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第2節　電磁感應現象及其應用
[學習目標]
1.知道磁通量，并進行計算。
2.了解電磁感應現象，了解產生感應電流的條件。
3.知道電磁感應現象在生產生活中的應用。
[基礎梳理]
一、磁通量
1.磁通量
(1)定義：在勻強磁場中，磁感應強度B和與磁場方向垂直的平面面積S的乘積，叫做穿過這個面積的磁通量。
注：磁通量可以形象地理解為“穿過一個閉合電路的磁感線的多少”。
(2)定義式：Φ＝BS。
(3)單位：韋伯，簡稱韋，符號是Wb。1 Wb＝1 T·m2。
2.磁通密度：由上式得B＝，這表示磁感應強度等于穿過垂直磁感線的單位面積的磁通量，因此磁感應強度B又叫磁通密度。
二、電磁感應現象及應用
1.探究感應電流產生的條件
實驗1　如圖甲所示，導體AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產生，而導體AB順著磁感線運動時，線路中無電流產生。(填“有”或“無”)
甲
實驗2　如圖乙所示，當條形磁鐵插入或抽出線圈時，線圈中有電流產生，但條形磁鐵在線圈中靜止不動時，線圈中無電流產生。(填“有”或“無”)
實驗3　如圖丙所示，將小螺線管A插入大螺線管B中不動，當開關S閉合或斷開時，電流表中有電流通過；若開關S一直閉合，當改變滑動變阻器的阻值時，電流表中有電流。
　　　　
　　　　　　　乙　　　　　　　　　　　　　　丙
2.電磁感應
閉合回路的磁通量變化而產生電流的現象稱為電磁感應，所產生的電流叫感應電流。
3.電磁感應的應用
(1)磁可用來記錄聲音、影像等數字信息，還可用來記錄其他信息。
(2)無線充電：利用電磁感應制成手機無線充電裝置。
(3)動圈式話筒：話筒是把聲音轉化為電信號的裝置。
[能力拓展]
一、磁通量
1.對磁通量的理解
(1)磁通量表示穿過某一面積的磁感線條數的多少。
(2)磁通量是標量，但是有正負。磁通量的正、負不代表大小，只表示磁感線是怎樣穿過平面的。即若以向里穿過某面的磁通量為正，則向外穿過這個面的磁通量為負。
(3)某面積內有相反方向的磁場時，分別計算不同方向的磁場的磁通量，然后規定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負，求其代數和。
2.磁通量的變化
大致可分為以下幾種情況
(1)磁感應強度B不變，有效面積S發生變化。如圖(a)所示。
(2)有效面積S不變，磁感應強度B發生變化。如圖(b)所示。
(3)磁感應強度B和面積S都不變，它們之間的夾角發生變化。如圖(c)所示。
二、電磁感應現象及應用
1.感應電流產生條件的理解
(1)不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發生變化這兩個條件，就必然產生感應電流。
(2)只要產生了感應電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發生了變化。
2.ΔΦ與Φ的區別
ΔΦ與Φ意義不同，大小也沒有必然的聯系。感應電流的產生與Φ無關，只取決于Φ的變化，即與ΔΦ有關。
3.感應電流的產生判斷流程
(1)確定研究的閉合電路。
(2)再清楚電路內的磁場分布，并確定該電路磁通量Φ。
(3)
[隨堂演練]
1．在人類對自然界進行探索的過程中，科學實驗起到了非常重要的作用。下列說法符合歷史事實的是（　　）
A．安培最先發現電流周圍存在磁場，總結出磁場對電流的作用力公式
B．法拉第最先通過實驗發現了電磁感應現象，進一步完善了電與磁的內在聯系
C．伏特最先發現了電流熱效應的規律，找到了電能和熱能之間的轉化關系
