第六章 第三节 电磁感应现象(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（粤教版）

本讲义聚焦电磁感应现象这一核心知识点，系统梳理从奥斯特“电生磁”到法拉第“磁生电”的发现历程，通过闭合电路部分导体切割磁感线、磁铁相对线圈运动、线圈电流变化三个递进实验，引导学生总结产生感应电流的条件为闭合回路磁通量变化，并延伸至电磁感应的应用及条件判断方法。 该资料以实验探究为主线，通过动手操作与现象分析培养学生科学探究能力，结合磁通量变化模型建构深化科学思维，联系发电机、无线充电等生活实例强化物理观念。课中实验引导与例题解析助力教师高效授课，课后分考点对点练帮助学生针对性查漏补缺，提升知识应用与迁移能力。

第三节　电磁感应现象 [学习目标]　1.知道什么是电磁感应现象，知道电磁感应的发现历程。2.通过实验探究产生感应电流的条件(重难点)。3.了解电磁感应现象的应用。 一、电磁感应现象的发现 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现象，由电磁感应现象产生的电流叫作感应电流。 4．发现电磁感应现象的意义 (1)电磁感应的发现使人们找到了“磁生电”的方法，打开了电气化的大门。 (2)电磁感应的发现铸就了电磁学研究的基石，丰富和完善了人们的世界观。 如图所示，法拉第用该装置探究磁生电。开关一直闭合时，小磁针不偏转，只有开关闭合或开关断开瞬间，小磁针才偏转，将铁芯换成木头，小磁针仍然发生偏转。 (1)该装置中有几个回路，回路中都有电源吗？ (2)怎样检验回路中是否产生了电流？ (3)铁芯换成木头，说明左侧回路中的电流是右侧电源供给的吗？ (4)开关一直闭合时，电流稳定，磁场稳定，磁能生电吗？只有开关断开和闭合瞬间，小磁针才偏转，说明什么样的磁场可以生电？ 答案　(1)两个回路，左侧回路没有电源。 (2)利用电流磁效应检验是否产生电流。 (3)不是。 (4)稳定的磁场不能生电；只有变化的磁场才能生电。 例1　(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。 1．奥斯特的“电生磁” 奥斯特实验中，通电导线南北方向放置，导线下面平行放置的小磁针发生了偏转。电流的磁效应显示了通电导体对磁针的作用力，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现象，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、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。 二、产生感应电流的条件　电磁感应的应用 实验1：闭合电路的部分导体切割磁感线 导体棒左右平动、上下平动，观察电流表的指针，把现象记录在表中。 导体棒的运动 表针的摆动情况 导体棒的运动 表针的摆动情况 向右平动 摆动 向上平动 不摆动 向左平动 摆动 向下平动 不摆动 结论：只有左右平动，导体棒切割磁感线时，才有电流产生；上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生。 实验2：向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出 如图所示，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，或从线圈中抽出，或静止地放在线圈中。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表中。 磁铁的运动 表针的摆动情况 磁铁的运动 表针的摆动情况 N极插入线圈 摆动 S极插入线圈 摆动 N极停在线圈中 不摆动 S极停在线圈中 不摆动 N极从线圈中抽出 摆动 S极从线圈中抽出 摆动 结论：磁铁相对线圈运动时，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。 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 思考三个实验的共同特点是什么？(提示：从磁通量角度考虑) 答案　产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化。 