很大若没有变化也不会产生感应电流,磁通量虽然是0但是在变化时仍然可以产生感应电流。
(3)磁通量与线圈的匝数无关,磁通量大小不受线圈匝数的影响。
(4)磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1也不受线圈匝数的影响,用公式求Φ、ΔΦ时,不必考虑线圈匝数n。
1.(多选)自然界中的物理现象大都是相互联系的,为了寻找它们之间的联系,很多物理学家作出了贡献。下列说法正确的是 (　ABD　)
A.奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系
B.法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系
C.欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系
D.焦耳发现了电流的热效应,定量得出了电能和热能之间的转换关系
解析:欧姆发现了欧姆定律,说明了电流与电压、电阻的关系,C错误。故选A、B、D。
2.科学家科拉顿在探索如何产生感应电流时,为了排除磁体对“电流表”的影响,他将连接好的“电流表”和线圈分别放在两个房间(如图所示),他把磁体插入线圈后,跑到放“电流表”的房间,没有观察到电流产生。下列对这一现象的正确解释是 (　C　)
A.磁场不能产生电流
B.磁体对“电流表”仍有影响
C.他观察时磁体已停在线圈中
D.磁体插入线圈的过程中不会产生感应电流
解析:科拉顿用条形磁体在线圈中进行插进和抽出的实验时,线圈中的磁通量发生了变化,电流表的回路中有感应电流产生;当他跑到另一个房间时,由于磁体已经停在线圈中,因此此时已经没有感应电流,所以他无法观察到,C正确。
3.(多选)如图所示,矩形线圈ABCD位于足够长的通电直导线附近,线圈与导线在同一竖直平面内,AB边与导线平行,以下操作中,线圈中产生感应电流的是(　ACD　)
A.线圈向右平移
B.线圈以直导线为轴转动
C.线圈以AB边为轴转动
D.线圈以BC边为轴转动
解析:当线圈向右平移时,逐渐远离导线,穿过线圈的磁感应强度减小,即穿过线圈的磁通量减小,故产生感应电流,故A正确;线圈以直导线为轴转动,穿过线圈的磁通量不变,则不产生感应电流,故B错误;当线圈以AB边为轴转动时,穿过线圈的磁通量不断变化,有感应电流产生,故C正确;当线圈以BC边为轴转动时,穿过线圈的磁通量变化,则会产生感应电流,故D正确。
4.(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时,将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关,用导线连接成如图所示的实验电路,闭合开关,下列说法正确的是 (　ABD　)
A.线圈A插入线圈B的过程中,有感应电流
B.线圈A从线圈B拔出的过程中,有感应电流
C.线圈A停在线圈B中,有感应电流
D.线圈A拔出线圈B的过程中,线圈B的磁通量在减小
解析:由感应电流产生的条件知A、B正确,C错误;在线圈A从线圈B拔出的过程中,线圈B的磁通量减小,D正确。
课时作业27
(总分:60分)
1.(5分)在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是 (　D　)
A.将绕在条形磁体上的线圈与电流表组成闭合回路,然后观察电流表示数的变化
B.在通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,一段时间后观察电流表示数的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁体后,再到相邻房间去观察电流表示数的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表示数的变化
解析:只有同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件,电路中才会产生感应电流,A、B都不会使穿过电路中的磁通量发生变化,并不满足产生感应电流的条件,故A、B错误;条形磁体插入线圈时,虽有短暂电流产生,但未能及时观察,故C错误;在给线圈通电、断电瞬间,会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化,产生感应电流,故D正确。
2.(5分)下列现象中利用的主要原理与电磁感应有关的是 (　B　)
A.如图甲,导线通电后,小磁针发生偏转
B.如图乙,摇动电线,电流表指针发生偏转
C.如图丙,通电后,导电液体旋转
D.如图丁,通电后弹簧上下振动
解析:题图甲中,导线通电后,小磁针发生偏转,说明电流周围存在磁场,A错误;题图乙中,摇动电线切割地磁场的磁感线产生感应电流,电流表指针发生偏转,与电磁感应有关,B正确;题图丙中,通电后导电液体旋转,说明通电导体在磁场中受到力的作用,C错误;题图丁中,通电后弹簧上下振动,这属于电流之间的相互作用,与电磁感应现象无关,D错误。
3. (5分)用导线将灵敏电流表与金属棒ab连接成一个磁生电的实验电路,如图所示。下列操作能使指针偏转的是 (　A　)
A.使金属棒ab向左(或向右)移动
B.使金属棒ab竖直向上(或竖直向下)移动
C.使金属棒ab沿a→b的方向移动
D.使金属棒ab沿b→a的方向移动
解析:要使闭合回路中产生感应电流,金属棒须切割磁感线,B、C、D中金属棒在磁场中运动,但没有切割磁感线,均错误。故选A。
4.(5分)某学生做“探究感应电流的产生条件”的实验,将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路,当他闭合、断开开关时,电流表的指针都没有偏转,其原因是(　A　)
A.开关位置接错
B.电流表的正、负极接反
C.线圈B的接头3、4接反
D.蓄电池的正、负极接反
解析:应在蓄电池电路中加开关,通、断开关时才会有变化的电流。题图中把开关接入线圈B的电路中,对电流的变化不起作用,A正确。
5.(5分)(多选)在我国南海上有一浮桶式灯塔,其结构如图所示,浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中阴影部分),其内部为产生磁场的磁体,磁体通过支柱固定在暗礁上,浮桶内置圆形线圈能够随波浪相对于磁体沿竖直方向上下运动,线圈与塔灯相连,下列说法正确的是(　AD　)
