第三章 3 电磁感应现象及其应用-【金版教程】2024-2025学年新教材高中物理必修第三册创新导学案课件PPT（教科版2019）

第三章　电磁场与 电磁波初步 3.电磁感应现象及其应用 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 1．知道电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神。2.理解并掌握感应电流产生的条件。3.了解电磁感应现象的发现对社会发展的意义。 3 课前自主学习 一　电磁感应现象的发现 1．电磁感应：“_______现象。由_______发现并命名。 2．感应电流：由_____________产生的电流。 二　感应电流产生的条件 只要穿过_____导体回路的_______发生变化，__________回路中就会产生感应电流。 三　电磁感应现象的应用 _______是应用电磁感应产生电的一种机器。生活、生产中广泛使用的_______、___________等也是根据电磁感应制造的。 磁生电 法拉第 电磁感应现象 闭合 磁通量 闭合导体 发电机 变压器 感应电动机 课前自主学习 5 提示 1．判一判 (1)奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第完成了“由磁产生电”的设想，发现了电磁感应现象。(　　) (2)闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流。(　　) (3)闭合电路的部分导体在磁场中运动，一定会产生感应电流。(　　) (4)只要电路中磁通量发生变化，就有感应电流产生。(　　) 提示：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　 课前自主学习 6 2．议一议 19世纪人们对电磁感应的探索，是一场国际性的研究活动。1821年，法国科学家安培已经开始探求磁生电的途径。安培做实验时总是保持通电线圈中的电流不变，没有观察到电磁感应现象。 1825年，瑞士年轻的科学家科拉顿(J.D.Colladon，1802～1892)也用实验探索如何产生感应电流。科拉顿用条形磁体在线圈中插进和抽出进行实验时，为了排除磁体对“电流表”的影响，把“电流表”和线圈分别放在两个房间里。实验时，他在两个房间之间跑来跑去，没有观察到电磁感应现象。 课前自主学习 7 提示 问题：安培、科拉顿与电磁感应现象的发现擦肩而过，他们的遗憾出自哪里？ 提示:只有穿过闭合回路的磁通量发生变化时，才会发生电磁感应现象。安培的遗憾出自做实验时没有改变线圈中的电流，科拉顿的遗憾出自实验和观察不同步，电磁感应现象发生了但他没看到。　 课前自主学习 8 课堂探究评价 探究1　电磁感应现象 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 10 提示 活动1：磁体能使附近的铁棒产生磁性，带电体能在导体上感应出电荷，奥斯特发现电流周围存在磁场，由此可以联想到什么？ 活动2：如图1所示，导体切割磁感线时，电流表的示数为零吗？ 活动3：将图1简化为图2所示电路，导体ab静止时，电路中没有电流，ab沿着磁感线运动时，电路中也没有电流，只有ab切割磁感线时才有电流产生，此时与磁场相关的哪个物理量发生了变化？ 提示：磁与电之间也应该有这种“感应”，由磁也可以“感应”出电。　 提示：电流表的示数不为零。 提示:闭合电路abcd的面积发生了变化，即穿过电路abcd的磁通量发生了变化。　 课堂探究评价 11 提示 活动4：如图3所示，开关闭合、断开瞬间，通过线圈A中的电流如何变化？线圈A产生的磁场如何变化？穿过线圈B的磁通量如何变化？电流表的示数为零吗？ 活动5：如图3所示，开关闭合后，滑动变阻器不动，线圈A中的电流变化吗？线圈A产生的磁场变化吗？穿过线圈B的磁通量变化吗？电流表示数为零吗？ 提示:开关闭合瞬间，线圈A中的电流从无到有，线圈A产生的磁场由无到有，穿过线圈B的磁通量从无到有，即增大，电流表示数不为零；开关断开瞬间，通过线圈A中的电流从有到无，线圈A产生的磁场从有到无，穿过线圈B的磁通量从有到无，即减少，电流表示数不为零。 提示:均不变，电流表示数为零。 课堂探究评价 12 提示 活动6：如图3所示，开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片时，线圈A中的电流变化吗？线圈A产生的磁场变化吗？穿过线圈B的磁通量变化吗？电流表示数为零吗？ 活动7：在活动4、5、6的操作中，A、B相互垂直时均不能产生感应电流，这说明了什么？ 提示：均变化，电流表示数不为零。 提示：说明即使磁场变化，若磁通量不变，则不产生感应电流。　 课堂探究评价 13 1．电磁感应现象的发现 法拉第认为电与磁有联系，电流能产生磁场， 磁场也应该能产生电流。1831年他发现了电磁感 应现象：把两个线圈绕在一个铁环上，一个线圈 接电源，另一个线圈接“电流表”，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。 