实验 探究电磁感应的产生条件

《探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件实验报告》一、概述电磁感应现象是电磁学中重要的基本规律之一，它揭示了电与磁之间相互通联和相互转化的本质。

导体在磁场中运动时产生感应电流的条件是电磁感应现象研究的核心内容之一。

通过进行相关的实验探究，可以深入理解这一条件的实质，验证理论知识，并培养实验探究能力和科学思维方法。

本实验报告将详细记录我们在探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件过程中的实验设计、实验操作、实验现象观察以及数据分析与结论总结。

二、实验目的1. 探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。

2. 理解感应电流产生的原理和条件。

3. 培养实验操作能力、数据处理能力和科学探究精神。

三、实验原理当闭合回路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。

感应电流产生的条件包括：1. 闭合回路：电路必须是闭合的。

2. 切割磁感线运动：导体在磁场中运动时，其运动方向必须与磁感线方向存在一定的夹角。

根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。

当导体在磁场中运动时，磁通量发生变化，从而产生感应电动势，进而引发感应电流。

四、实验器材1. 直流电源2. 电流表3. 开关4. 蹄形磁铁5. 矩形线圈6. 滑动变阻器7. 导线若干五、实验步骤1. 按照电路图连接好实验电路，将矩形线圈通过滑动变阻器与电流表串联后接入电路中，开关处于断开状态。