A.该装置的工作原理是电磁感应现象
B.当海面无波浪时,该塔灯能够发光
C.当海面有波浪时,该塔灯无法发光
D.圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等
解析:圆形线圈随波浪相对于磁体沿竖直方向上下运动,切割磁感线,回路中产生感应电流,该装置的工作原理是电磁感应现象,A正确;当海面无波浪时,线圈没有相对于磁体上下运动,则线圈没有切割磁感线,回路中没有感应电流,该塔灯无法发光,B错误;当海面有波浪时,线圈相对于磁体上下运动,线圈切割磁感线,回路中有感应电流,塔灯可以发光,C错误;根据对称性可知,圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等,D正确。
6. (5分)如图所示,O1O2是矩形导线框ABCD的对称轴,其左方有匀强磁场。下列情况下线框ABCD中有感应电流产生的是 (　D　)
A.将线框向纸外平移
B.将线框向上平移
C.将线框以AB为轴转动60°
D.将线框以CD为轴转动60°
解析:产生感应电流的条件是闭合回路中磁通量有变化,设磁场磁感应强度大小为B,导线框面积为S,将线框向纸外平移,穿过线框的磁通量未发生变化,仍为Φ=BS,故没有感应电流产生,A错误;将线框向上平移,穿过线框的磁通量未发生变化,仍为Φ=BS,故没有感应电流产生,B错误;将线框以AB为轴转动60°,穿过线框的磁通量仍为Φ=BS,未发生变化,没有感应电流产生,C错误;将线框以CD为轴转动60°,垂直磁场的投影面积减小,穿过线框的磁通量减小,线框中有感应电流产生,D正确。
7.(6分)为了探究电磁感应现象的产生条件,如图给出了必备的实验仪器。
(1)请你用笔画线代替导线,将实验电路连接完整。
答案:见解析图
(2)正确连接实验电路后,在闭合开关时灵敏电流表的指针发生了偏转。开关闭合后,迅速移动滑动变阻器的滑片,灵敏电流表的指针发生(选填“发生”或“不发生”)偏转。断开开关时灵敏电流表的指针发生(选填“发生”或“不发生”)偏转。
解析:(1)如图所示A线圈与滑动变阻器、电源、开关构成闭合电路,B线圈与灵敏电流表连接构成回路。
(2)移动滑动变阻器的滑片和断开开关都会导致B线圈中的磁通量发生变化,从而使B线圈中产生感应电流,让灵敏电流表指针发生偏转。
8.(5分)如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽为d。一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速通过磁场区域。若d>L,则在线框穿过磁场区域的过程中,线框中产生感应电流的时间为(　C　)
A.
C.
解析:在线框进入和穿出磁场的过程中,穿过线框的磁通量分别增大和减小,闭合线框中有感应电流产生,整个线框在磁场中运动时,线框中无感应电流产生,所以,线框中有感应电流过程的距离为2L,有感应电流的时间为,故C正确。
9.(5分)我国自主生产的汽车中配置了一种先进的制动系统——防抱死制动系统(ABS)。它有一个自动控制刹车系统的装置,原理如图,铁质齿轮P与车轮同步转动,它的右侧有一个绕有线圈的磁体,M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时,线圈中会产生感应电流。则下列有关防抱死制动系统的说法正确的是 (　D　)
A.汽车防抱死制动系统正常工作时,汽车车轮一直在滑动
B.齿轮P从图示位置沿顺时针方向转过α角的过程中,穿过线圈的磁通量增大
C.当汽车静止时,齿轮被磁化,穿过线圈的磁通量最大,线圈中产生的感应电流最大
D.当齿轮靠近线圈时被磁化,使穿过线圈的磁通量增大,线圈中产生感应电流
解析:汽车防抱死制动系统正常工作时,不停地刹车、放松,类似机械的“点刹”,能防止汽车紧急刹车时因车轮被抱死而方向失控发生侧滑,A错误。分析题意可知该装置的工作原理是:车轮在转动时,被磁化的齿轮产生的磁场使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中产生感应电流。齿轮P从图示位置沿顺时针方向转过α角的过程中,穿过线圈的磁通量先减小,后增大,B错误。当汽车静止时,穿过线圈的磁通量不变,线圈中没有感应电流,C错误。当齿轮靠近或远离线圈时,穿过线圈的磁通量增大或减小,线圈中产生感应电流,D正确。
10.(5分)在如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈,与滑动变阻器、电源构成闭合电路,a、b、c为三个闭合金属圆环,假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内,则当滑动变阻器的滑片向右滑动时,下列说法正确的是 (　A　)
A.穿过a、b两个环的磁通量始终相同
B.穿过b环的磁通量始终是c环的一半
C.a、c两个环中都有感应电流
D.b、c两个环中都有感应电流
解析:线圈产生的磁场全部集中在铁芯内,所以穿过a、b两个环的磁通量始终相同,故A正确。根据安培定则可知,穿过a环的磁感线方向向左,穿过b环的磁感线方向向上,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,线圈中电流将发生改变,产生的磁场随之改变,穿过a、b两环的磁通量会发生改变,故a、b
两环中都会产生感应电流;而向左和向右穿过c环的磁感线条数相等,完全抵消,总的磁通量为0,不发生变化,故c环中没有感应电流产生,故B、C、D错误。
11. (9分)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应随时间t变化。请推导出这种情况下B与t的关系式。
答案:B=
解析:要使MN棒中不产生感应电流,应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化,在t=0时刻,穿过线圈平面的磁通量Φ1=B0S=B0l2,设t时刻的磁感应强度为B,此时磁通量为Φ2=Bl(l+vt),由Φ1=Φ2,得B=。

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