3.3 电磁感应现象及其应用（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第3节　电磁感应现象及其应用 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道什么是电磁感应现象。 2．知道产生感应电流的条件。 1.通过实验探究产生感应电流的条件。 2．能够判断各种实际情况中能否产生感应电流。 1.通过对法拉第发现电磁感应现象的学习，培养自己锲而不舍的科学探究精神。 2．体会通过大量的实验归纳物理基本原理的思维方法。 一、电磁感应现象的发现 1．奥斯特发现了电流的磁效应，即电能生磁。 2．法拉第发现了电磁感应现象，即磁能生电。 二、感应电流产生的条件 1．法拉第的五类磁生电现象：(1)变化中的电流；(2)变化中的磁场；(3)运动中的恒定电流；(4)运动中的磁铁；(5)运动中的导线。 2．感应电流：电磁感应现象中产生的电流叫作感应电流。 3．产生感应电流的条件：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。 4．电磁感应现象的发现标志着人类进入电气化时代。 1．矩形线圈在异名磁极之间的磁场中垂直于磁场方向平动，在进入磁场、在磁场中和离开磁场的过程中能否产生感应电流？ 提示：在进入和离开磁场的过程中会产生感应电流，在磁场中垂直于磁场平动的过程中不会产生感应电流。 2．判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)条形磁铁穿过一闭合导体圆环的过程中圆环中会产生感应电流。(　　√　　) (2)穿过导体回路的磁通量只要发生变化，回路中一定会产生感应电流。(　　×　　) (3)在电磁感应现象中产生感应电流的过程不遵守能量守恒定律。(　　×　　) (4)一个闭合的矩形导体线框在匀强磁场中运动时，会有感应电流产生。(　　×　　) 探究点一___电磁感应现象的发现_ 如图，一个很有趣的实验，U形磁铁和一个小矩形导体框固定在同一根轴上，都可以在轴上自由转动。使U形磁铁转动，发现小导体框随之转动起来。 [问题设计] 为什么小导体框与U形磁铁不接触，也能随之转动？ 提示：U形磁铁转动时，转过闭合小导体框的磁通量发生变化，小线框中产生了感应电流，感应电流在U形磁场中，受到磁场力而发生转动。 1．电磁感应现象 伟大的历史发现： (1)法拉第线圈 1931年，法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象。图中是法拉第实验的原理图，在同一个铁芯上分别绕制两个线圈，A线圈与电源和开关组成回路，B线圈与电流表组成回路，当A线圈回路的开关通断的瞬间，B线圈中产生了电流。 (2)法拉第圆盘发电机 由导线绕制的U形线圈可以获得足够大的磁场，一金属圆盘在U形线圈的两极之间，圆盘中心和边缘各有导线与外界电路连接，当圆盘做切割磁感线运动时，产生了电流。 2．法拉第的结论 以下五种情况为电磁感应现象： (1)变化中的电流； (2)变化中的磁场； (3)运动中的恒定电流； (4)运动中的磁铁； (5)运动中的导线。 3．感应电流：电磁感应现象中产生的电流叫作感应电流。 【例1】 (多选)机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客。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。下列四个图中能反映出金属探测器工作原理的是(　　) BC　解析：探究器靠近金属物体时，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；选项B是导体棒切割磁感线，选项C是闭合回路磁通量发生变化产生感应电流，选项A、D是电流的磁效应。综上所述，选项B、C正确。 探究点二___探究产生感应电流的条件 发电机的发明意味着已经进入了电气化时代，人们可以“制造”电，发电机有两种，一种是闭合线圈在固定的磁极间转动，线圈不动，磁极在线圈中转动，图中是线圈在固定的磁极之间转动，一般大功率发电机采用线圈不动，磁极转动的方式。 [问题设计] 图中线圈在转动的过程中磁通量发生变化吗？磁通量发生变化是否是产生感应电流的原因？ 提示：变化，穿过闭合回路的磁通量发生变化是产生感应电流的原因。 1．闭合回路的一部分导体切割磁感线运动 (1)实验现象：当闭合回路的一部分导体(导体棒)的运动方向与磁场方向平行时，闭合回路中没有感应电流产生。当导体棒做切割磁感线运动时(即导体棒在运动时能将磁感线切断)回路中产生感应电流。 (2)结论：当闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中产生感应电流。 2．磁场穿过闭合线圈实验： 实验装置： 线圈A与滑动变阻器、开关S1、电源组成回路。线圈B与开关S2和灵敏电流表组成闭合回路，线圈A中的磁场穿过线圈B。以下的实验过程中线圈B中会产生感应电流。 (1)线圈A在拔出或插入线圈B的过程中。 (2)闭合或断开S1的瞬间。 (3)移动滑动变阻器的滑片的过程中。 结论：在以上各种情况中，穿过线圈B的磁通量发生变化。 3．产生感应电流的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。 4．