实验1中：导体棒做切割磁感线运动，回路的有效面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流。 实验2中：磁铁插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了穿过线圈B的磁通量的变化，产生了感应电流。 实验3中：开关闭合、断开或滑动变阻器的滑片移动时，小线圈A中电流变化，从而引起穿过线圈B的磁通量变化，产生了感应电流。 1．产生感应电流的条件：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。 2．电磁感应的应用 (1)电磁感应在生活中常见的应用有：发电机、电话、漏电保护开关、磁悬浮列车等。 (2)汽车防抱死制动系统由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀三个部分组成，转速传感器是利用电磁感应现象来测量车轮的转速。 (3)无线充电技术是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。电磁感应是目前实现无线充电的一种重要技术途径。 例2　在“探究法拉第电磁感应现象”实验中，某同学将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电表及开关组成的部分电路已连接好了，如图所示： (1)请使用两根导线，将电路补充完整。 (2)此实验中使用的电表应是________。(填选项前的字母) A．灵敏电流表计 B．大量程的电压表 C．倍率适宜的欧姆表 (3)正确选择电表和连接电路后，开始实验探究。下列说法正确的是________。 A．开关闭合后，线圈A插入线圈B中或从线圈B中拔出，都不会引起电表的指针偏转 B．线圈A插入线圈B中后不动，在开关闭合和断开的瞬间，电表的指针均会偏转 C．开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电表的指针静止在中央零刻度 D．开关闭合后，只要移动滑动变阻器的滑片P，电表的指针一定会偏转 答案　(1)见解析图　(2)A　(3)BD 解析　(1)将电池组、开关、滑动变阻器、线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将电表与线圈B串联成另一个回路，实物图如图所示。 (2)本实验要使用灵敏电流计来检测电路中是否有电流产生。 (3)开关闭合后，线圈A插入线圈B中或从线圈B中拔出，穿过线圈B的磁通量都会发生变化，都会产生感应电流，都会引起电表的指针偏转，故A错误；线圈A插入线圈B中后不动，在开关闭合和断开的瞬间，穿过线圈B的磁通量都会发生变化，线圈B中会产生感应电流，电表的指针均会偏转，故B正确；开关闭合后，只要滑动变阻器的滑片P移动，不论是加速还是匀速，穿过线圈B的磁通量都会变化，都会有感应电流产生，电表的指针都会偏转，故C错误，D正确。 例3　(2024·清远市高二期末)下列哪项技术应用了电磁感应原理(　) 答案　D 解析　复印机是通过静电原理，将光导体表面的墨粉图像转印到复印纸表面，A不符合题意； 油罐利用车尾的铁链导走车内的静电，B不符合题意； 当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿，成为导体，这样带电云层与避雷针形成通路，而避雷针又是接地的，避雷针就可以把云层上的电荷导入大地，使其不对高层建筑构成危险，保证了它的安全，C不符合题意； 手机无线充电，则是利用电磁感应原理，D符合题意。 三、感应电流产生条件的理解 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．判断有无感应电流的方法和注意事项 (1)能否产生感应电流，取决于穿过闭合回路的磁通量是否发生变化，而不是磁通量的大小。 (2)闭合回路的部分导体做切割磁感线运动时，不一定总会引起闭合回路的磁通量变化。如图所示，矩形线框abcd在范围足够大的匀强磁场中，在垂直磁场的平面内向右平动，穿过回路abcd的磁通量没有变化，因而没有产生感应电流。 (3)可充分利用磁感线进行定性判断，即通过观察穿过闭合回路的磁感线的条数是否变化判断某过程中磁通量是否变化。 例4　(2024·汕头市高二月考)下列四幅图中，A图中条形磁铁以恒定的速度沿水平方向穿过导体环；B图中两导体棒以相同的速度沿水平方向在导轨上向左运动；C图中的导体框沿竖直轴线以恒定的角速度转动；D图中两导体棒以相同的速度沿水平方向在导轨上向左运动。