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配套课件（人教版2019）

3．电磁感应现象及应用 　　　　 第十三章 电磁感应与电磁波初步 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。 素养目标 知识点一　划时代的发现 1 知识点二　实验探究：产生感应电流的条件 2 知识点三　有无感应电流的判断 3 课时测评 5 随堂达标演练 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 知识点一　划时代的发现 返回 自主学习 (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_______发现了电流的磁效应。 2．“磁生电”的发现 1831年，英国物理学家_______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__________。 教材梳理 奥斯特 法拉第 感应电流 合作探究 (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 √ √ 例1 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 返回 探究归纳 知识点二　实验探究：产生感应电流的条件 返回 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； 例2 答案： 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，闭合开关瞬间，电流表指针________(选填“偏转”或“不偏转”)； 偏转 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，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”)； 不偏转　 偏转　 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)根据以上实验可得：产生感应电流的条件为________________________ _________。 穿过闭合回路的磁通量发 生变化 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。 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； 答案： 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)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； B　 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)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 AB 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。 返回 知识点三　有无感应电流的判断 返回 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 √ 例3 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 √ 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 例4 √ √ 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。 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 √ √ 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。 返回 随堂达标演练 返回 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 √ 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。 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。 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 √ 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 √ 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) √ 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。 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。 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 √ 返回 课 时 测 评 返回 1．首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是 A．安培和法拉第 B．法拉第和楞次 C．奥斯特和安培 D．奥斯特和法拉第 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应；1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。选项D正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2．在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是 A．将绕在条形磁体上的线圈与电流表组成闭合回路，然后观察电流表示数的变化 B．在通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，一段时间后观察电流表示数的变化 C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁体后，再到相邻房间去观察电流表示数的变化 D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表示数的变化 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件，电路中才会产生感应电流，A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化，并不满足产生感应电流的条件，故A、B错误；条形磁体插入线圈时，会有短暂的电流产生，但未能及时观察，故C错误；在给线圈通电或断电瞬间，会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3．金属线框在下列四种情况中能产生感应电流的是 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中平行于磁场运动，磁通量一直为零，磁通量不变，没有感应电流产生，A错误；线框和通电长直导线都在竖直平面内，线框以直导线为轴转动，磁通量不变，没有感应电流产生，B错误；线框从图示位置开始以cd边为轴转动，转动角度小于60°，则磁通量没有发生变化，没有感应电流产生，C错误；条形磁铁竖直向下穿过水平放置的线框的过程中，穿过线框的磁通量发生了变化，所以能产生感应电流，D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 4．(多选)如图所示，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，下列情况中能引起电流计指针偏转的是 A．开关闭合瞬间 B．开关闭合稳定后 C．开关闭合稳定后移动滑动变阻器的滑片 D．开关断开瞬间 √ √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 开关闭合瞬间，线圈Ⅰ中电流从无到有，穿过线圈 Ⅱ的磁通量也从无到有，线圈Ⅱ中产生感应电流， 电流计指针偏转，故A正确；开关闭合稳定后，线 圈Ⅰ中电流稳定不变，穿过线圈Ⅱ的磁通量稳定不变， 线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计指针不发生偏转，故B错误；开关闭合稳定后移动滑动变阻器的滑片，线圈Ⅰ中的电流变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计指针偏转，故C正确；断开开关瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计指针偏转，故D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 5．某实验装置如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈A和B。如果线圈A中电流i随时间t的关系图像如图A、B、C、D四种情况所示，那么在t1到t2这段时间内，四种情况中线圈B中没有产生感应电流的是 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 由题图可知，通过A的电流发生变化，电流产生的磁 感应强度发生变化，穿过B的磁通量发生变化，线圈 B中才能产生感应电流，由题图可知，在t1到t2这段时 间内，选项A、B、C图中线圈A中的电流发生变化， 线圈B中会产生感应电流，而选项D图中电流不变，线圈B中没有产生感应电流，故选D。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 6．如图为一有限范围的匀强磁场，宽为d。一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域。若d>L，则线框穿过磁场区域的过程中，线框中产生感应电流的时间为 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 在线框进入和穿出磁场的过程中，穿过线框的磁通量 分别增加和减少，闭合线框中有感应电流产生；整个 线框在磁场中运动时，线框中无感应电流产生，所以， 线框中产生感应电流的时间为 ，C正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 7．如图为法拉第研究“磁生电”现象的实验装置原理图。两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接灵敏电流计，下列哪种情况不可能使线圈B中产生感应电流 A．开关S接通或断开瞬间 B．开关S接通一段时间之后 C．开关S接通后，改变滑动变阻器滑片的位置时 D．拿走铁环，再做这个实验，开关S接通或断开的瞬间 根据法拉第对产生感应电流的概括，A、C、D符合变化的电流(变化的磁场)产生感应电流现象的条件；开关S接通一段时间之后，线圈A中是恒定电流，产生恒定的磁场，通过线圈B的磁通量无变化，不能使线圈B中产生感应电流。故选B。 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 8．(多选)如图所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图中所示，当两直导线中的电流都增大时，四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是 A．线圈a中无感应电流 B．线圈b中有感应电流 C．线圈c中有感应电流 D．线圈d中无感应电流 √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 根据安培定则可判断出通电长直导线产生的磁场方向， 线圈a中的磁场方向均垂直于纸面向里，线圈c中的磁 场方向均垂直于纸面向外，线圈b、d中的合磁通量始 终为零，故增大两直导线中的电流时，线圈a、c中的 磁通量发生变化，有感应电流产生，而线圈b、d中无 感应电流产生，故C、D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 9．如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线恰好和线圈的一条直径MN重合。要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有 A．使螺线管在线圈a所在平面内转动 B．使螺线管中的电流发生变化 C．使线圈a以MN为轴转动 D．使线圈a以与MN垂直的直径为轴转动 √ 题图所示位置，线圈a所在平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，当按A、B、C所述方式变化时，磁通量不变，不产生感应电流；按D所述方式变化时，由于线圈a与磁场夹角变化引起磁通量变化，能够产生感应电流，故选D。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 10．(多选)在匀强磁场中有两根平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直，导轨上有两根可沿导轨平动的导体棒ab、cd，两根导体棒匀速移动的速度大小分别为v1和v2，如图所示，则下列情况可以使回路中产生感应电流的是 A．ab、cd均向右运动，且v1＝v2 B．ab、cd均向右运动，且v1＞v2 C．ab、cd均向左运动，且v1＞v2 D．ab向右运动，cd向左运动，且v1＝v2 √ √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 ab、cd均向右运动，当v1＝v2时，穿过闭合回路的磁 通量不变，故无感应电流产生，A错误；B、D两项所 述情况，穿过闭合回路的磁通量增加，C项所述情况， 穿过闭合回路的磁通量减少，均有感应电流产生，故 B、C、D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 11．(多选)(2024·安徽滁州中学期末)如图所示，下列过程中始终有感应电流产生的有哪些(图中线圈均为闭合金属线圈，图甲、乙中的磁场为匀强磁场) A．图甲，线圈从位置A平移到位置B B．图乙，线圈从位置A旋转到位置B C．图丙，磁铁从上端A降落到下端B D．图丁，导线从左侧A旋转到右侧B √ √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 题图甲，线圈从位置A平移到位置B，穿过线圈的磁通量一直未发生变化，始终无感应电流产生，故A错误；题图乙，线圈从位置A旋转到位置B，穿过线圈的磁通量一直在发生变化，始终有感应电流产生，故B正确；题图丙，磁铁从上端A降落到下端B，穿过线圈的磁通量一直在发生变化，始终有感应电流产生，故C正确；题图丁，导线从左侧A旋转到右侧B，穿过线圈的磁通量一直在发生变化，始终有感应电流产生，故D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 12．(16分)如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处 在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向 右做匀速运动。t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达 的位置使MDEN构成一个边长为L的正方形。 (1)求t＝0时穿过MDEN回路的磁通量； 答案：B0L2　 t＝0时穿过MDEN回路的磁通量Φ＝B0L2。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 (2)为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B随时间t变化，请推导出这种情况下B与t的关系式。 回路的磁通量不变，则有B0L2＝BL(L＋vt) 返回 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 谢 谢 观 看 ！ 第十三章 电磁感应与电磁波初步 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A． B． C． D． 答案： 解得B＝。 $$