2. 将蹄形磁铁固定在实验桌上，使其两极正对。

3. 把矩形线圈放在蹄形磁铁的磁场中，使线圈平面与磁感线垂直，且保持线圈静止不动。

4. 闭合开关，观察电流表的指针是否偏转，记录实验现象。

5. 保持开关闭合，将矩形线圈沿着磁感线方向水平向右匀速运动，观察电流表的指针偏转情况，记录实验现象。

6. 保持开关闭合，将矩形线圈沿着与磁感线方向成一定角度（例如30°）斜向右上方匀速运动，观察电流表的指针偏转情况，记录实验现象。

7. 保持开关闭合，将矩形线圈迅速来回运动（类似于振动），观察电流表的指针偏转情况，记录实验现象。

电磁感应现象产生的条件电磁感应现象是指在导体中或导体周围发生磁场变化时，会在导体中产生感应电流或感应电动势的现象。

要产生电磁感应现象，需要满足以下几个条件。

一、磁场的变化：电磁感应现象的产生必须伴随着磁场的变化。

这种磁场的变化可以是磁场的强度、方向、面积等发生改变，也可以是磁场的源头与导体之间相对运动。

二、导体的运动：电磁感应现象需要导体相对于磁场的源头发生运动。

当导体相对于磁场的源头以一定的速度运动时，就会在导体中产生感应电流或感应电动势。

三、导体与磁场的相互作用：导体与磁场之间必须存在相互作用，即导体必须与磁场的源头有一定的关联。

这种关联可以是导体与磁场的源头直接接触，也可以是通过其他物体传导磁场。

四、导体的性质：导体必须具有一定的导电性质，才能产生感应电流或感应电动势。

导体可以是金属、电解质溶液等，只要能够传导电荷就可以产生电磁感应现象。

五、导体的形状和结构：导体的形状和结构对电磁感应现象也有一定的影响。

导体的形状和结构不同，其感应电流或感应电动势的大小和分布也会有所不同。

通过以上几个条件的满足，就可以产生电磁感应现象。

电磁感应现象在日常生活中有着广泛的应用。

例如，发电机利用电磁感应现象将机械能转化为电能；变压器利用电磁感应现象实现电能的传输和改变电压；感应炉利用电磁感应现象进行加热等等。

在科学研究中，电磁感应现象也被广泛应用。

通过电磁感应现象，可以探测到地球磁场的变化，从而研究地球磁场的性质和变化规律；通过电磁感应现象，可以实现无线电通信和电磁波的产生和接收等等。

电磁感应现象的产生条件是多方面的，需要磁场的变化、导体的运动、导体与磁场的相互作用以及导体的性质等多个方面的因素共同作用。

只有满足这些条件，才能产生电磁感应现象，并且利用电磁感应现象进行各种应用和研究。

电磁感应现象的研究和应用对于推动科学技术的发展和提高人类生活水平起着重要的作用。

电磁感应产生条件
电磁感应的产生条件：1.闭合回路中有一个或几个线圈。

2.交流电通过回路，在每个线圈都会产生感应电动势，这种现象叫做电磁感应。

3.电场力作用于线圈时，就使得其中部分电荷发生转移，形成新的闭合回路，并且产生感应电动势，这种现象叫做电磁感应的反向，也叫逆行。

4.线圈不接入大地，但闭合开关依旧可以切断电源，那么这些闭合开关将阻碍感应电动势的传递，从而起到抑制感应电动势的目的，这种效果称为灭弧。

5.当闭合电路中的电流超过某一数值时，导体内就会产生热量，如果继续增加电流，则会引起导体升温，使导体烧毁。

一电磁感应现象及产生条件（一）电磁感应现象穿过闭合回路的磁通量发生变化时，在闭合回路中产生感应电流的现象叫电磁感应现象。

（二）产生感应电流的条件穿过闭合回路的磁通量发生变化，应注意的是若电路不闭合，只产生感应电动势不产生感应电流。

（三）产生感应电流几种情况1、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。

2、磁场的磁感强度发生变化导致磁通量发生了变化。

3、闭合回路的面积发生了变化导致磁通量发生了变化。

例1、如图1所示，两个同心放置的同平面的金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，则通过两圆环的磁通量Φa，Φb比较（）。

A、Φa＞ΦbB、Φa＜ΦbC、Φa＝ΦbD、无法确定例2、如图2所示，矩形线圈在通电长直导线的磁场中运动：A向右平动，B向下平动，C 绕轴转动（ad边向外），D从纸面向纸外作平动，E向上平动（E线圈有个缺口），判断线圈中有没有感应电流。

例3、如图3所示，是同一矩形线圈在U形磁铁上（或附近）的四个位置。

在U形磁铁两个磁极间区域可认为是匀强磁场；当矩形线圈发生下列运动时，能产生感应电流的是（）A、将线圈由位置1移至2的过程中。

B、将线圈按图示放置在位置3，并以较小的振幅左右平动。

C、将线圈按图示放置在位置3，并以恒定的角速度绕轴OO'转动。

D、将线圈放在纸面内并按图示由位置3移到4的过程中。

例4：两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环.当A以如图13-36所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时，B中产生如图所示方向的感应电流.则（）图13-36A.A可能带正电且转速减小B.A可能带正电且转速增大C.A可能带负电且转速减小D.A可能带负电且转速增大典型习题：1．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，图1中各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是 [ ]A．都会产生感应电流B．都不会产生感应电流C．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流D．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流2．如图2所示，矩形线框abcd的一边ad恰与长直导线重合(互相绝缘)．现使线框绕不同的轴转动，能使框中产生感应电流的是 [ ]A．绕ad边为轴转动B．绕oo′为轴转动C．绕bc边为轴转动D．绕ab边为轴转动3垂直恒定的匀强磁场方向放置一个闭合圆线圈，能使线圈中产生感应电流的运动是 [ ]A．线圈沿自身所在的平面匀速运动B．线圈沿自身所在的平面加速运动C．线圈绕任意一条直径匀速转动D．线圈绕任意一条直径变速转动4一均匀扁平条形磁铁与一线圈共面，磁铁中心与圆心O重合(图3)．下列运动中能使线圈中产生感应电流的是 [ ]A．N极向外、S极向里绕O点转动B．N极向里、S极向外，绕O点转动C．在线圈平面内磁铁绕O点顺时针向转动D．垂直线圈平面磁铁向纸外运动5如图5所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，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中没有感应电流的是 [ ]A．线圈中通以恒定的电流B．通电时，使变阻器的滑片P作匀速移动C．通电时，使变阻器的滑片P作加速移动D．将电键突然断开的瞬间6如图6所示，一有限范围的匀强磁场宽度为d，若将一个边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，已知d＞l，则导线框中无感应电流的时间等于 [ ]7闭合铜环与闭合金属框相接触放在匀强磁场中，如图9所示，当铜环向右移动时(金属框不动)，下列说法中正确的是 [ ]A．铜环内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化B．金属框内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化C．金属框ab边中有感应电流，因为回路abfgea中磁通量增加了D．铜环的半圆egf中有感应电流，因为回路egfcde中的磁通量减少二 法拉第电磁感应定律（一）法拉第电磁感应定律（1）内容：电磁感应中线圈里的感应电动势眼穿过线圈的磁通量变化率成正比. （2）表达式：t E ∆∆Φ=或tn E ∆∆Φ=. （3）说明：○1式中的n 为线圈的匝数，∆Φ是线圈磁通量的变化量，△t 是磁通量变化所用的时间.t∆∆Φ又叫磁通量的变化率. ○2∆Φ是单位是韦伯，△t 的单位是秒，E 的单位是伏特. ○3t n E ∆∆Φ=中学阶段一般只用来计算平均感应电动势，如果t∆∆Φ是恒定的，那么E 是稳恒的.（二）导线切割磁感线的感应电动势 1.公式：E=BLv2.导线切割磁感线的感应电动势公式的几点说明：（1）公式仅适用于导体上各点以相同的速度切割匀强的磁场的磁感线的情况. （2）公式中的B 、v 、L 要求互相两两垂直.当L ⊥B ，L ⊥v ，而v 与B 成θ夹角时，导线切割磁感线的感应电动势大小为θsin BLv E =.（3）适用于计算当导体切割磁感线产生的感应电动势，当v 为瞬时速度时，可计算瞬时感应电动势，当v 为平均速度时，可计算平均电动势.（4）若导体棒不是直的，θsin BLv E =中的L 为切割磁感线的导体棒的有效长度.如图13-42中，棒的有效长度有ab 的弦长.例1 如下图所示，长为L 的铜杆OA 以O 为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀速转动，磁场的磁感应强度为B ，求杆OA 两端的电势差．例2 如下图所示，半径为r的金属环绕通过某直径的轴以角速度作匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时，则在金属环转过30°角的过程中，环中产生的电动势的平均值是多大？例3如图1所示把线框abcd从磁感应强度为的匀强磁场中匀速拉出，速度方向与ab边垂直向右，速度的大小为，线圈的边长为，每边的电阻为，问，线圈在运动过程中，ab两点的电势差为多少？例4图13各情况中，电阻R=0.lΩ，运动导线的长度都为l=0.05m，作匀速运动的速度都为v=10m／s．除电阻R外，其余各部分电阻均不计．匀强磁场的磁感强度B=0.3T．试计算各情况中通过每个电阻R的电流大小和方向．例5 如图所示，在一均匀磁场中有一矩形导线框abcd，线框处于水平平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动.杆ef及线框中导线的电阻都可不计.开始时，给ef一个向右的初速度，则A.ef将减速向右运动，但不是匀减速B.ef将匀减速向右运动，最后停止C.ef将匀速向右运动D.ef将往返运动典型习题：1.某单匝线圈电阻是1 Ω，当穿过它的磁通量始终以2 Wb/s速率减小时，则A.线圈中感应电动势一定每秒降低2 VB.线圈中感应电动势一定是2 VC.线圈中感应电流一定每秒减少2 AD.线圈中感应电流一定是2 A2关于感应电动势大小的下列说法中，正确的是 [ ]A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B．线圈中磁通量越大，产生的感应电动势一定越大C．线圈放在磁感强度越强的地方，产生的感应电动势一定越大D．线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大3．如图2，垂直矩形金属框的匀强磁场磁感强度为B。

