第6章 第三节 电磁感应现象（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理必修第三册（粤教版2019）

电磁感应现象 第三节 核心素养导学 物理观念 (1)了解电磁感应现象。 (2)知道感应电流产生的条件。 科学思维 经历感应电流产生条件的探究活动，提高分析论证能力。 科学探究 通过模仿法拉第的实验，归纳得出产生感应电流的条件。 科学态度 与责任 (1)了解电磁感应现象曲折的发现过程，学习法拉第坚持理想信念、不畏艰辛、勇于探索的科学精神。 (2)学会通过现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法，认识实验观察能力与逻辑思维能力在科学探究过程中的重要作用。 (3)了解电磁感应现象发现的重大意义和电磁感应现象的广泛应用，体会科学、技术对人类文明的推动作用。 续表 1 四层学习内容1落实必备知识 2 四层学习内容2强化关键能力 3 四层学习内容3·4浸润学科素养和核心价值 CONTENTS 目录 4 课时跟踪检测 四层学习内容1落实必备知识 一、电磁感应现象的发现 1.电磁感应：法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应现象，由电磁感应现象产生的电流叫做_______________。 2.发现电磁感应现象的意义：使人们找到了___________的条件，开辟了人类的电气化时代。 感应电流 磁生电 二、产生感应电流的条件 1.探究导体棒在磁场中运动过程是否产生电流(如图所示)： 实验操作 实验现象 (有无电流) 实验结论 导体棒平行磁感线运动 ______ 闭合回路包围的面积________时，回路中有感应电流；包围的面积________时，回路中无感应电流 导体棒切割磁感线运动 ______ 无 有 变化 不变 2.探究磁铁在通电螺线管中运动过程是否产生电流(如图所示)： 实验操作 实验现象 (有无电流) 实验结论 N(或S)极插入螺线管 ______ 螺线管中的磁场_______时，螺线管中有感应电流；螺线管中的磁场________时，螺线管中无感应电流 N(或S)极停在螺线管中 ______ N(或S)极从螺线管中抽出 ______ 有 无 有 变化 不变 3.模拟法拉第的实验(如图所示)： 实验操作 实验现象(线圈 B中有无电流) 实验结论 开关闭合瞬间 ________ 线圈B中磁场_______时，线圈B中有感应电流；线圈B中磁场______时，线圈B中无感应电流 开关断开瞬间 ________ 开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动 ________ 开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片 ________ 有 有 无 有 变化 不变 4.感应电流产生的条件：只要穿过闭合回路的__________发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。 磁通量 1.奥斯特发现电流的磁效应，法拉第又提出了“磁生电”的设想，试对以下结论作出判断： (1)只要有电流，电流周围就一定有磁场。( ) (2)只要有磁场，就一定有电流产生。( ) (3)只要磁场是变化的，闭合电路中就一定有电流产生。( ) (4)产生感应电流的原因都与变化和运动有关。( ) √ √ × × 2.(1)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗? 提示：不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某时刻的磁通量为零，则回路中会产生感应电流。 (2)如图所示，当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴转动时，线圈中是否有感应电流产生? 提示：线圈绕垂直于磁感线的轴转动，穿过线圈的磁通量不断发生变化，所以线圈中会产生感应电流。 3.如图所示的实验装置中，开关由断开到闭合的瞬间，电流表指针是否摆动?开关闭合后电路不变，电流表指针是否摆动?迅速调节滑动变阻器的滑片，电流表指针是否摆动? 提示：开关由断开到闭合瞬间，线圈A中电流从无到有，电流产生磁场，穿过B的磁通量增大，B中产生感应电流，电流表指针摆动，开关闭合后电路不变，穿过B的磁通量不变，B中无感应电流，电流表指针不摆动。迅速调节滑动变阻器的滑片，A中电流发生变化，穿过B的磁通量变化，B中产生感应电流，电流表指针摆动。 四层学习内容2强化关键能力 如图所示，甲图是电磁炮，乙图是家用电磁炉，它们各自是根据什么工作的呢? 