D．庫侖最先利用扭秤發現了點電荷間的相互作用規律，并通過油滴實驗測定了元電荷的值
2．如圖所示，在光滑絕緣水平面上，有兩條固定的相互垂直彼此絕緣的長直導線，通以大小相同的電流。在角平分線上，對稱放置四個相同的圓形金屬框。若電流在相同時間間隔內增加相同量，則（　　）
A．線圈1中有順時針方向的感應電流，靜止不動
B．線圈2中無感應電流，靜止不動
C．線圈3中有順時針方向的感應電流，沿著對角線向外運動
D．線圈4中有逆針方向的感應電流，沿著對角線向外運動
3．楞次定律猶如電磁領域的“慣性定理”，關于楞次定律的下列說法中正確的是（　　）
A．感應電流的磁場總是要阻止磁通量的變化
B．感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化
C．感應電流的磁場總是跟原磁場方向相反，阻礙原磁場的變化
D．穿過閉合回路的原磁場減弱時，感應電流將阻礙原磁場減弱
4．如圖所示，Ⅰ和Ⅱ是一對異名磁極（Ⅰ在上、Ⅱ在下），ab為放在其間的金屬棒；金屬棒ab和金屬棒cd用導線連成一個閉合回路；當ab棒向左運動時，cd金屬棒受到向下的磁場力，則有（　　）
A．由此可知d點電勢高于c點電勢
B．由此可知Ⅰ是S極
C．由此可知Ⅰ是N極
D．當cd棒向下運動時，金屬棒ab不受到向左的磁場力
5．如圖所示，水平絕緣粗糙桌面上有一個鋁環，其圓心的正上方有一個豎直的條形磁鐵。豎直向上或者水平移動條形磁鐵時，鋁環始終未動，下列說法正確的是（　　）
A．豎直向上移動條形磁鐵，鋁環對桌面的壓力增大
B．豎直向上移動條形磁鐵，從上往下看，鋁環中感應電流的方向沿順時針方向
C．向右平移條形磁鐵，鋁環受到的摩擦力的方向向左
D．向左和向右平移條形磁鐵，鋁環中感應電流的方向相反
6．某磁場磁感線如圖所示，有銅線圈自圖示A位置落至B位置，在下落過程中，自上向下看，線圈中的感應電流方向是（　　）
A．始終順時針 B．始終逆時針
C．先順時針再逆時針 D．先逆時針再順時針
7．如圖所示為“研究電磁感應現象”的實驗裝置。
（1）請將圖中所缺的導線補接完整___________。
（2）如果在閉合開關時發現靈敏電流計的指針向右偏了一下，那么合上開關后：
①將原線圈迅速插入副線圈時，靈敏電流計指針將___________。
②原線圈插入副線圈后，將滑動變阻器滑片迅速向左拉時，靈敏電流計指針將___________。
8．某同學利用如圖所示的器材來研究電磁感應現象及判定感應電流的方向，其中為原線圈，為副線圈。
（1）在給出的實物圖中，將實驗儀器連成完整的實驗電路_______；
（2）在實驗過程中，除了查清流入電流計電流方向與指針偏轉方向之間的關系之外，還應查清_______的繞制方向（選填“”、“”或“和”）
（3）若連接好實驗電路并檢查無誤后，該同學閉合開關的瞬間，觀察到電流計指針向右偏了一下，說明線圈______（選填“”、“”或“和”）中有了感應電流．那么開關閉合后，將線圈插入穩定后再迅速拔出時，電流計指針將_______（選填“向右偏”、“向左偏”或“不偏轉”）；
（4）該同學通過實驗總結出：感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的_______。
參考答案
1．B
【詳解】
A．奧斯特通過電流的磁效應發現電流周圍存在磁場，故A錯誤；
B．法拉第最先通過實驗發現了電磁感應現象，進一步完善了電與磁的內在聯系，故B正確；
C．焦耳最先發現了電流熱效應的規律，找到了電能和熱能之間的轉化關系，故C錯誤；
D．庫侖發現了庫侖定律，即點電荷間的相互作用，密立根通過油滴實驗測定了元電荷的值，故D錯誤。
故選B。
2．D
【詳解】
AC．根據安培定則，判斷線圈1、3中磁通量始終為零，所以無感應電流，靜止不動。故AC錯誤；
