第一讲 划时代的发现 探究电磁感应产生的条件
考知识点1 电磁感应现象发现的历史
核心知识总结：
1、奥斯特圆梦“电生磁”。1820年4月的一次实验中，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应。电流的磁效应发现使人们对电和磁有了新的认识，同时也兴起了一场研究“电和磁”的关系的革命。
2、法拉第心系“磁生电”。电流的磁效应的发现引起人们对此的普遍思考：既然电流能引起磁针的运动，那么为什么不能用磁铁使导线中产生的电流呢？1813年，英国物理家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”的条件，产生的电流叫感应电流。
法拉第把引起电流的原因概括为5类：变化的电流，变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体。
1电磁感应现象的发现使人们对电与磁的内在联系的认 3、电磁感应现象发现的意义：○
2电磁感应现象的发现使人们找到了“磁识更加完善，宣告电磁学作为一门统一学科诞生。○生电”的条件，开辟了人类电气化时代。
考题1、许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列表述正确的是( ) A．卡文迪许测出引力常数
B．法拉第发现电磁感应现象
C．安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式
D．库仑总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律 答案：A B D
解析：C洛伦兹提出了磁场对运动电荷的作用力公式。 变式1-1、下列现象属于电磁感应现象的是（ ） A.、通电的线圈产生磁场
B.、变化的磁场中使闭合电路产生电路。 C、插在通电螺线管中的磁铁被磁化。 D、电流周围产生磁场。 答案：B
知识点2 磁通量
核心知识总结：
1、磁通量的定义是Φ=BS，S指的是垂直于磁感应强度B方向的投影面积，使用公式Φ=BS，要求B与S垂直，如果不垂直须代入投影面积。 2、磁通量反映的是穿过某一面积的磁感应线的条数。
3、Φ不是矢量，但有正负之分，某面积的磁通量指的是总磁通量。 4、磁通量的计算。
（1）B与S垂直时：Φ=BS
B指的是匀强磁场的磁感应强度，S为线圈面积
（2）B与S不垂直时，如图1－1所示，在水平方向的匀强磁场中，平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过平面abcd的磁通量应为
Φ＝B·Scosθ＝BS⊥.
Scosθ即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称之为“有
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效面积”．
(3)某面积内有不同方向的磁场时，先分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和． （4）磁通量的大小与线圈匝数无关。
考题2、如图所示，四面体OABC处在沿Ox方向的匀强磁场中，下列关于磁场穿过各个面的磁通量的说法中正确的有（ ）
A. 穿过AOB面的磁通量为零
B. 穿过ABC面和BOC面的磁通量相等 C. 穿过AOC面的磁通量为零
D. 穿过ABC面的磁通量大于穿过BOC面的磁通量 解：A、B、C选项正确
说明：面AOB、AOC与匀强磁场平行，磁通量为零。面ABC在垂直匀强磁场方向的投影面与面BOC相同，所以穿过
面ABC与面BOC的磁通量相等，其磁通量大小为??BSn?BS面BOC 变式2-1、关于磁通量的概念，下列说法正确的是（） A 磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大。 B 穿过线圈的磁通量为零时，磁感应强度不一定为零。 C 磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量越大。
D 穿过线圈的磁通量的大小可用穿过线圈的磁通量条数来衡量 答案：B D
变式2-2、如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，下列说法中正确的是：( )
A．Φa<Φb<Φc B．Φa>Φb>Φc C．Φa<Φc<Φb D．Φa>Φc>Φb 答案：B
知识点3 确定磁通量的变化
核心知识总结：
磁通量变化的几种情况：
根据磁通量计算公式Φ＝B·Ssinθ（期中θ为闭合电路所围成的平面与磁感应强度之间的夹角），决定磁通量因数有B、S、θ，三者的变化都都会导致磁通量的变化，从而使闭合电路产生感应电流。
1、由于磁场变化而引起穿过闭合回路的磁场通量发生变化，即S不变，B变化。 2、由于闭合回路的面积S变化而引起磁通量的变化，即B不变，S变化。
3、线圈平面与磁场方向的夹角θ发生变化时，即线圈在垂直于磁场方向的投影面积 S⊥=S·sinθ发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化，即B、S不变，θ变化。 4、磁场、线圈面积都发生变化时，也可以引起线圈的磁通量发生变化。
考题3、有一个垂直纸面向里的匀强磁场，B=0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1cm．现于纸面内先后放上圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1cm，10匝；B线圈半径为2 cm，1匝；C线圈半径为0.5cm，1匝．问： (1)在B减为0.4 T的过程中，A和B中磁通量改变多少? (2)当磁场转过30°角的过程中，C中磁通量改变多少?
