1、13.3 电磁感应现象及应用电磁感应现象及应用 我们知道，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的我们知道，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生感应电流。那么，切割磁感线是产生运动时，导体中就会产生感应电流。那么，切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗？还有其他方法吗？这些方法有什么内感应电流的唯一方法吗？还有其他方法吗？这些方法有什么内在联系？在联系？一、划时代的发现一、划时代的发现 奥斯特发现的电流的磁效应，震动了整个科学界，奥斯特发现的电流的磁效应，震动了整个科学界， 它证实电它证实电现象与磁现象是有联系的。有关电与磁关系的崭新研究领域洞开现象与磁现象是有联系
2、的。有关电与磁关系的崭新研究领域洞开在人们面前，激发了科学家们的探索热情。人们从电流磁效应的在人们面前，激发了科学家们的探索热情。人们从电流磁效应的对称性角度，开始思考如下的问题：既然电流能够引起磁针的运对称性角度，开始思考如下的问题：既然电流能够引起磁针的运动，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢？动，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢？ 人们早就认识了磁化现象，知道磁体能使附近的铁棒法拉第人们早就认识了磁化现象，知道磁体能使附近的铁棒法拉第对科学的热爱以产生磁性，带电体能在导体上感应出电荷。联系对科学的热爱以产生磁性，带电体能在导体上感应出电荷。联系到电流的及对科学研究持之以恒、
3、坚磁效应，法拉第敏锐地觉察到电流的及对科学研究持之以恒、坚磁效应，法拉第敏锐地觉察到，磁与电之间也应该有这种韧不拔的态度是他获得巨到，磁与电之间也应该有这种韧不拔的态度是他获得巨“感应感应”。他在他在1822 年的日记中写下了年的日记中写下了“由磁产生电由磁产生电”的大成就的重要原的大成就的重要原因之一。设想，并为此进行了长达因之一。设想，并为此进行了长达10年的探索。最初，年的探索。最初， 法拉第法拉第认为，很强的磁体或很强的电流可能会在邻近的闭合导线中感应认为，很强的磁体或很强的电流可能会在邻近的闭合导线中感应出电流。他进行了很多次尝试，经历了一次次失败，都没有得到出电流。他进行了很多次尝
4、试，经历了一次次失败，都没有得到预想的结果。预想的结果。1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上（图年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上（图13.3 1），一个线圈接电源，另一个线圈接），一个线圈接电源，另一个线圈接“电流表电流表”。当给一。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。他在个线圈通电或断电的瞬间，在另一个线圈上出现了电流。他在1831年年8月月29日的日记中写下了首次成功的记录。日的日记中写下了首次成功的记录。 法拉第从中领悟到，法拉第从中领悟到，“磁生电磁生电”是一种在变化、运动的过程是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。于是，他又设计并动手做了几十个实验，使
5、中才能出现的效应。于是，他又设计并动手做了几十个实验，使深藏不露的各种深藏不露的各种“磁生电磁生电”的现象显现而出。他把这些现象定名的现象显现而出。他把这些现象定名为电磁感应，产生的电流叫作感应电流。为电磁感应，产生的电流叫作感应电流。 电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。当初奥斯特发现电流的宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。当初奥斯特发现电流的磁效应时，法拉第曾赞扬道：磁效应时，法拉第曾赞扬道：“它突然打开了科学中一个黑暗领它突然打开了科学中一个黑暗领域的大门，使其充满光明。域的大门，使
6、其充满光明。”公正地说，法拉第与奥斯特应该共公正地说，法拉第与奥斯特应该共享这样的荣誉。享这样的荣誉。二、产生感应电流的条件二、产生感应电流的条件 在上面的实验中，由于迅速移动滑动变阻器的滑片在上面的实验中，由于迅速移动滑动变阻器的滑片（或由于开关的闭合、断开），线圈（或由于开关的闭合、断开），线圈 A 中的电流迅速变化，中的电流迅速变化，产生的磁场的强弱也在迅速变化（图产生的磁场的强弱也在迅速变化（图 13.3 4），又由于两），又由于两个线圈套在一起，所以线圈个线圈套在一起，所以线圈 B 内的磁场强弱也在迅速变化。内的磁场强弱也在迅速变化。这种情况下，穿过线圈这种情况下，穿过线圈 B 的磁
7、通量也发生了变化，线圈的磁通量也发生了变化，线圈 B 中有感应电流。以上实验及其他事实表明：当穿过闭合导中有感应电流。以上实验及其他事实表明：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。这就是产生感应电流的条件。电流。这就是产生感应电流的条件。闭合回路磁通量变化的三种情况闭合回路磁通量变化的三种情况 1闭合回路面积闭合回路面积S的变化引起磁通量的变化。如图所示是导体做切割磁的变化引起磁通量的变化。如图所示是导体做切割磁感线运动使面积发生变化而改变了穿过回路的磁通量。感线运动使面积发生变化而改变了穿过回路的磁通量。2磁感应
8、强度的变化引起磁通量的变化。如图甲是通过磁极的运动改磁感应强度的变化引起磁通量的变化。如图甲是通过磁极的运动改变穿过回路的磁通量；图乙通过改变原线圈中的电流从而改变磁场的强弱，变穿过回路的磁通量；图乙通过改变原线圈中的电流从而改变磁场的强弱，进而改变穿过回路的磁通量。进而改变穿过回路的磁通量。3.磁场和闭合电路的面积都不发生变化，二者的夹角发生变化，从而引磁场和闭合电路的面积都不发生变化，二者的夹角发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化。如图所示，闭合线圈在匀强磁场中绕轴起穿过线圈的磁通量发生变化。如图所示，闭合线圈在匀强磁场中绕轴OO转动的过程。转动的过程。三、电磁感应现象的应用三、电磁
9、感应现象的应用 1831 年圣诞节前夕，一次科学报告会上，法拉第当众表演年圣诞节前夕，一次科学报告会上，法拉第当众表演了一个实验。一个铜盘的轴和铜盘的边缘分别连在了一个实验。一个铜盘的轴和铜盘的边缘分别连在“电流表电流表”的两端。法拉第摇动手柄使铜盘在磁极之间旋转，的两端。法拉第摇动手柄使铜盘在磁极之间旋转，“电流表电流表”的指针随之摆动。这是最早的发电机（图的指针随之摆动。这是最早的发电机（图 13.3 5）。当时在场）。当时在场的一位贵妇人取笑地问：的一位贵妇人取笑地问：“先生，您发明的这个东西有什么用先生，您发明的这个东西有什么用呢？呢？”法拉第平静地反问：法拉第平静地反问：“夫人，新生的婴儿又有什么用夫人，新生的婴儿又有什么用呢？呢？” 后来，根据电磁感应现象制造的最早的发电机这个新生的后来，根据电磁感应现象制造的最早的发电机这个新生的“婴儿婴儿”，果然成长为电厂里巨大的发电机这一改变世界面貌的，果然成长为电厂里巨大的发电机这一改变世界面貌的“巨人巨人”，它开辟了人类社会的电气化时代。生产、生活中广泛，它开辟了人类社会的电气化时代。生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的。使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的。课堂练习课堂练习