BD．根據安培定則，判斷線圈2、4中磁通量均增加，由楞次定律可知，線圈2中有順針方向的感應電流，線圈4中有逆針方向的感應電流，兩線圈均沿著對角線向外運動。故B錯誤；D正確。
故選D。
3．B
【詳解】
AB．感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，阻礙并不是阻止，只起延緩的作用，故A錯誤，B正確；
C．當原磁通量增加時感應電流的磁場與原磁場反向，當原磁通量減少時感應電流的磁場與原磁場同向，故C錯誤；
D．“楞次定律”里起阻礙作用的是“感應電流的磁場”，它阻礙“原磁通量的變化”，不是阻礙原磁場，也不是阻礙原磁通量，故D錯誤。
故選B。
4．B
【詳解】
A．cd金屬棒受到向下的磁場力，根據左手定則可知，電流方向c到d，故d點電勢低于c點電勢，故A錯誤；
BC．電流為b到a，根據右手定則可以判斷由此可知Ⅰ是S極，故B正確C錯誤；
D．當cd棒向下運動時，cd棒中產生由d到c的電流，ab棒中的電流由a到b，由左手定則可知可知ab導線受到向左的磁場力。故D錯誤。
故選B。
5．C
【詳解】
AB．豎直向上移動條形磁鐵時，鋁環內的磁通量減少，由楞次定律可以判定鋁環中感應電流的方向沿逆時針方向（從上往下看）；由左手定則可以判定，圓環中的感應電流在條形磁鐵的磁場中受到了向上的安培力，所以鋁環對桌面的壓力減小了，故A、B錯誤；
C．向右平移條形磁鐵，鋁環內的磁通量減少，由楞次定律可以判定鋁環中感應電流的方向沿逆時針方向（從上往下看）；鋁環則受到了向右的安培力，所以將受到桌面向左的摩擦力，故C正確；
D．向左和向右平移條形磁鐵時，鋁環內的磁通量都將減少，由楞次定律可以判定鋁環中感應電流的方向沿逆時針方向（從上往下看），即鋁環中感應電流的方向相同，故D錯誤。
故選C。
6．C
【詳解】
在下落過程中，磁感應強度先增大后減小，所以穿過線圈的磁通量先增大后減小，從A處落到O處，穿過線圈的磁通量增大，所以感應電流的磁場方向向下，則感應電流的方向為順時針，從O處落到B處，穿過線圈的磁通量減少，產生的感應電流的磁場方向向上，則感應電流的方向為逆時針。
故選C。
7． 向右偏轉一下 向左偏轉一下
【詳解】
（1）[1]“探究電磁感應現象”實驗電路分兩部分，要使原線圈產生磁場必須對其通電，故電源、開關、滑動變阻器、原線圈組成閉合電路，靈敏電流計與副線圈組成另一個閉合回路，如上圖所示。
（2）①[2]閉合開關，穿過副線圈的磁通量增大，靈敏電流表的指針向右偏；閉合開關，將原線圈迅速插入副線圈時，磁場方向不變，穿過副線圈的磁通量增大，靈敏電流計指針將向右偏轉一下；
②[3]原線圈插入副線圈后，由電路圖可知，將滑動變阻器滑片迅速向左拉時，滑動變阻器接入電路的阻值變大，原線圈電流變小，穿過副線圈的磁場方向不變，但磁通量變小，靈敏電流計指針將向左偏轉一下。
8． L1和L2 L2 向左偏 磁通量的變化
【詳解】
（1）[1]實物連線如圖；
（2）[2]在實驗過程中，除了查清流入電流計電流方向與指針偏轉方向之間的關系之外，還應查清和的繞制方向。
（3）[3][4]若連接好實驗電路并檢查無誤后，該同學閉合開關的瞬間，觀察到電流計指針向右偏了一下，說明線圈中有了感應電流；同時也說明當穿過線圈的磁通量增加時，產生的感應電流使電流計指針右偏；那么開關閉合后，將線圈插入穩定后再迅速拔出時，穿過線圈的磁通量減小，則電流計指針將向左偏；
（4）[5]該同學通過實驗總結出：感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化；

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