探究电磁感应的产生条件一、教材内容分析学生通过上一章的学习，认识了磁体磁场、各种电流磁场磁感线的分布规律，理解了磁通量和磁通量变化的概念；在本章第一节《划时代的发现》的资料中，又了解了法拉第通过十年的艰苦努力，发现了电磁感应现象，自然会激发起同学们继续探究电磁感应产生的条件兴趣和热情，而且同学们目前已经有一定的电学实验操作基础。

对本节课中设计“研究电磁感应产生条件”的相关实验经教师指导和小组合作，大部分学生应该能够顺利完成，教学的关键是要以“切割”为基石，以“磁通量”为跳板，找到“闭合电路内磁通量变化”这一电磁感应产生的根本条件。

本节教学中要激励学生主动参与意识，引导学生通过实验探究寻找物理规律。

在提出问题---动手设计---观察描述---归纳总结---实践应用等小组实验探究活动过程中，体验亲自动手设计获得实验成功的乐趣，感受小组合作的力量，激发学习物理的兴趣。

培养细致观察、严密推理、科学描述的科研能力，提升科学研究的综合素养。

二、教学目标1．知识与技能：①理解电磁感应产生的条件②会用电磁感应产生的条件解答有关问题③通过实验的探索，培养学生的实验操作、收集、处理信息能力2．过程与方法：①经历科学探究过程，尝试应用科学探究的方法研究物理问题。

②通过科学探究之后，使学生学会依照物理事实，运用逻辑判断来确立物理量之间的因果关系，树立把物理事实作为依据的观念，形成根据证据、逻辑和现有知识进行科学解释的思维方法，培养学生自主学习和合作探究的能力。