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。 课堂探究评价 14 2．电磁感应现象 (1)电磁感应：“磁生电”的现象，是由法拉第首先发现的。 (2)感应电流：由电磁感应产生的电流。 3．感应电流产生的条件 只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流产生。即： (1)电路为闭合导体回路。 (2)穿过该闭合导体回路的磁通量发生变化。 课堂探究评价 15 4．产生感应电流的常见类型 (1)闭合导体回路中的一部分做切割磁感线运动时，闭合导体回路中产生感应电流(如图1、2)。 (2)磁体的某一个磁极插入或抽出线圈时，线圈所在的闭合导体回路中产生感应电流。 (3)产生磁通量的电路中的电源开关闭合与断开、调节电流大小的滑动变阻器滑片滑动时，闭合导体回路中产生感应电流(如图3)。 课堂探究评价 16 例　(多选)线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：A.向右平动；B.向下平动；C.绕轴转动(ad边向里)；D.从纸面向纸外垂直纸面平动。则线圈中有感应电流产生的情形是(　　) 答案 课堂探究评价 17 提示 (1)如何判断有没有感应电流产生？ (2)线圈切割磁感线或者相对磁场运动时，穿过线圈的磁通量一定会发生变化吗？ 提示：一看电路是否为闭合导体回路，二看穿过该闭合导体回路中的磁通量是否发生变化，如果两个条件都满足，则有感应电流产生，否则没有。　 提示：不一定，需要根据情况具体分析。 课堂探究评价 18 规范解答 规范解答　在长直导线电流的磁场中的线圈，原来磁通量是垂直纸面向里的。对直线电流来说，离电流越远，磁场越弱，且距离导线相同的位置，磁感应强度大小相等。向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故线圈中没有感应电流，A错误；向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流，B正确；绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化(开始时减少)，必产生感应电流，C正确；从纸面向纸外垂直纸面平动，离纸面越远，穿过线圈的磁通量越少，线圈中有感应电流，D正确。 课堂探究评价 规律点拨 感应电流产生的条件，归根结底是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。关键在“变化”两字上，这是指穿过闭合导体回路的磁通量从无变有、从有变无、从小变大、从大变小，磁感线从面的另一方向穿过等。 课堂探究评价 [变式训练1]　(多选)某同学为商店设计了一个感应门铃，强磁条固定在门框上，线圈和语音系统固定在平开门(前后开)上，当线圈中感应出一定强度的电流信号时，自动触发语音系统发出语音，下列说法中正确的是(　　) A．开门时发出语音 B．关门时不发出语音 C．开门时穿过线圈的磁通量增大 D．关门时穿过线圈的磁通量增大 答案 解析 解析　由图可知，开门时穿过线圈的磁通量减小，关门时穿过线圈的磁通量增大，故C错误，D正确。开门、关门时，穿过线圈的磁通量都发生了改变，都会出现感应电流，语音系统都会发出语音，故A正确，B错误。 课堂探究评价 21 [变式训练2]　关于电磁感应，下列说法正确的是(　　) A．导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流 B．导体做切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流 C．闭合导体回路在磁场中做切割磁感线运动，回路中一定会产生感应电流 D．穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中一定会产生感应电流 答案 解析 解析　导体相对磁场运动或导体做切割磁感线运动时，不一定组成闭合导体回路，故A、B错误；整个闭合导体回路做切割磁感线运动，但穿过回路的磁通量始终不变时，无感应电流产生，C错误；由产生感应电流的条件知，D正确。 课堂探究评价 22 课后课时作业 1．(电磁感应现象的发现)第一个发现电磁感应现象的科学家是(　　) A．奥斯特 B．安培 C．科拉顿 D．法拉第 答案 解析 解析　奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，安培和科拉顿虽然都对磁产生电现象进行了研究，但是没有发现电磁感应现象。故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 2．(电现象和磁现象间的联系)(多选)下列现象中，能表明电和磁有联系的是(　　) A．摩擦起电 B．两块磁体相互吸引或排斥 C．小磁针靠近通电导线时偏转 D．磁体插入闭合线圈的过程中，线圈中产生感应电流 答案 解析 解析　摩擦起电是静电现象，与磁现象无关，故A错误。两块磁体相互吸引或排斥是磁极间的相互作用，不能表明电和磁有联系，B错误。小磁针靠近通电导线时偏转，是因为受到了磁场力的作用，说明电流周围有磁场，C正确。磁体插入闭合线圈的过程中，线圈中产生感应电流，说明磁可以生电，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 3．(对电磁感应现象的理解)下列现象中属于电磁感应现象的是(　　) A．磁场对电流产生力的作用 B．变化的磁场使闭合电路中产生电流 C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化 D．电流周围产生磁场 答案 解析 解析　电磁感应指闭合回路中部分导体做切割磁感线运动，或者穿过闭合回路的磁通量变化时，回路中产生感应电流的现象，故B正确，A、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 4．(对感应电流产生条件的理解)关于感应电流产生的条件，以下说法正确的是(　　) A．只要闭合导体回路内有磁通量，闭合导体回路中就一定会有感应电流 B．穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定会有感应电流产生 C．线圈不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化也不会有感应电流产生 D．只要导体回路的一部分做切割磁感线运动，回路中就一定会有感应电流产生 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 解析 解析　感应电流产生的条件有两个，一是导体回路一定要闭合，二是穿过导体回路的磁通量要发生变化，而不是有磁通量就行了，所以A错误，C正确；B中螺线管不闭合时，无感应电流产生，故错误；D中导体回路不闭合，或虽然闭合，但通过导体回路的磁通量不发生变化时，都无感应电流产生，故错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 5.(感应电流产生的条件)在研究电磁感应现象的实验中，用导线将线圈与灵敏电流计相连，构成闭合电路，如图所示。在下列情况中，灵敏电流计指针不发生偏转的是(　　) A．线圈不动，将磁体向线圈中插入 B．线圈不动，将磁体从线圈中抽出 C．磁体放在线圈里不动 D．磁体不动，将线圈上下移动 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 解析 解析　线圈不动，将磁体向线圈中插入，穿过线圈 的磁通量增大，电路中有感应电流产生，灵敏电流计指 针偏转，A错误；线圈不动，将磁体从线圈中抽出，穿 过线圈的磁通量减小，电路中有感应电流产生，灵敏电 流计指针偏转，B错误；磁体放在线圈里不动，穿过线 圈的磁通量不变，电路中没有感应电流产生，灵敏电流计指针不偏转，C正确；磁体不动，将线圈上下移动，穿过线圈的磁通量不断变化，电路中有感应电流产生，灵敏电流计指针偏转，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 6．(感应电流产生的条件)如图为“探究感应电流产生的条件”的实验装置图。下列操作中不能产生感应电流的是(　　) A．开关S闭合瞬间 B．开关S断开瞬间 C．开关S闭合后，变阻器滑片P移动 D．开关S闭合后，变阻器滑片P不移动 答案 解析 解析　开关S闭合瞬间，穿过线圈B的磁通量发生变化，线圈B中产生感应电流，A错误；开关S断开瞬间，穿过线圈B的磁通量发生变化，有感应电流产生，B错误；开关S闭合后，变阻器滑片P移动，穿过线圈B的磁通量发生变化，有感应电流产生，C错误；开关S闭合后，变阻器滑片P不移动，穿过线圈B的磁通量不发生变化，没有感应电流产生，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 答案 7．(感应电流产生的条件)(多选)穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像如图所示，能在闭合回路中产生感应电流的是(　　) 解析 解析　产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，根据选项B、C、D中的图像可知，穿过闭合回路的磁通量发生了变化，能在闭合回路中产生感应电流，B、C、D正确，A错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 8.(感应电流产生的条件)如图所示，开始时矩形线框与磁场垂直，且一半在匀强磁场中，另一半在匀强磁场外。若要使线框中产生感应电流，下列方法中不可行的是(　　) A．将线框向左拉出磁场 B．以ab边为轴转动 C．以ad边为轴转动(小于60°) D．以bc边为轴转动(小于60°) 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 解析 解析　将线框向左拉出磁场的过程中，穿过线框的磁通量 减少，所以线框中将产生感应电流，A的方法可行。当线框以 ab边为轴转动时，磁场区域内，线框垂直磁场方向上的投影面 积变化，穿过线框的磁通量发生变化，所以线框中将产生感应 电流，B的方法可行。