在电路中有感应电流产生的是(　　) 答案　D 解析　A图中，由于导体环不闭合，不会产生感应电流，故A错误； B图中，由于两棒的速度相同，则穿过闭合电路的磁通量不发生改变，不会产生感应电流，故B错误； C图中，由于导体框与磁场方向平行，则穿过导体框的磁通量始终为零，导体框中没有感应电流，故C错误； D图中，两导体棒相当于电源，与导轨构成的闭合回路的磁通量发生改变，因此电路中会产生感应电流，故D正确。 例5　(多选)(2023·中山市华侨中学高二期中)线圈L1、L2绕在同一个铁芯上，组成如图所示的电路，开始时，开关K1、K2均断开，下列操作能使电流表指针偏转的是(　　) A．先闭合K1，稳定后再闭合K2 B．先闭合K2，过一会儿再闭合K1 C．K1、K2均闭合，电流表指针不偏转，突然断开K1 D．K1、K2均闭合，电流表指针不偏转，突然断开K2 答案　BC 解析　先闭合K1，稳定后再闭合K2，L2中的磁通量不会变化，不会产生感应电流，不能使电流表指针偏转，故A不符合题意；先闭合K2，过一会儿再闭合K1，L1中的磁通量增大，引起L2中的磁通量增大，会产生感应电流，能使电流表指针偏转，故B符合题意；K1、K2均闭合，电流表指针不偏转，突然断开K1，L1中的磁通量减小，引起L2中的磁通量减小，会产生感应电流，能使电流表指针偏转，故C符合题意；K1、K2均闭合，电流表指针不偏转，突然断开K2，L2中不会产生感应电流，不能使电流表指针偏转，故D不符合题意。 例6　(2024·江门市高二月考)法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图甲把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用长直导线连通，长直导线正下方平行于导线放置一个小磁针；如图乙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。实验中可能观察到的现象是(　　) A．图甲中，只要A线圈中电流足够强，小磁针就会发生偏转 B．图甲中，线圈A和电池断开瞬间，小磁针不会偏转 C．图乙中，开关S接通时，可能使线圈B中产生感应电流 D．图乙中，开关S接通后，改变滑动变阻器滑片的位置时，不可能使线圈B中产生感应电流 答案　C 解析　根据电磁感应现象可知，线圈B中若要产生感应电流，需要穿过线圈的磁通量发生变化，则需要线圈A中电流发生变化，调节滑动变阻器阻值、开关闭合或者断开瞬间，都会使线圈B中产生感应电流，从而使小磁针发生偏转。 题图甲中，若A线圈中电流足够强，若电流不变，则小磁针就不会发生偏转，选项A错误； 题图甲中，线圈A和电池断开瞬间，A中电流变化，会在B中产生感应电流，则小磁针会偏转，选项B错误； 题图乙中，开关S接通时，A中电流变化，可能使线圈B中产生感应电流，选项C正确； 题图乙中，开关S接通后，改变滑动变阻器滑片的位置时，A中电流变化，可能使线圈B中产生感应电流，选项D错误。 判断电磁感应现象是否发生的一般流程： (1)判断研究的回路是否闭合； (2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定穿过该回路的磁通量Φ是否变化； (3)磁通量变化与感应电流的产生 课时对点练　[分值：100分] 1～9题每题8分，共72分 考点一　电磁感应现象的发现及认识 1．(多选)在电磁学的发展历程中，奥斯特与法拉第的贡献值得人们纪念。下列有关说法正确的是(　　) A．奥斯特发现了电流的磁效应，并提出了安培定则和分子电流假说 B．电流的磁效应的发现，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生，掀起了一场研究电与磁关系的浪潮 C．法拉第虽然发现了电磁感应现象，但发现过程并不是一帆风顺的，也曾受思维定式的影响 D．电磁感应的发现，开辟了人类的电气化时代，促进了人类文明的发展 答案　CD 解析　奥斯特发现了电流的磁效应，安培提出了安培定则和分子电流假说，选项A错误；电流的磁效应的发现掀起了一场研究电与磁关系的浪潮；英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，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，选项B错误，C、D正确。 