提示：电磁炮的工作原理是电流的磁效应，电磁炉的工作原理是电磁感应。 新知学习(一)　电磁感应现象发现的过程 任务驱动 1.奥斯特的“电生磁” 奥斯特实验中，通电导线南北方向放置，导线下面的小磁针发生偏转。电流的磁效应显示了载流导体对小磁针的作用力，揭示了电现象与磁现象之间存在的某种联系。 2.法拉第的“磁生电” “磁生电”是一种在变化、运动的过程中才出现的效应，法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与变化和运动相联系，这就是：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁体、在磁场中运动的导体。 重点释解 1.下面属于电磁感应现象的是 (　 ) A.通电导体周围产生磁场 B.闭合线圈内因为磁通量变化产生电流 C.通电的闭合回路中产生电流 D.电荷在电场中定向移动形成电流 针对训练 √ 解析：通电导体周围产生磁场属于电流的磁效应，A错误；闭合线圈内因为磁通量变化产生电流，属于电磁感应现象，B正确；通电的闭合回路中产生的电流不是电磁感应产生的电流，不属于电磁感应现象，C错误；电荷在电场中定向移动形成电流不是电磁感应产生的电流，不属于电磁感应现象，D错误。 2.(多选)下列现象涉及电磁感应的是 (　 ) A.图甲，利用直流高压静电除尘 B.图乙，将铜片和锌片插入柚子发电 C.图丙，利用无线充电装置对手机充电 D.图丁，用铝框做磁电式电表表头的骨架 解析：直流高压静电除尘是通过高压将气体电离，尘粒与负离子结合带上负电，在电场力作用下向正极表面积累，不涉及电磁感应，A错误； √ √ 将铜片和锌片插入柚子发电，是利用柚子中的化学物质和金属片发生反应产生电能，不涉及电磁感应，B错误；利用无线充电装置对手机充电，原理是通过交流电源对充电板供电，充电板内的励磁线圈可产生交变磁场，从而使手机内的感应线圈产生感应电流，涉及电磁感应，C正确；用铝框做磁电式电表表头的骨架，当线圈在磁场中转动时，导致穿过铝框的磁通量发生变化，从而产生感应电流，产生安培阻力，使其很快停止摆动，涉及电磁感应，D正确。 1.感应电流产生的两个条件 (1)导体回路闭合。 (2)穿过导体回路的磁通量发生变化。 2.穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，常见的情况有以下4种： (1)磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化，如闭合导体回路的一部分导体切割磁感线时。 新知学习(二)　感应电流的产生条件 重点释解 (2)线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化，如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化时。 (3)磁感应强度B和线圈面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ=|Φ2-Φ1|计算并判断磁通量是否变化。 (4)线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发生变化，如线圈在磁场中转动时。 　[典例]　如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，初始位置线框与磁感线平行，则在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是 (　 ) A.线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B.线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动 C.线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动 D.线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动 典例体验 √ [解析]　四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线框运动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流，C中线框转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确。 /易错警示/ 判断产生感应电流的条件应注意的问题 (1)磁通量有变化，但回路没闭合，不产生感应电流。 (2)闭合回路切割磁感线，但磁通量没变，不产生感应电流。 (3)初末位置磁通量相同，但过程中闭合回路磁通量有变化，产生感应电流。 (4)线圈有正反两面，磁感线穿过的方向不同，磁通量不同，产生感应电流。 1.一个矩形闭合导线框在匀强磁场内运动，导线框回路中能产生感应电流的是 (　 ) 针对训练 √ 解析：保持闭合矩形导线框平面始终与磁感线垂直，闭合矩形导线框在磁场中沿着磁感线运动，磁通量不变，没有感应电流，选项A错误；保持线框平面始终与磁感线垂直，闭合矩形导线框在磁场中向右运动，磁通量不变，无感应电流，选项B错误；闭合矩形导线框在磁场中转动，其磁通量变化，则会产生感应电流，选项C正确；保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中向左运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项D错误。 2.如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列情况中铜环A中没有感应电流的是 (　 ) A.线圈中通以恒定的电流 B.通电时，使变阻器的滑片P做匀速移动 C.通电时，使变阻器的滑片P做加速移动 D.将开关突然断开的瞬间 √ 解析：线圈中通以恒定的电流时，线圈产生稳定的磁场，穿过铜环A的磁通量不变，没有感应电流产生；通电时，使变阻器的滑片P滑动时，变阻器接入电路的电阻变化，回路中的电流变化，线圈产生的磁场变化，穿过铜环A的磁通量变化，产生感应电流；将开关突然断开的瞬间，线圈产生的磁场从有到无，穿过铜环A的磁通量减小，产生感应电流，故选A。 四层学习内容3·4浸润学科 素养和核心价值 ◉科学思维——电吉他的工作原理 1.(选自鲁科版教材课后习题)如图所示，电吉他的弦是磁性物质。当弦振动时，线圈产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来。请解释电吉他是如何产生感应电流的。弦能否改用尼龙材料? 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 提示：当磁性物质制作的弦振动，会造成穿过线圈的磁通量发生变化，线圈有感应电流产生。若将弦改用尼龙材料，因尼龙材料无磁性，当弦振动时线圈中就不会产生感应电流。 ◉科学探究——探究电磁感应产生条件 2.(选自沪科版教材课后练习)某同学在“探究电磁感应产生条件”的实验中，设计了如图所示的装置。线圈A通过电流表甲、高阻值的电阻R'、滑动变阻器RP和开关S连接到电源上，线圈B的两端接到另一个电流表乙上，两个电流表完全相同，零刻度居中。闭合开关后，当滑动变阻器R的滑片P不动时，甲、乙两个电流表指针的位置如图所示。 (1)当滑片P较快地向左滑动时，电流表甲的指针的偏转情况是　　　　　(选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”)，电流表乙的指针的偏转情况是　　　　　 (选填“偏转”或“不偏转”)。  解析：当滑片P较快地向左滑动时，接入电路的电阻变小，根据闭合电路的欧姆定律可知左侧回路中电流变大，电流表甲示数变大，指针向右偏转，因线圈B中磁通量变化，所以电流表乙将偏转。 向右偏 偏转 (2)断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，电流表乙的指针的偏转情况是　　　　　(选填“偏转”或“不偏转”)。  解析：闭合开关瞬间，线圈A中电流增大，磁场增强，因此线圈B中磁通量发生变化，电流表乙将偏转。 偏转 ◉科学态度与责任——无线充电器 3.(选自沪科版教材“信息浏览”)无线充电器指不用传统的导线连接到需要充电的设备上进行充电的器件。在无线充电过程中，充电器通过产生的变化磁场作用于需要充电设备，在需要充电的设备中产生感应电流，从而完成待充电电池的充电。也就是说，应用无线充电技术，用户只需要将待充电设备放在充电器的“平板”上即可进行充电。 无线充电技术过去曾经出现在手表和剃须刀上。但是，当时还无法针对大容量锂离子电池进行有效充电。经过科学家不断探索，目前解决了大容量锂离子电池的充电问题，实现了手机等产品的无线充电。无线充电技术必须有两个环节：其一是与电源连接无线充电器，负责产生变化的磁场；其二是一般安装在电子产品里的线圈，负责接受变化磁场并产生感应电流，从而给设备电池充电。 1.动圈式扬声器结构如图所示，圆筒线圈安放在永磁体磁极间的空隙中，能够在空隙中左右运动。音频电流通入线圈中，线圈会左右移动，与线圈连接的纸盒也随着线圈振动而发声。这样的扬声器也可以当话筒使用。关于其两种应用，下列说法正确的是 (　 ) 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 A.作为扬声器使用，其工作原理是电磁感应现象 B.作为扬声器使用，通入线圈的音频电流是变化的 C.作为话筒使用，人对纸盒讲话时线圈中会产生恒定电流 D.作为话筒使用，人对纸盒讲话时线圈受磁场力带动纸盒运动 √ 解析：作为扬声器使用，是线圈中变化的电流在磁场作用下，带动纸盒随着线圈振动而发声，A错误；作为扬声器使用，纸盒随着线圈振动而发声，说明磁场力是变化的，即电流是变化的，B正确；作为话筒使用，人对纸盒讲话时，纸盒带动线圈切割磁感线，产生变化的电流，C错误；作为话筒使用，人对纸盒讲话时，纸盒带动线圈切割磁感线，D错误。 2.(多选)如图，安装在公路上的测速装置：路面下方间隔一定距离埋设两个通电线圈，线圈与检测抓拍装置相连，车辆从线圈上面通过时，线圈中会产生脉冲感应电流，检测装置根据两线圈产生的脉冲信号的时间差Δt计算出车速，对超速车辆进行抓拍。下列说法正确的是 (　 ) A.时间差Δt越短，则车速越大 B.时间差Δt越长，则车速越大 C.汽车匀速通过线圈，闭合电路不会产生感应电流 D.汽车匀速通过线圈，闭合电路仍会产生感应电流 √ √ 解析：车速越大时，汽车经过两个线圈间的距离所用的时间越短，即两线圈产生的脉冲信号的时间差Δt越短，A正确，B错误；汽车通过通电线圈上方时，汽车底盘的金属部件通过通电线圈所产生的磁场，金属部件中的磁通量发生变化，在金属部件中产生感应电流，金属部件中的感应电流产生磁场，此磁场随汽车运动，则穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，所以汽车无论是匀速还是变速经过线圈，闭合电路中都会产生感应电流，故C错误，D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.奥斯特发现电流磁效应，使整个科学界受到了极大的震动，通过对电流磁效应的逆向思维，人们提出的问题是 (　 ) A.电流具有热效应　　　 B.电流具有磁效应 C.磁能生电 D.磁体具有磁化效应 解析：电流的磁效应说明电流能产生磁场，逆向考虑应该是“磁能生电”，C正确。 √ 1 5 6 7 8 9 2. (多选)下列说法正确的是 (　 ) A.法拉第发现电磁感应现象只是一种偶然 B.其他人在研究过程中没有收获是因为没有穷追到底 C.科学家对自然现象、自然规律的某些“信念”，在科学发现中起着重要作用 D.成功属于坚持不懈的有心人 2 3 4 √ √ √ 1 5 6 7 8 9 解析：法拉第和其他同时代从事电磁感应研究的科学家有着共同的信念：自然界应该是和谐统一的。正因为在这种信念影响下从事研究，才在科学上有所发现，但有些人往往没有穷追到底，所以没能取得最后的成功，故B、C正确；法拉第发现电磁感应除了有坚定的信念，同时还具有踏实、客观的科学态度，十年坚持不懈的努力，终于取得了重大突破，所以A错误，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 3.穿过闭合回路的磁通量发生变化时就能产生感应电流。如图所示，竖直平面内一矩形导线框向下运动，穿过有上下边界且方向水平的匀强磁场区域，经过P、M、N三个位置时没有感应电流的是 (　 ) A.M位置 B.P位置 C.N位置 D.都没有 解析： P、N位置磁通量发生了变化，M位置磁通量没有发生变化，则M位置没有感应电流。故A正确，B、C、D错误。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 4.如图所示，连接负载的固定U型金属导轨abcd，放置在与导轨平面垂直的匀强磁场中。导轨上有一根可自由滑动的金属棒ef，在金属棒向左平移的过程中。下列说法正确的是 (　 ) A.穿过ebcf回路的磁通量不变 B.穿过ebcf回路的磁通量变小 C.ae段有电流通过 D.bc段有电流通过 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 解析：因为ebcf回路的面积变大，由Φ=BS知穿过ebcf回路的磁通量变大，A、B错误；因为ae段不在闭合回路里，即无电流，C错误；因为穿过ebcf闭合回路的磁通量变大，即有感应电流产生，故bc段有电流通过，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 5.如图所示，矩形线圈abcd位于通电直导线附近，且开始时与导线在同一平面，线圈的两条边与导线平行，下列不能使线圈中产生感应电流的操作是 (　 ) A.线圈向右平动 B.线圈向上平动 C.以bc边为轴转过一个角度 D.