当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，磁场区域内，线框垂直磁场方向上的投影面积减小，穿过线框的磁通量减少，所以在这个过程中线框中会产生感应电流(如果转过的角度超过60°，如在60°～300°之间，bc边处于无磁场区，线框中无磁通量，线框中不产生感应电流)，C的方法可行。当线框以bc边为轴转动时，如果转动角度小于60°，则在磁场区域内，线框垂直磁场方向上的投影面积不变，穿过线框的磁通量保持不变(大小为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)，无感应电流产生，D的方法不可行。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 9.(感应电流产生的条件)如图所示，矩形导线框abcd处于竖直面内，直导线MN与bc边平行且与线框平面共面，并通以向上的电流i，则以下情况不能使线框中产生感应电流的是(　　) A．线框以直导线MN为轴转动 B．线框以ad边为轴转动 C．线框沿线框平面向右平移 D．增大直导线中的电流i 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 解析 解析　通电直导线产生的磁场磁感线是以直导线为圆心的 同心圆，线框以直导线MN为轴转动，穿过线框的磁通量不变， 线框中不产生感应电流，A正确；线框以ad边为轴转动，穿过 线框的磁通量变化，线框中产生感应电流，B错误；直导线中 电流产生的磁场，离导线越远磁场越弱，所以线框向右平移 远离MN时，穿过线框的磁通量减小，线框中产生感应电流， C错误；增大直导线中的电流i，线框所在位置磁场增强，穿过线框的磁通量增大，线框中产生感应电流，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 10．(对感应电流产生条件的理解)(多选)如图所示，在水平面上有两条平行导轨MN、PQ，导轨间距离为l，匀强磁场垂直于导轨所在的平面(纸面)向里，磁感应强度的大小为B，两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们分别以速度v1、v2向右做匀速直线运动。下列哪种情形回路中有电流通过(　　) A．v1＝v2 B．v1>v2 C．v1<v2 D．以上说法都对 答案 解析 解析　只要两杆速度不同，穿过闭合回路的磁通量就会变化，回路中就有感应电流产生。故B、C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 11．(电磁感应现象的应用)假如有一宇航员登月后，想探测一下月球表面是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断正确的是(　　) A．直接将电流表放于月球表面，看示数是否为零来判断磁场的有无 B．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表示数为零，则可判断月球表面无磁场 C．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表示数不为零，则可判断月球表面有磁场 D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如电流表示数为零，则可判断月球表面无磁场 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 解析 解析　直接将电流表放于月球表面，电流表电路是断开的，不能产生感应电流，无法判断有无磁场，A错误；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，若线圈运动方向与磁场方向平行，线圈中不能产生感应电流，电流表示数为零，不能判断月球表面无磁场，B错误；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表示数不为零，说明线圈中磁通量发生变化，即月球表面有磁场，C正确；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，若该平面与磁感线平行，即使月球表面有磁场，磁通量也不变，即若电流表示数是零，不能判断月球表面无磁场，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 答案 12.(综合提升)磁悬浮高速列车在我国已投入正式运行，磁悬浮的 原理如图所示。图中A是圆柱形磁体，B是超导圆环，将B靠近A，水平 放在A的上方，它就能在磁场力的作用下保持悬浮。在B靠近A的过程中， B中就会产生感应电流，这是因为____________________。由B中的感 应电流方向可知，A的上端为________极。 穿过B的磁通量增大 S(南) 解析 解析　在B靠近A的过程中，B中就会产生感应电流，这是因为穿过B的磁通量增大；根据安培定则，超导圆环B相当于一个小磁针，其下端是S极，根据同名磁极相互排斥，A的上端为S(南)极。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$