两个实验在理论上的关系： 两个实验的结论是统一的，即当回路的部分导体做切割磁感线运动时，穿过回路的磁通量一定发生变化；如果穿过闭合线圈的磁通量发生变化，可以理解成线圈的导线在切割磁感线，因此在判断回路中是否有感应电流产生时，要注意两个基本的条件： (1)回路必须闭合。 (2)穿过回路的磁通量发生变化。 如下图所示回路的部分导体切割磁感线运动，但穿过回路的磁通量不发生变化，因此回路中也不会有感应电流的产生。 【例2】 (2023·湖南学业考试)圆形金属线圈位于通电直导线的附近，线圈与通电导线在同一平面内，导线中电流方向如图所示。以下过程，线圈中不产生感应电流的是(　　) A．增大导线中的电流 B．线圈在平面内远离导线运动 C．线圈在平面内靠近导线运动 D．线圈在平面内平行导线运动 D　解析：增大导线中的电流，导线产生的磁场增大，则穿过线圈的磁通量变大，产生感应电流，A错误；线圈在平面内远离导线运动，则穿过线圈的磁通量变小，产生感应电流，B错误；线圈在平面内靠近导线运动，则穿过线圈的磁通量变大，产生感应电流，C错误；线圈在平面内平行导线运动，磁场不变，则穿过线圈的磁通量不变，不产生感应电流，D正确。 [练1] 下图中能产生感应电流的是(　　) B　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不变，无感应电流。B正确。 【例3】 (2023·湖南学业考试)如图所示，虚线 Ⅰ 和 Ⅱ 之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，闭合线圈自高处落下，依次经过a、b、c三个位置。下列说法正确的是(　　) A．线圈在位置a不会产生感应电流 B．线圈在位置b一定做加速运动 C．线圈只有位置b和位置c会产生感应电流 D．线圈a、b、c三个位置都有感应电流产生 B　解析：闭合线圈自高处落下，经过a位置时，线圈中的磁通量在增大，因此该位置线圈中有感应电流， A错误；线圈在位置b时，线圈中的磁通量达到最大值，未发生改变，因此线圈中没有感应电流产生，线圈在下降过程中只受到重力作用，线圈在做匀加速运动，B正确；线圈只有在进出磁场时磁通量发生变化才会产生感应电流，可知在a、b、c三个位置中，位置a和位置c会产生感应电流，CD错误。 [练2] 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(　　) A B C D 　 C　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，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，B错误；闭合矩形导线框在磁场中转动，使其磁通量变化，则会产生感应电流，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，D错误。 1．如图为研究电磁感应现象的实验装置。下列哪种情况下电流表指针不会偏转(　　) A．闭合开关的瞬间 B．闭合开关后，电路中电流稳定时 C．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时 D．闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时 B　解析：电流表指针不偏转，说明电流表与B线圈组成的电路中无电流，根据感应电流产生的条件，只需要分析B线圈中磁通量是否变化即可。闭合开关时，电路中的电流从无到有，A中的磁场从无到有，故穿过B的磁通量发生变化，电流表中有电流流过；当电路中电流稳定时，穿过B的磁通量不再发生变化，电流表中无电流流过；移动滑动变阻器的滑片时，会造成A中电流大小变化，能引起B的磁通量变化，电流表中有电流流过；把线圈A从线圈B中拉出时，穿过B的磁通量减少，电流表中有电流流过。B正确。 2．如图所示，下列矩形线框在无限大的匀强磁场中运动，则能够产生感应电流的是(　　) A B 　　　　 C D D　解析：矩形线框的磁通量发生变化，才能产生感应电流。D正确。 3．管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化，将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为(　　) A．牛顿 B．库仑 C．洛伦兹 D．法拉第 D　解析：由题意可知圆管为金属导体，导体内部自成闭合回路，且有电阻，当周围的线圈中产生出交变磁场时，就会在导体内部感应出电流，电流通过电阻要发热。该过程利用的原理是电磁感应现象，其发现者为法拉第，D正确，ABC错误。 4．某小组用下图所示电路研究电磁感应现象。开关闭合后，下列情形中，不会使电流表指针发生偏转的是(　　) A．线圈P静止于线圈Q中 B．移动滑动变阻器的滑片 C．将线圈P从线圈Q中抽出 D．断开开关的瞬间 A　解析：线圈P静止于线圈Q中，穿过Q的磁通量不发生变化，没有电流经过电流表，电流表指针不发生偏转，A正确；移动滑动变阻器的滑片，穿过Q的磁通量发生变化，有电流经过电流表，电流表指针发生偏转，B错误；将线圈P从线圈Q中抽出，穿过Q的磁通量发生变化，有电流经过电流表，电流表指针发生偏转，C错误；断开开关的瞬间，电路中的电流从有到无，P中的磁场从有到无，故穿过Q的磁通量发生变化，电流表中有电流穿过，D错误。 [课时梯级训练(26)见P193] 学科网（北京）股份有限公司 $$