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答案：(1)1.256×10-4 Wb 1.256×10-4 Wb (2)8.4×10-6Wb 解析：(1)对A线圈：Φ1=B1πr2,Φ2=B2πr2 磁通量改变量|Φ2-Φ1|=1.256×10-4 Wb 对B线圈：|Φ2-Φ1|=1.256×10-4 Wb. (2)对C线圈：Φ1=BπR2，磁场转过30°，线圈面积在垂直磁场方向的投影为πR2cos30°，则Φ2=BπR2cos30°，磁通量改变量|Φ2-Φ1|=8.4×10-6 Wb． 变式3-1、如图所示，面积为S的矩形线圈abcd，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成θ角，当线框以ab为轴顺时针方向转过900时，穿过abcd面的磁通量变化量△Φ为 答案：—BS（sinθ+cosθ）
变式3-2、如图为一水平放置的条形磁铁，一闭合导线框abcd位于磁铁的左端，线框平面始终与磁铁的上表面垂直，并与磁铁的端面平行，当线框由图中位置I经过位置II到达位置 III的过程中，导线框内磁通量变化情况怎样？ 答案：先减少后增加。
知识点4 感应电流有无的判断
核心知识总结：
1、判断电磁感应现象中是否产生了感应电流，必须紧扣两个条件：一、是回路是否闭合，二是回路的磁通量是否发生变化，二者缺一不可。 2、应用条件判断是否产生感应电流的步骤
首先要确定磁场的分布，明确初始状态穿过闭合电路，磁通量的情况，其次要分析穿过线圈磁通量是否发生变化，。 3、在这类题时要注意：
（1）熟记条形磁铁和蹄形磁体内外磁感线分布的立体形状是解决问题的基础。 （2）利用磁感线判断磁通量变化：线圈所包围的磁感线穿过线圈平面方向相同时，条数增加，如果穿过线圈平面的磁感线方向相反，某一方向是多数的磁感线的条数增加，则磁通量增加，则磁通量减少，总之，要穿过线圈磁感线的净条数的增减判断磁通量的变化，要用某一方向多数的磁感线方向作为线圈所包含磁场方向。
考题4、如图所示，关于闭合导线框中产生感应电流的下列说法中正确的是（ ）
A.只要闭合导线框在磁场中做切割磁感线运动，线框中就会产生感应电流
B.只要闭合导线框处于变化的磁场中，线框中就会产生感应电流
C.图4-1-3的矩形导线框以其任何一条边为轴在磁场中旋转，都可以产生感应电流
D.图4-1-3的闭合导线框以其对称轴OO′在磁场中转动，当穿过线圈的磁通量最大时，线框内不产生感应电流；当穿过线框内的磁通量为零时，线框中有感应电流产生
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思路解析：线框在磁场中切割磁感线，但两边产生相反方向的感应电动势，电路里并不产生感应电流，也就是回路的磁通量并没有变化，例如线框从图示位置沿垂直纸面方向运动时不产生感应电流，所以选项A不正确.
在图示的情况下，磁场的磁感应强度B的大小发生变化时，线框的磁通量并不变化，也不产生感应电流，所以选项B不正确.
在图示的情况下，线框以ad为轴旋转时，线框中磁通量也不变化，所以选项C不正确. 如果以OO′为轴旋转，线框在图示位置时磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电流也最大，当转到线框平面垂直磁感线时，磁通量最大，但变化率为零，不产生感应电流.所以选项D正确. 答案：D
变式4-1、匀强磁场的区域宽为L，正方形线框abcd的边长为l，且l>L，线框以速度v通过磁场区域，如图示从线框的bc边进入到ad边完全离开磁场的时间内，线框内没有感应电流的时间是( )
Ll?Ll?2Ll?LA． B ． C ． D． vvvv
答案：B
变式4-2、如图所示，为当年法拉第实验装置示意图，两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈
A接直流电源，线圈B接灵敏电流表，下列哪种情况不可能使线圈B中产生感应电流 ( )
A．将开关S接通或断开的瞬间 B．开关S接通一段时间之后
C．开关S接通后，改变滑动变阻器滑动头的位置时 D．拿走铁环，再做这个实验，开关S接通或断开的瞬间
答案：B
知识点5 电磁感应现象中的能量转化
核心知识总结：
一切物理过程中涉及的能量总量永远守恒，电磁感应现象中就是其他形式的能转化为向电能的转化，，其总量也一定守恒，当闭合回路因电磁感应现象而产生电流时，根据能量守恒，一定有其他形式的能转化为电能。电磁感应现象产生的的电流从产生的形式上划分，可划分为动生电流和感生电流。在产生动生电流中，其能量转化过程是机械能转化为电能，而感生电流，则是磁场能转化为电能。
考题5、甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO旋转，当给以相同的初角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止，若将两环置于磁感强度B大小相同的匀强磁场中，甲环转轴与磁场方向垂直，乙环转轴与磁场方向平行，如图所示，当乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断中正确的是 A．甲环先停下 B．乙环先停下
C．两环同时停下 D．无法判断两环停止的先后
解析：甲环先停，因为甲环转动时磁通量发生变化，产生感应电流，由楞次定律可知，它会受到阻碍它转动的力（安培力）；而乙环转动时磁通量不变（始终为零。这个可能是你不会做这个题的问题所在），不产生感应电流，故不受阻力（专指安培力），所以
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甲环先停！ 答案：A
变式5-1、如图所示，在点O正下方有一个理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ） A．A﹑B两点在同一水平线 B．A点高于B点 C．A点低于B点 D．铜环将做等幅摆动
考点：电磁感应中的能量转化．
分析：铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B过程中，重力做正功，穿越磁场时，要克服安培力做功，产生焦耳热，根据能量守恒来判断AB间高度关系．
解答：解：A、铜环在穿越磁场时，产生电能，如AB两点在同一水平线，违反了能量守恒定律．故A错误．
B、C铜环在穿越磁场时，产生电能，机械能减小．则A点高于B点．故B正确，C错误． D、由上分析，铜环振幅不判断减小． 故选B．
点评：研究电磁感应问题，常常有两条思路，一条是力的角度，一条是能量的角度．
知识点6 电磁感应现象的实验探究
核心知识总结：
法拉第把引起感应电流的原因概括为5类：变化的电流，变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体。他们都与运动和变化相关系，其实验有以下三个： [实验1]部分电路的一部分导体做切割磁感线运动 如图所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生。
[实验2]磁铁在线圈中运动 如图所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线路中无电流产生。
[实验3] 改变螺线管AB中的电流，如图所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过。
结论：产生感应电流的条件： 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。 说明：实验一是通过导体运动改变磁通量；实验二是磁体即磁场运动改变磁通量；实验三通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”
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