第13章 3.电磁感应现象及应用-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第三册（人教版）

3.电磁感应现象及应用 1.知道奥斯特发现了电流的磁效应、法拉第发现了电磁感应现象。 2.能够通过实验探究产生感应电流的条件。 3.知道感应电流的产生条件，并能解决实际问题。 　　 今日的世界已是电的世界，我们几乎没有一天可以离开电，用电灯照明，用微波炉热饭，观看电视节目，用洗衣机清洗衣物等，如果没有了电，我们的生活会变得乱糟糟的，很多工作会停摆。 电是从何而来的呢? 知|识|梳|理 一、划时代的发现 1.“电生磁”的发现：丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。 2.“磁生电”的发现：英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。 3.法拉第的领悟：“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。 4.电磁感应：法拉第把他发现的“磁生电”的现象定名为电磁感应，产生的电流叫作感应电流。 二、产生感应电流的条件 1.探究感应电流产生的条件。 实验操作 实验现象(线圈 B中有无电流) 分析论证 开关闭合瞬间 有电流 线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流产生；磁场不变时，线圈B中无感应电流产生 开关断开瞬间 有电流 开关闭合时，滑动变阻器不动 无电流 开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片 有电流 2.感应电流产生的条件。 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电流。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象。(√) (2)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。(×) (3)若线圈不闭合，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生。(×) 2.关于感应电流，下列说法中正确的是(　　) A.穿过闭合电路的磁通量为零时，闭合电路中一定没有感应电流产生 B.穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生 C.线圈不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也没有感应电流 D.以上说法都不正确 解析　对闭合电路而言，磁通量必须变化，闭合电路中才有感应电流，当磁通量变化过程中某瞬时磁通量为零，此时产生感应电流，故A项错误；如果线圈(或螺线管)不闭合，即使穿过它的磁通量发生变化，线圈中也不会有感应电流，故B、D两项错误，C项正确。 答案　C 探究一 电流的磁效应与电磁感应现象的区别与联系 1.电流的磁效应是指电流周围存在磁场，即“电生磁”；而电磁感应是指利用磁场产生电流，即“磁生电”，这是两种因果关系相反的现象，区别这两种现象的关键是看电流是条件还是结果。 2.电流的磁效应和电磁感应现象都揭示了电和磁的内在联系。 【例1】　(多选)下列现象中，能表明电和磁有联系的是(　　) A.摩擦起电 B.两块磁铁相互吸引或排斥 C.小磁针靠近通电导线时偏转 D.磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流 解析　摩擦起电是静电现象；两块磁铁相互吸引或排斥是磁现象；小磁针靠近通电导线时偏转，说明“电生磁”；磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流，说明“磁生电”，C、D两项表明电和磁有联系。 答案　CD 【针对训练1】　法拉第经过精心设计的一系列实验，发现了电磁感应现象，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”真正联系起来，在下面几个典型的实验设计思想中，所做的推论后来被实验否定的是(　　) A.既然磁铁可使近旁的铁块带磁性，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流可使在近旁静止的线圈中感应出电流 B.既然磁铁可使近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可使近旁运动的线圈中感应出电流 C.既然运动的磁铁可使近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可使近旁运动的导体中感应出电动势 D.既然运动的磁铁可使近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可使近旁的线圈中感应出电流 解析　法拉第经过研究发现引起感应电流的原因都与变化和运动有关，B、C、D三项所叙述的情况都被实验证实了，A项中的推论不成立。 答案　A 探究二 感应电流产生的条件 1.感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时必须明确以下两点： (1)明确电路是否为闭合电路。 (2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化。 2.判断穿过闭合导体回路的磁通量是否变化时，可充分利用磁感线来进行定性判断，即通过观察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变化判断某过程中磁通量是否变化。 【例2】　如图所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若要使线框中产生感应电流且磁通量逐渐变大，则线框的运动情况应该是(　　) A.向右平动(ad边还没有进入磁场) B.向上平动(ab边还没有离开磁场) C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场) D.以ab边为轴转动(转角不超过90°) 解答本题时应把握以下两点： (1)产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。 (2)判断线框做各种运动时穿过线框的磁通量是否发生变化。 解析　A、D两项所描述的情况，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大，D情况下S变小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流；而B、C两项所描述的情况中，线框中的磁通量均不改变，不会产生感应电流；D项中磁通量大小变小。故A项正确。 答案　A 磁通量发生变化，其内涵主要体现在“变化”上，比如穿过电路的磁通量很大，若不变化，也不会产生感应电流。 【针对训练2】　如图所示，匀强磁场中有一个闭合的弹簧线圈，线圈的平面垂直于磁感线， 下列哪种过程中线圈会产生感应电流(　　) A.线圈扩张 B.线圈自下向上运动 C.线圈自上向下运动 D.线圈自左向右运动(未穿出磁场) 解析　线圈扩张，线圈中磁通量变大，线圈中会产生感应电流，故A项正确；线圈自下向上运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故B项错误；线圈自上向下运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故C项错误；在未穿出磁场的前提下，线圈自左向右运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故D项错误。 答案　A 1.如图是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情境。当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了。下图中能反映出金属探测器工作原理的是(　　) 解析　探测器靠近金属物体时，相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线，从而产生了电流，B项是导体棒切割磁感线，C项是通电导体在磁场中受力运动，A、D两项是电流的磁效应。综上所述，B项正确。 答案　B 2.如图所示，ab是闭合电路的一部分，处在垂直于纸面向外的匀强磁场中(　　) A.当ab垂直于纸面向外平动时，ab中有感应电流 B.当ab垂直于纸面向里平动时，ab中有感应电流 C.当ab垂直于磁感线向右平动时，ab中有感应电流 D.当ab垂直于磁感线向左平动时，ab中无感应电流 解析　闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时，回路中一定有感应电流，当ab垂直于纸面向外、向里平动时都不切割磁感线，ab中都没有感应电流，故A、B两项错误；当ab垂直于磁感线向右、向左平动时都切割磁感线，ab中都有感应电流，故C项正确，D项错误。 答案　C 3.如图所示，把一个铜环先后放入甲、乙两个足够大磁场中，甲为匀强磁场，乙为非匀强磁场。磁场的中心轴AB、A'B'垂直铜环的平面且通过圆心，OO'为圆环的竖直对称轴。下列说法正确的是(　　) A.将铜环沿AB、A'B'方向移动，甲、乙两图中的铜环都有感应电流 B.将铜环绕OO'轴翻转，甲、乙两图中的铜环都有感应电流 C.将铜环绕轴AB、A'B'旋转，甲、乙两图中的铜环都有感应电流 D.将铜环沿垂直AB、A'B'方向上下来回移动，甲、乙两图中的铜环都有感应电流 解析　将铜环沿AB、A'B'方向移动，甲图中铜环内的磁通量不变，没有感应电流，乙图中铜环内的磁通量发生变化，有感应电流，A项错误；将铜环绕OO'轴翻转，甲、乙两图中的铜环内磁通量都发生变化，都有感应电流，B项正确；将铜环绕轴AB、A'B'旋转，甲、乙两图中的铜环内的磁通量都不变，故都没有感应电流，C项错误；将铜环沿垂直AB、A'B'方向上下来回移动，甲图中的铜环内的磁通量不变，没有感应电流，乙图中的铜环内的磁通量变化，有感应电流，D项错误。 答案　B 　　1825年，科拉顿做了这样一个实验：他将一个磁铁插入连有灵敏电流计的螺旋线圈中，来观察在线圈中是否有电流产生。但是在实验时，科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响，他通过很长的导线把接在螺旋线圈上的灵敏电流计放到另一间房里，他想，反正产生的电流应该是“稳定”的(当时科学界都认为利用磁场产生的电应该是“稳定”的)，插入磁铁后，如果有电流，跑到另一间房里观察也来得及，就这样，科拉顿开始了实验。然而，无论他跑得多快，他看到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置。科拉顿失败了。科拉顿的这个失败，是一个什么样的失败呢?后人有各种各样的议论。有人说这是一次“成功的失败”，因为科拉顿的实验装置设计得完全正确，如果磁铁磁性足够强，导线电阻不大，电流计十分灵敏，那么在科拉顿将磁铁插入螺旋线圈时，电流计的指针确实是摆动了的。也就是说，电磁感应的实验是成功了，只不过科拉顿没有看见，他跑得还是“太慢”，连电流计指针往回摆也没看见。有人说，这是一次“遗憾的失败”，因为科拉顿如果有个助手在另外那间房里，或者科拉顿就把电流计放在同一间房里看得见的地方，那么成功的桂冠肯定是属于科拉顿的。有人说，这是一次“真正的失败”，因为科拉顿没能转变思想，没有从“稳态”的猜想转变到“暂态”的考虑上来，所以他想不到请个助手帮一下忙，或者把电流计拿到同一间房里来。事实也正是如此，法拉第总结了别人和他自己以前失败的教训，他决定不再固守“稳态”的猜想，终于在1831年8月，观察到了电磁感应现象。科拉顿只能留下永远的遗憾。 【快乐体验】　1825年，瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连，为了避免强磁性磁铁的影响，他把电流计放在另外一个房间，当他把磁铁投入螺线管中后，立即跑到另一个房间去观察，关于科拉顿进行的实验，下列说法正确的是(　　) A.在科拉顿整个操作过程中，电流计不发生偏转 B.将磁铁投入螺线管瞬间，电流计发生偏转，但科拉顿跑到房间观察时，电流计已不再偏转 C.科拉顿无法观察到电流计偏转的原因是当时电流计灵敏度不够 D.科拉顿无法观察到电流计偏转的原因是导线过长，电流过小 解析　将磁铁投入螺线管的过程中，由于线圈切割磁感线而产生了电磁感应现象从而可以在电路中产生电流；因电流周围存在磁场，故小磁针会发生转动；但由于产生的感应电流很快就消失，所以等他跑过去观察时，电流计已不再偏转了，故B项正确。 答案　B 学科网（北京）股份有限公司 $$