3．情感态度与价值观：激发学生对科学实验的探究热情，使学生具有勇于创新和实事求是的科学态度。

在粗略了解从电磁感应到发电机再到今天的电气化时代的发展过程中，认识科学对社会进步的价值。

三、教学重点：电磁感应产生的条件的得出突出重点的方法让学生经历自主探究“电磁感应产生的条件”的完全过程。

提出问题---大胆猜想---设计实验---采集数据---分析归纳---交流反馈---形成理论---实践应用。

探究电磁感应的产生条件铁岭市昌图县一高陈英志（一）、概述《探究电磁感应的产生条件》是高中物理选修3-2第四章第二节内容。

电磁感应现象及其规律是本章的重点，本节通过几个典型实验的探究得出电磁感应的产生条件，为后续学习其规律打下基础。

本节内容的重点是通过实验观察和探究理解感应电流的产生条件，教学难点是分析归纳电磁感应的产生条件，学生比较容易产生疑惑的地方是为什么只有在运动变化的过程中才能产生感应电流。

（二）、学习目标分析知识与技能：1、知道产生感应电流的条件；2、会使用线圈以及常见的磁铁完成简单的实验。

过程与方法：1、能够设计实验探究电磁感应的产生条件；2、能够从物理现象和实验中归纳出科学规律；3、掌握由特殊到一般的逻辑推理思维方式。

情感态度与价值观：1、意识到物理规律在现实生活中的重要作用，增强对物理学习的兴趣；2、在探究合作过程中，增强探究意识与合作意识，增强与人交流的意识；3、在通过实验得出结论的过程中，逐步树立严谨科学的实验态度和正确的认识观。

（三）、学习者特征分析本节课的学习者特征分析主要是根据教师平时对学生的了解而做出的：·学生为高二的孩子，好奇心强，具有较强的探究欲望·学生有过较多的小组合作经验·学生已掌握磁通量的相关知识（四）、教学策略的选择与设计·探究引导策略：探讨式学习；教师启发引导·自主合作探究式学习策略：建立小组讨论、交流、合作的课堂氛围·情景创设策略：运用学生掌握的相关知识，设计物理实验，组织教学内容，提出有启发性的引申问题，激发学习兴趣，使学生积极地参与到实验探究、分析论证、归纳总结规律的学习当中。

（五）、资源·人教版新课标教材高中物理选修3-2·相关实验器材，如磁铁、线圈、电流表、电源、开关、滑动变阻器、导线等·专门为本课设计的多媒体课件（六）、教学过程学生活动时间课题引入 演示实验：金属探测仪检测金属物体，激发学生学习兴趣。

产生电磁感应现象的条件和规律实验电磁感应现象的产生条件电磁感应现象是指导体在变化的磁场中会产生电动势和感应电流的现象。

产生电磁感应现象的条件是：导体：感应电流只能在导体中产生。

变化的磁场：导体必须处于变化的磁场中。

磁场可以由磁铁、通电线圈或其他导电体的电流变化产生。

导体与磁场的相对运动：导体可以相对静止，而磁场移动，也可以导体移动，而磁场静止。

但是，导体和磁场之间必须存在相对运动才能产生电磁感应。

电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了电磁感应中产生的电动势和感应电流。

定律指出：回路中感应电动势的大小等于磁通量随时间的变化率。

磁通量是穿过回路面积的磁场强度与面积的乘积。

根据数学公式表示为：```ε = -dΦ/dt```其中：ε 是感应电动势Φ 是磁通量t 是时间负号表示感应电动势会阻碍磁通量的变化。

楞次定律楞次定律描述了感应电流的方向：感应电流的方向总是与引起它的磁通量变化的方向相对抗。

例如，如果磁场强度增加，感应电流会产生一个磁场来抵消磁场强度的增加。

电磁感应实验一个简单的电磁感应实验可以证明电磁感应现象。

实验步骤如下：1. 将一根线圈连接到灵敏电流计上。

2. 将一个条形磁铁穿过线圈。

3. 当磁铁穿过线圈时，电流计会偏转，指示有感应电流产生。

4. 当磁铁停止运动时，电流计会恢复到零。

5. 当磁铁以相反方向穿过线圈时，电流计会偏转到相反方向。

实验结果实验结果验证了电磁感应定律和楞次定律。

当磁场穿过线圈时，会有感应电动势产生，当磁通量变化时，感应电动势的大小会发生变化。

感应电流的方向与磁通量变化的方向相反，以抵消磁通量变化。

应用电磁感应现象在许多技术应用中发挥着至关重要的作用，包括：发电机和电动机变压器电感线圈天线传感器。

探究电磁感应产生的条件［要点导学］本节主要探究电磁感应产生的条件。

1、探究的方法主要是实验。

连同初中学习的一个实验，课文介绍了三个实验，见图4-2-1，图4-2-2和图4-2-3。

我们要认真做好这三个实验，并从这三个实验中分析、归纳、概括出电磁感应产生的条件。

学习初中物理时，我们已经知道：闭合电路的一部分导体切割磁感应线，电路就会产生感应电流。

那么在普遍情况下，电磁感应产生的条件是什么呢？完成下面两张表格可以帮助我们发现三个实验之间的内在联系。

表格一、磁铁相对于线圈运动时的电磁感应现象（图4-2-2）磁铁的动作电流计指针磁铁的动作电流计指针表格二、线圈中的电流变化时的电磁感应现象（图4-2-3）2、对实验现象的归纳。