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．将绕在磁铁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铁后，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，在给接电源的线圈通电或断电的瞬间，观察电流表示数的变化 答案　D 解析　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；磁铁插入线圈时，虽有短暂电流产生，但未能及时观察，故C错误；在给接电源的线圈通电、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．(2024·佛山市高二期中)第19届杭州亚运会被称为首届“碳中和”亚运会，如图所示是杭州街头的太阳能椅，不仅可照明，还可为市民提供手机无线充电。关于太阳能椅，说法正确的是(　　) A．太阳能是一种不可再生能源 B．太阳能光伏板能把全部太阳能转化成电能 C．手机可以放在太阳能光伏板上进行无线充电 D．手机无线充电技术应用到电磁感应原理 答案　D 解析　太阳能、风能、水能、地热能等自然资源属于可再生资源，故A错误； 太阳能光伏板能把太阳能转化成电能，但不是全部转化，会有损耗，故B错误； 手机无线充电是应用电磁感应原理，所以手机无线充电要放在无线充电线圈上，不能直接放在太阳能光伏板上进行无线充电，故C错误； 手机无线充电技术应用了电磁感应原理，故D正确。 考点二　实验：探究感应电流产生的条件 4．某同学用如图所示的装置做“探究产生感应电流的条件”的实验，下列情形中没有产生感应电流的是(　　) A．将磁铁匀速插入线圈 B．将磁铁加速插入线圈 C．将磁铁放在线圈中静止不动 D．将磁铁加速从线圈中抽出 答案　C 解析　因为将磁铁匀速或加速插入线圈时，穿过线圈的磁通量增大，有感应电流产生，同理将磁铁加速从线圈中抽出时，穿过线圈的磁通量减小，也有感应电流产生，故A、B、D错误；将磁铁放在线圈中静止不动时，穿过线圈的磁通量不变，所以没有感应电流产生，故C正确。 5．(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是(　　) A．线圈A插入线圈B的过程中，有感应电流 B．线圈A从线圈B中拔出过程中，有感应电流 C．线圈A停在线圈B中，有感应电流 D．线圈A拔出线圈B的过程中，穿过线圈B的磁通量在减小 答案　ABD 解析　由感应电流产生的条件知A、B正确，C错误；在线圈A拔出线圈B的过程中，穿过线圈B的磁通量减小，D正确。 考点三　有无感应电流的判断 6.(2023·清远市高二校考学业考试)通电直导线穿过闭合线圈L，如图所示，则(　　) A．当电流I增大时，线圈L中有感应电流 B．当L左右平动时，L中有感应电流 C．当L上下平动时，L中有感应电流 D．以上各种情况都不会产生感应电流 答案　D 解析　通电直导线周围的磁感线是一些垂直导线的同心圆，所以当线圈L垂直长直导线时，通电长直导线的磁感线与线圈L平面平行，即穿过线圈L的磁通量为0，A、B、C中的三种运动，都没有改变穿过L的磁通量的大小，故没有感应电流产生，D正确。 7.(2024·潮州市高二期末)如图所示，A、B两闭合线圈用同样的导线绕成，A有10匝，B有20匝，两线圈半径之比为2∶1。匀强磁场只分布在B线圈内，当磁场随时间均匀增强时(　　) A．A中无感应电流 B．B中无感应电流 C．穿过A的磁通量总是等于穿过B的磁通量 D．穿过A的磁通量总是大于穿过B的磁通量 答案　C 解析　当磁场随时间均匀增强时，穿过线圈A、B的磁通量都增大，都将产生感应电流，故A、B错误； 磁感线穿过线圈A、B的有效面积相同，所以穿过A的磁通量总是等于穿过B的磁通量，故C正确，D错误。 8.(2024·广东省高二学业考试)如图所示，空间中有一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，纸面内有两个闭合金属线圈M、N，分别为圆形、正三角形，各自中心点均在磁场边界上，不计线圈相互影响，当两个线圈绕过各自中心点、且垂直于纸面的轴旋转时，以下说法正确的是(　　) A．仅M中有感应电流 B．仅N中有感应电流 C．M和N中都有感应电流 D．