03 3．电磁感应现象及应用-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

3．电磁感应现象及应用 【素养目标】　1.知道什么是电磁感应现象。2.通过实验探究产生感应电流的条件。3.了解电磁感应现象的应用。 知识点一　划时代的发现 (阅读教材P114－P115，完成下列填空) 1．“电生磁”的发现 1820年，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 1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。 3．电磁感应 法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。 (多选)下列说法正确的是(　　) A．发现电磁感应现象的科学家是奥斯特，发现电流的磁效应的科学家是法拉第 B．奥斯特的思维和实践没有突破当时人类对电和磁认识的局限性 C．产生感应电流的原因都与变化或运动有关 D．电磁感应现象的发现使人们找到了“磁生电”的方法，开辟了人类的电气化时代 答案：CD 解析：奥斯特发现了电流的磁效应，他的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性，发现电磁感应现象的科学家是法拉第，故A、B错误；产生感应电流的原因都与变化或运动有关，电磁感应现象的发现，宣告了电磁学的诞生，开辟了人类的电气化时代，故C、D正确。 电磁感应的探索历程 开端 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，证实了电和磁存在着必然的联系，拉开了研究电与磁联系的序幕 过程 奥斯特实验激发了人们对“磁生电”的探索热情，法国物理学家菲涅耳、安培和瑞士科学家科拉顿、美国科学家亨利先后设计实验探索“磁生电”，但都没有成功 结果 英国物理学家法拉第经过十年不懈的探索，在1831年第一次发现了“磁生电”现象，并从中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。法拉第经过实验，总结了“磁生电”的条件，引领人类社会进入了电气化时代 学生用书第135页 知识点二　实验探究：产生感应电流的条件 实验1.闭合电路的部分导体切割磁感线 当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图甲所示。 导体棒左右平动、前后平动、上下平动，电流表的指针偏转情况见下表： 导体棒的运动 表针是否摆动 向左、向右平动 摆动 向前、向后平动 不摆动 向上、向下平动 不摆动 结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有电流产生；前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生 实验2.向线圈中插入磁体，把磁体从线圈中拔出 如图乙所示，把磁体的某一个磁极向线圈中插入，或从线圈中拔出，或静止地放在线圈中。电流表的指针偏转情况见下表： 磁体的运动 表针是否摆动 磁铁插入线圈 摆动 磁铁停在线圈中 不摆动 磁铁从线圈中拔出 摆动 结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有电流产生 实验3.模拟法拉第的实验 如图丙所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面。电流表的指针偏转情况见下表： 操作 现象 开关闭合瞬间 有电流产生 开关断开瞬间 有电流产生 开关闭合时，滑动变阻器的滑片不动 无电流产生 开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片 有电流产生 结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生 由以上实验可知产生感应电流的条件：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。 用如图所示的实验器材来探究感应电流产生的条件。 (1)在给出的实物图中，请用笔画线代替导线补全实验电路； (2)接好电路，闭合开关瞬间，电流表指针________(选填“偏转”或“不偏转”)； (3)电路稳定后，电流表指针________(选填“偏转”或“不偏转”)；迅速移动滑动变阻器的滑片，电流表指针________(选填“偏转”或“不偏转”)； (4)根据以上实验可得：产生感应电流的条件为_______________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)见解析图　(2)偏转　(3)不偏转　偏转　(4)穿过闭合回路的磁通量发生变化 解析：(1)通过对电路分析可知，线圈B是用来检测感应电流的，故电流计要和B构成闭合回路；滑动变阻器的作用是用来改变通过线圈A的电流大小，故要采取限流接法。连线如图所示。 (2)接好电路，合上开关瞬间，由于通过线圈A的电流发生变化，导致穿过线圈B的磁通量发生变化，从而使线圈B产生感应电流，电流表指针偏转。 (3)电路稳定后，虽然线圈B有磁场，但穿过线圈B的磁通量没有变化，不能产生感应电流，所以电流表指针不偏转。迅速移动滑动变阻器的滑片，由于通过线圈A的电流发生变化，导致穿过线圈B的磁通量发生变化，从而使线圈B产生感应电流，电流表指针偏转。 (4)根据(2)(3)可得，产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化。 学生用书第136页 针对练．(2024·福建福州市期末联考)用如图所示的实验器材来探究产生感应电流的条件。 (1)图中已经用导线将部分器材连接，请将实物间的连线补充完整； (2)若连接好实验电路并检查无误后，在闭合开关的瞬间，观察到电流计指针向右偏转，这是由于线圈______(选填“A”或“B”)中有了感应电流； (3)在开关闭合且稳定后，为使灵敏电流计的指针偏转，可采用的方法有___________。 A．迅速改变滑动变阻器的电阻 B．将线圈A从线圈B中拔出 C．将线圈A和线圈B保持相对静止一起向上移动 答案：(1)见解析图　(2)B　(3)AB 解析：(1)本实验中线圈A与电源相连，通过改变线圈A中的电流从而使线圈B产生电磁感应现象，故线圈B应与电流计相连，如图所示。 (2)闭合开关的瞬间，观察到电流计指针发生偏转，说明线圈B中有了感应电流，产生感应电流的原因是磁通量发生了变化。 (3)迅速改变滑动变阻器电阻，则线圈A中电流发生变化，使得线圈B中磁通量发生改变，从而使线圈B中产生感应电流，指针发生偏转，故A正确；将线圈A从线圈B中拔出，使得线圈B中磁通量减少，从而使线圈B中产生感应电流，指针发生偏转，故B正确；将线圈A和线圈B保持相对静止一起向上移动，则线圈B中磁通量不变，不会产生感应电流，故C错误。 知识点三　有无感应电流的判断 1．判断有无感应电流时必须明确的关键点 (1)观察导体回路是否闭合。 (2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化。 2．判断电磁感应现象是否发生的一般流程 (1)确定研究的闭合回路。 (2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ。 (3)磁通量变化与感应电流的产生 3．磁通量变化的三种情况 (1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化。如图甲所示。 (2)面积S不变，磁感应强度B发生变化。如图乙所示。 (3)磁感应强度B和面积S都不变，它们之间的夹角发生变化。如图丙所示。 角度1　磁通量的变化 如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量(　　) A．是增加的 B．是减少的 C．先增加，后减少 D．先减少，后增加 答案：D 解析：要知道线圈在下落过程中磁通量的变化情况，就必须知道在条形磁铁磁极附近磁感线的分布情况，条形磁铁在N极附近的分布情况如图所示，由于位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，可知线圈中的磁通量先减少，后增加。故选项D正确。 针对练．磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框磁通量的变化量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　) A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2 C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定 答案：C 解析：设在位置1时穿过闭合线框的磁通量大小为Φ1，在位置2时穿过闭合线框的磁通量大小为Φ2，导线MN中的电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处强，故Φ1>Φ2。将闭合线框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，穿过闭合线框的磁感线反向，所以ΔΦ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)，综上可知ΔΦ1<ΔΦ2，故C正确。 角度2　感应电流有无的判断 (多选)下图中能产生感应电流的是(　　) 答案：BD 解析：A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，通过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合电路的磁通量减小，有感应电流。 学生用书第137页 针对练．(多选)(2024·江西上饶市期末)如图所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是(　　) A．将线框向左拉出磁场 B．以ab边为轴转动 C．垂直纸面向外平移 D．在纸面内竖直向上平移 答案：AB 解析：将线框向左拉出磁场，穿过线圈的磁通量发生变化，线框中会产生感应电流，故A正确；以ab边为轴转动，穿过线圈的磁通量发生变化，线框中会产生感应电流，故B正确；垂直纸面向外平移，穿过线圈的磁通量不变，线框中不会产生感应电流，故C错误；在纸面内竖直向上平移，穿过线圈的磁通量不变，线框中不会产生感应电流，故D错误。 1．如图所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面，若使线框逐渐远离(平动)通电直导线，则穿过线框的磁通量将(　　) A．逐渐增大　　　　 B．逐渐减小 C．保持不变 D．不能确定 答案：B 解析：线框远离通电直导线时，穿过线框的磁感应强度减小，线框的面积不变，所以穿过线框的磁通量减小，B正确。 2．如图所示，条形磁铁以速度v向螺线管靠近，下面几种说法中正确的是(　　) A．螺线管中不会产生感应电流 B．螺线管中会产生感应电流 C．只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流 D．只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流 答案：B 解析：螺线管所在的回路是闭合的，当条形磁铁向螺线管靠近时，穿过闭合回路的磁通量发生变化，产生感应电流，故B正确。 3．(2024·安徽合肥市六校联盟期末联考)如图是某同学探究感应电流产生条件的实验装置。现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关按如图所示连接。下列说法中正确的是(　　) A．线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间电流表指针均不会偏转 B．开关闭合后，将线圈A从B中拔出会引起电流表指针偏转 C．开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，电流表指针不偏转 D．开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流表指针才会偏转 答案：B 解析：线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，线圈A将产生一个变化的磁场，这个变化的磁场将在线圈B中激发出感应电流，所以电流表的指针将会偏转，故A错误；开关闭合后，将线圈A从B中拔出时，线圈B中的磁通量将会减小，线圈B中会产生感应电流，所以电流表指针会偏转，故B正确；开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，线圈A中的电流将随之变化，则通过线圈B的磁通量也将变化，从而产生感应电流，所以电流表指针会偏转，故C错误；开关闭合后，只要滑动变阻器的滑片P滑动，就能使线圈A中的电流发生变化，从而改变通过线圈B的磁通量，产生感应电流，电流表指针就会偏转，即滑片P不一定要加速滑动，故D错误。 4．在选项图所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是(磁场范围足够大)(　　) 答案：D 解析：A项图中，因为线圈平面平行于磁感线，在以OO′为轴转动的过程中，线圈平面始终与磁感线平行，穿过线圈的磁通量始终为零，所以无感应电流产生，A错误；B项图中，线圈平面与磁感线平行，在竖直向上运动过程中，线圈平面始终与磁感线平行，穿过线圈的磁通量始终为零，所以无感应电流产生，B错误；C项图中，尽管线圈在转动，B始终垂直于S，但B与S都不变，所以Φ＝BS始终不变，则线圈中无感应电流，C错误；D项图中，图示状态Φ＝0，当转过90°时Φ＝BS，所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化，因此转动过程中线圈产生了感应电流，D正确。 5．(2023·北京市昌平区期末)如图所示，通电长直导线MN与闭合的矩形金属线圈abcd彼此绝缘，可视为在同一水平面内，直导线与线框的对称轴线重合。下列情况可在abcd线圈中能产生感应电流的是(　　) A．当MN中的电流逐渐增大时 B．当MN中的电流逐渐减小时 C．当线圈abcd以MN为轴转动时 D．当线圈abcd左右平动时 答案：D 解析：由右手螺旋定则可知，当MN中的电流逐渐增大、减小时或线圈abcd以MN为轴转动时，通过线圈的磁通量始终为零，都不会产生感应电流，A、B、C错误；当线圈abcd左右平动时，通过线圈的磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$