从上面的两张表格中我们可以看到，指针无动作时，无一例外地线圈中的磁场都是不变化的，那么在上面的表格中，凡是指针有动作的，线圈中的磁场又有什么共同点呢？请你用尽可能简单的语言表达它们的共同点：。

在图4-2-1所示的实验中，磁场是不变的，只是导体AB在切割磁感线运动而产生了电磁感应，这种方式产生电磁感应与上面所说的线圈中磁场变化产生电磁感应之间肯定是有联系的。

前者是磁场不变但闭合电路包围磁场的面积在变，后者是闭合电路的面积不变，但电路中的磁场在变。

由此可见，穿过闭合电路的磁场变化或者电路包围磁场的面积变化都会引起电磁感应。

3、概括电磁感应的条件。

由于闭合电路的面积与垂直穿过此面积的磁感应强度的乘积叫做磁通量，所以产生感应电流的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化。

从磁感线的角度来看，磁通量就是穿过闭合电路的磁感线的数目，因此即使磁场和闭合电路的面积都不变，如果磁场与闭合电路所在平面之间的夹角变化（如由垂直变为不垂直），磁通量也会发生变化。

[范例精析]例1如图4-2-4所示，在有界匀强磁场中有一矩形线圈abcd垂直磁场放置，现使线圈做如下几种运动：（a）向上加速平移，（未出磁场），（b）匀速向右平移，（c）绕ab边转90°，其中线圈中能产生感应电流的是。

高中物理课堂教学教案年月日°，求此过程磁通量的变水平放置，位于导线一竖直平面，正竖直向上运动。

问在线圈的磁通量是解：根据直流电流磁场特点，靠近导线处磁场强，远离导线处磁场弱。

把线圈P 下方运动到上方过程中的几个特殊位置如图（乙）所示，可知Ⅰ→Ⅱ磁通量增加，Ⅱ→Ⅲ磁通量减小，Ⅲ→Ⅳ磁通量增加，Ⅳ→Ⅴ磁通量减小，所以整个过程磁通量变化经历了增加→减小→增加→减小，所以在整个过程中P中都会有感应电流产】如图所示是生产中常用的一种延时继A构成一个闭并不能立即将衔铁D 拉起，因而不能使触头C （连接工作电路）立即离开，过一段时间后触头C 才能离开，延时继电器就是这样得名的。

试说明这种继电器的原理。

解析：线圈A 与电源连接，线圈A 中有恒定电流，产生恒定磁场，有磁感线穿过线圈B ，但穿过线圈B 的磁通量不变化，线圈 B 中无感应电流。

断开开关S 时，线圈A 中电流迅速减减小为零，穿过线圈B 的磁通量也迅速减少，由于电磁感应，线圈B 中产生感应电流，由于感应电流的磁场对衔铁D 的吸引作用，触头C 不离开；经过一小段时间后感应电流减弱，感应电流磁场对衔铁D 的吸引力减小，当弹簧E 的作用力比磁场力大时，才将衔铁D 拉起，触头C 离开． 巩固练习1.）A ．磁感应强度越大的地方，磁通量越大B ．穿过某线圈的磁通量为零时，由B =SΦ可知磁通密度为零 C ．磁通密度越大，磁感应强度越大D ．磁感应强度在数值上等于1 m 2的面积上穿过的最大磁通量 答案：CD 2.）A ．Wb/m 2B ．N/A ·mC ．kg/A ·s 2D ．kg/C ·m 答案：ABC 3.）A ．只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流B ．只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流C ．若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，闭合电路中一定没有感应电流D ．当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应 电流 答案：D4.在一长直导线中通以如图所示的恒定电流时，套在长直导线上的闭合线环（环面与导线垂直，长直导线通过环的中心），当发生以下变化时，肯定能产生感应电流）A ．保持电流不变，使导线环上下移动B ．保持导线环不变，使长直导线中的电流增大或减小C ．保持电流不变，使导线在竖直平面内顺时针（或逆时针）转动D ．保持电流不变，环在与导线垂直的水平面内左右水平移动 解析：画出电流周围的磁感线分布情况。