线圈不动，增大直导线中的电流 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 解析：当线圈向右移动，逐渐远离线圈，穿过线圈的磁场的磁感应强度减小，即穿过线圈的磁通量减小，故产生感应电流，A不符合题意；当线圈向上平动，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，B符合题意；以bc边为轴转过一个小角度，穿过线圈的磁通量减小，故产生感应电流，C不符合题意；线圈不动，增大直导线中的电流，磁场增大，穿过线圈的磁通量增大，会产生感应电流，D不符合题意。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 6.如图所示，在垂直于纸面区域足够大的匀强磁场中，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2是线圈的对称轴，以下操作能使线圈产生感应电流的是 (　 ) A.使线圈垂直纸面向外平移 B.使线圈沿bd平移 C.使线圈沿ac平移 D.使线圈绕O1O2转动 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 解析：使线圈垂直纸面向外平移，穿过线圈的磁通量不发生变化，无感应电流产生，故A错误；使线圈沿bd平移和沿ac平移，穿过线圈的磁通量不发生变化，无感应电流产生，故B、C错误；使线圈绕O1O2转动，穿过线圈的磁通量不断变化，产生感应电流产生，故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 7.如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反，竖直面内的金属圆环的直径O1O2与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生感应电流的是 (　 ) A.同时增大B1减小B2 B.让金属圆环以直径O1O2为轴转动90°过程中 C.向右平移金属圆环 D.同时以相同的变化率增大B1和B2 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 解析：同时增大B1减小B2，则穿过圆环的磁通量向里增加，会产生感应电流，A正确；让金属圆环以直径O1O2为轴转动90°过程中，穿过线圈的合磁通量总是零，无感应电流产生，B错误；向右平移金属圆环，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流，C错误；同时以相同的变化率增大B1和B2，穿过线圈的合磁通量不变，无感应电流，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 8.如图所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P，现用力向四周拉弹簧线圈，使线圈包围的面积变大，则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法正确的是 (　 ) A.磁通量增大，有感应电流产生 B.磁通量增大，无感应电流产生 C.磁通量减小，有感应电流产生 D.磁通量减小，无感应电流产生 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 解析：线圈内部磁感线的分布如图所示(从上向下看)。由于垂直纸面向外和垂直纸面向里的磁感线要相互抵消一部分，当弹簧线圈P的面积扩大时，垂直纸面向里的磁感线条数增加，而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的，故磁通量将减小，回路中会有感应电流产生，选项C正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 9.(8分)为了探究电磁感应现象的产生条件，如图给出了必备的实验仪器。 (1)请你用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 答案：如图所示 解析： A线圈与滑动变阻器、电源、开关构成闭合电路，B线圈与灵敏电流计连接构成闭合回路。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 (2)正确连接实验电路后，在闭合开关时灵敏电流计的指针发生了偏转。开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片，灵敏电流计的指针　　　　偏转(选填“发生”或“不发生”)。断开开关时灵敏电流计的指针　　　　偏转(选填“发生”或“不发生”)。  解析：迅速移动滑动变阻器的滑片和断开开关都会导致B线圈中的磁通量发生变化，从而使B线圈中产生感应电流，进而让灵敏电流计指针发生偏转。 2 3 4 发生 发生 $$