第四章 电磁感应 学案-2022-2023学年高二上学期物理人教版选修3-2

高邮临泽中学高二物理备课组 电磁感应 1/17/2023 电磁感应 一、电磁感应现象 本节课知识要点 ●1．磁通量： (1)定义：垂直于匀强磁场的平面的面积S与磁感应度强B的乘积(穿过某一面积的磁感线的条数)叫做穿过这个面的磁通量． (2)公式：＝BS．注意：此公式只适用与S垂直的匀强磁场．若S与B不垂直，应将B分解到与平面S垂直的方向(或把S投影到与B垂直的方向)来处理． (3)单位：韦伯(符号Wb) 1Wb＝1T·1m2． (4)注意：磁通量有大小也有方向，但是标量，遵从代数运算法则． (5)磁通密度： ①定义：单位面积上的磁通量． ②公式：＝B．磁通密度在数值上等于磁感强度． 单位：Wb/m2 1T＝1Wb／m2 ●2．电磁感应现象：在磁场中的导体产生感应电动势或感应电流的现象． ●3．产生感应电流的条件(通过实验得出)：穿过闭合电路的磁通量发生变化． 注意：(1)只有同时满足①电路闭合②磁通量变化这两个条件才会产生感应电流． (2)引起磁通量变化的因素：从＝BSsinθ可知当：①磁感强度B发生变化；②线圈的面积S发生变化Δ＝B·(S2－S1)；③磁感强度B与面积S之间的夹角θ发生变化．这三种情况都可引起磁通量发生变化． ●4．电磁感应现象中能量的转化：当在闭合电路中产生感应电流时，电流做功，消耗了电能．根据能量守恒定律，能量不会被创造，也不会被消灭，那么是什么能量转化为电能呢？一般有两种情况： ①如图16—1所示，导体ad向左运动，在电路中产生感应电流，是ad的机械能转化为电能，即别的形式的能转化为电能； ②如图16—2所示，当图中R变化时，线圈a中变化的电流产生变化的磁场，从而使b中的磁通量发生变化而在b中产生感应电流．此处电能是螺线管a转移给b的，但此处的转移并不像导线导电一样直接转移，而是一个间接的转移：电能磁场能电能，实质上还是能量的转化． 例1 如图16—3甲，竖直放置的长直导线通以恒定电流，有一矩形线框与导线同一平面，在下列情况中线圈产生感应电流的是： A．导线中电流强度变大； B．线框向右平动； C．线框向下平动； D．线框以ab边为轴转动； E．线框以直导线为轴转动． 【分析和解答】正确答案是A、B、D． 分析是否产生感应电流，关键就是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，关键就是分清磁感线的分布，亦即分清磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化． 对A选项，因I增大而引起导线周围的磁场增强，使线框的磁通量增大，故A正确； 对B选项，因离开直导线方向越远，磁感线分布越疏(如图16—3乙)．因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故B正确． 对C选项，由图16—3乙可知线框向下平动时穿过线框磁通量不变，故C错． 对D选项，可用一些特殊位置来分析，当线框在17—3乙图示位置时，穿过线框的磁通量最大，当线框转过90°时，穿过线框的磁通量减小，因此可以判定线框以ab轴转动时磁通量一定变化，故D正确． 对E选项，先画出俯视图如图16—3丙，由图可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过的磁感线条数均不变，因此无感应电流，故E错． 例 如何理解“导体切割”磁感线？ 【分析与解答】闭合电路的一部分导体做切割磁感线的运动时，闭合电路中产生感应电流．如图16—1所示，当导体ab向左运动时，穿过adcb的磁通量发生变化(面积变小)，所以在adcb回路中产生感应电流．由此可见“切割磁感线”产生感应电流和“磁通量变化”在本质上是一致的． 在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该要注意以下几点： ①导体是否将磁感线“割断”，如果没“割断”，就不能说切割．如图16—4所示，(A)、(B)两图中，导线是真“切割”，而图(C)、(D)中，导体没有切割磁感线． ②即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流．对于例1的C选项，尽管导体“切割”了磁感线，但闭合线框的磁通量并没有变化，没有感应电流；对于图16—1导体框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；对于例1的B选项，闭合导体在非匀强磁场中运动，切割了磁感线，同时穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流． ③即使是闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动，也不能绝对保证一定存在感应电流，如图16—5所示，abcd方框的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但穿过线框的磁通量没有变化，所以在线框中没有感应电流． 由以上讨论可见，导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合回路的磁通量是否发生变化． (1)一个矩形线圈abcd面积为S，如图16—6所示放在oxyz直角坐标内，线圈平面垂直于oxy平面，与ox、oy轴的夹角分别为α＝30°、β＝60°，匀强磁场的磁感强度