M和N中都无感应电流 答案　B 解析　穿过M的磁通量大小不变，故M中无感应电流，穿过N的磁通量变化不为零，故N中有电流。故选B。 9．(2024·东莞市高二月考)下列给出了与感应电流产生条件相关的四幅情景图，其中判断正确的是(　　) A．图甲，水平放置的圆形线圈正上方通有逐渐减小的电流，圆形线圈中没有感应电流 B．图乙，正方形金属线圈绕竖直虚线转动的过程中，正方形线圈中不会有感应电流 C．图丙中的闭合导线框以其任何一条边为轴在磁场中旋转，都可以产生感应电流 D．图丁，金属杆在F作用下向右运动过程中，若磁场减弱，回路一定会产生感应电流 答案　A 解析　题图甲，水平放置的圆形线圈正上方通有逐渐减小的电流，因穿过圆形线圈的磁通量始终为零，则圆形线圈中没有感应电流，选项A正确； 题图乙，正方形金属线圈绕竖直虚线转动的过程中，穿过正方形线圈的磁通量会发生变化，线圈中会有感应电流，选项B错误； 题图丙中的闭合导线框若以竖直边框为轴转动，则穿过导线框的磁通量不变，不会产生感应电流，选项C错误； 题图丁，金属杆在F作用下向右运动过程中，闭合回路的有效面积变大，而磁场减弱，穿过闭合回路的磁通量可能不变，则此时不会产生感应电流，选项D错误。 10、11题每题9分，共18分 10．(多选)(2023·潮州市高二月考)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所在直线O1O2与两磁场的边界重合。下列变化会在环中能产生感应电流的是(　　) A．同时增大B1减小B2 B．让金属圆环以O1O2为轴转动90°过程中 C．向上平移金属圆环 D．在金属圆环的正下方放一根与图中磁场边界平行的通电直导线 答案　ACD 解析　同时增大B1减小B2，通过金属圆环的磁通量发生变化，环中能产生感应电流，故A正确； 让金属圆环以O1O2为轴转动90°过程中，穿过金属环的磁通量一直为零，磁通量保持不变，环中不会产生感应电流，故B错误； 向上平移金属圆环，通过金属圆环的磁通量发生变化，环中能产生感应电流，故C正确； 在金属圆环的正下方放一根与题图中磁场边界平行的通电直导线，穿过金属圆环的磁通量发生变化，环中能产生感应电流，故D正确。 11.有人根据条形磁铁的磁场分布情况用塑料制作了一个模具，模具的侧边界刚好与该条形磁铁的磁感线重合，如图所示。另取一个柔软的弹性导体线圈套在模具上方某位置，线圈贴着模具上下移动的过程中，下列说法正确的是(地磁场很弱，可以忽略)(　　) A．线圈切割磁感线，线圈中产生感应电流 B．线圈紧密套在模具上移动过程中，线圈中没有感应电流产生 C．由于线圈所在处的磁场是不均匀的，故而不能判断线圈中是否有感应电流产生 D．若线圈平面放置不水平，则移动过程中会产生感应电流 答案　B 解析　由题，模具的形状与磁感线的形状是相同的，则线圈贴着模具上下移动的过程中穿过线圈的磁感线的条数不会发生变化，即穿过线圈的磁通量不变，所以线圈紧密套在模具上移动过程中不出现感应电流。同样若线圈平面放置不水平，则移动过程中由于穿过线圈的磁通量不变，也不会产生感应电流。故选B。 (10分) 12．(多选)(2024·中山市高二期末)如图所示，在空间直角坐标系中，两条彼此绝缘的长直导线分别与Ox、Oy轴重合，电流均沿坐标轴正方向，已知真空中距无限长通电直导线的距离为r处的磁感应强度B＝k(k为常数)。一闭合圆形金属线圈的圆心O′在xOy平面内沿直线y＝x运动，线圈的半径为R，y>R。下列说法正确的是(　　) A．线圈的匝数越多，穿过线圈的磁通量越大 B．若I1＝2I2，则圆心O′处的磁感应强度沿z轴正方向 C．若I1＝I2，则金属线圈中有感应电流产生 D．若2I1＝I2，则金属线圈中有感应电流产生 答案　BD 解析　穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关，故A错误； 由安培定则可知长直导线I1在圆心O′处的磁感应强度沿z轴正方向，长直导线I2在圆心O′处的磁感应强度沿z轴负方向，根据B＝k和I1＝2I2可得圆心O′处的磁感应强度沿z轴正方向，故B正确； 若I1＝I2，穿过线圈的磁通量始终为零，磁通量不变，所以金属线圈中无感应电流产生，故C错误； 若2I1＝I2，穿过线圈的磁通量沿z轴负方向，金属线圈的圆心O′在xOy平面内沿直线y＝x运动的过程中，穿过线圈的磁通量发生变化，则金属线圈中有感应电流产生，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $