一.磁通量的物理意義
磁通量表征穿過某平面的磁感線條數.通過某一平面的磁通量的大小,可以用通過這個平面的磁感線的條數的多少來形象地說明.在同一磁場中,磁感線越密的地方,也就是穿過單位面積的磁感線條數越多的地方,磁感應強度B越大.因此,磁感應強度B越大,面積越大,穿過這個面的磁感線條數就越多,磁通量就越大.磁感應強度也就是磁通量密度B=Φ/S.
二.計算磁通量要注意
①垂直有效
②覆蓋有效
③磁場換向
④面積正反面
三.磁通量變化量
1.非勻強磁場中磁通量的分析
條形磁鐵、通電線圈周圍的磁場都是非勻強磁場,通常隻對其中穿過線圈的磁通量進行定性分析,分析時應兼顧磁場強弱、線圈面積和磁場與線圈的夾角等因素,利用磁感線分布來判斷,即磁通量的大小對應穿過線圈的磁感線的條數,穿過線圈的磁感線的條數變化,則說明磁通量變化.
2.磁通量的變化
(1)S(S為線圈平面在垂直于磁感線方向上的投影面積)不變,磁感應強度發生變化,即△Φ=△B·S,如圖甲.
(2)磁感應強度不變,S發生變化,△Φ=△S·B,其中S發生變化的情況又分為兩種形式:
①處在磁場中的閉合回路面積發生變化,引起磁通量發生變化,如圖乙;
②閉合回路面積不變,但與磁場的夾角發生變化,從而引起垂直于磁感線方向上的投影面積發生變化,如圖丙.
(3)磁感應強度和面積均發生變化.這種情況較少見,此時應采用公式△Φ=Φ₂-Φ₁進行分析.
若磁感應強度B和回路面積S同時發生變化,則△Φ≠△B·△S.如上圖所示,若導線CD向右滑動,回路面積從S₁=8m²變到S₂=18m²,磁感應強度B從B₁=1T變到B₂=0.5T,則回路中磁通量的變化量△Φ=Φ₂一Φ₁=B₂S₂一B₁S₁=1Wb.若按△Φ=△B·△S=(B₂一B₁)×(S₂一S₁)=一5Wb計算就錯了,(4)磁通量與線圈的匝數無關,也就是磁通量的大小不受線圈匝數的影響.同理,磁通量的變化量也不受線圈匝數的影響.所以用公式求Φ、△Φ時,不必考慮線圈的匝數.
3.淨磁通量
磁通量是标量,但有正負之分,正負僅表示穿入或穿出某平面,而且由人為規定.穿過某個面有方向相反的磁場,則不能直接用Φ=B·S求磁通量.若磁感線沿相反方向穿過同一平面,且正向穿過它的磁通量為Φ₁,反向穿過它的磁通量為Φ₂,則穿過該平面的磁通量等于磁通量的代數和,即Φ₁-Φ₂.
【注意說明】如一線圈垂直勻強磁場方向放置,穿過線圈的磁通量為BS,當線圈繞垂直磁場方向的軸翻轉180°後,磁通量的變化量為2BS;如線圈不動,磁場方向變為反向,磁通量變化量也是2BS.
【提醒】分析和求解磁通量的變化量,必須注意三點:
1.磁通量是标量,但有正負,當同時有兩個方向的磁感線穿過某一回路時,要按求代數和的方法求合磁通量.
2.注意線圈面積的含義,求磁通量時面積一定要代入閉合回路中有磁場且同磁場垂直的那部分面積,且不包含匝數.
3.求解磁通量變化問題除了要明确引起變化的原因,還需要注意磁感線是從平面哪一面穿入的,從而規定磁通量的正負,再用末磁通量減去初磁通量求磁通量的變化量.
例題:如圖所示,條形磁鐵正上方放置一矩形線框,線框平面水平且與條形磁鐵平行。則線框由N極端勻速平移到S極端的過程中,線框中的感應電流的情況是(B)
A.線框中始終無感應電流
B.線框中始終有感應電流
C.線框中開始有感應電流,當線框運動到磁鐵中部時無感應電流,過中部後又有感應電流
D.線框中開始無感應電流,當線框運動到磁鐵中部時有感應電流,過中部後又無感應電流
例題:如圖所示,條形磁鐵的外面有一圓環,在條形磁鐵從上到下運動穿過圓環的過程中,圓環的磁通量的變化情況是(B)
A.不變
B.先變大再變小
C.先變小再變大
D.無法判斷
例題:如圖所示,a、b是兩個同平面、同心放置的金屬圓環,條形磁鐵穿過兩圓環且與兩環平面垂直,則穿過兩圓環的磁通量Φᴀ、Φʙ,的大小關系為(A)
A.Φᴀ>Φʙ
B.Φᴀ<Φʙ
C.Φᴀ=Φʙ
D.不能比較
例題:如圖所示,ab是水平面上的一個導體圓環的直徑,在過ab的豎直平面内有一根通電直導線ef已知ef平行于ab,當ef豎直向上平移時,電流産生的磁場穿過圓環的磁通量将(C)
A.逐漸增大
B.逐漸減小
C.始終為零
D.不為零,但保持不變
例題:如圖所示,兩直導線中通以相同的電流I,矩形線圈位于兩導線之間的實線位置Ⅰ,穿過線圈的磁通量為如圖所示,a、b是兩個同平面、同心放置的金屬圓環,條形磁鐵穿過兩圓環且與兩環平面垂直,則穿過兩圓環的磁通量Φᴀ、Φʙ,的大小關系為Φ.已知虛線位置II與實線位置I關于右邊的直導線對稱,虛線位置III與兩直導線的距離相等,虛線位置IV和虛線位置Ⅴ關于左邊直導線對稱,且與左邊直導線的距離和實線位置I與右邊直導線的距離相等.現将線圈由實線位置移到圖示各個虛線位置,則(B)
A.将線圈由實線位置I移到圖示虛線位置II時,磁通量大小不變
B.将線圈由實線位置I移到圖示虛線位置II時,磁通量變化大小為Φ
C.将線圈由實線位置I移到圖示虛線位置IV時,磁通量變化為零
D.将線圈由實線位置I移到圖示虛線位置V時,磁通量大小不變
例題:一平面線圈用細杆懸于P點,開始時細杆處于水平位置,釋放後讓它在如圖所示的勻強磁場中運動,磁場方向水平向右,已知線圈平面始終與紙面垂直,當線圈第一次由位置D到位置C的過程中,下列對穿過線圈磁通量的變化判斷正确的是(C)
A.一直變大
B.一直變小
C.先變大後變小
D.先變小後變大
例題:如圖所示是機場的安檢人員用金屬探測器檢查乘客的情景.當探測線圈靠近金屬物體時,在金屬物體中就會産生電流,如果能檢測出這種變化,就可以判定探測線圈附近有金屬物體了.下列各圖中能反映出金屬探測器工作原理的是(B)
例題:如圖所示,通有恒定電流的導線MN與閉合金屬框共面,第一次将金屬框由I平移到Ⅱ,第二次将金屬框繞cd邊翻轉到Ⅱ,設先後兩次通過金屬框的磁通量變化大小分别為△Φ₁和Φ₂,則(C)
A.△Φ₁>△Φ₂,兩次運動中線框中均有電流出現
B.△Φ₁=△Φ₂,兩次運動中線框中均無電流出現
C.△Φ₁<△Φ₂,兩次運動中線框中均有電流出現
D.△Φ₁=△Φ₂,兩次運動中線框中均有電流出現
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