13.3电磁感应现象及应用 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

13.3 电磁感应现象及应用 我们知道，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生感应电流。那么，切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗？还有其他方法吗？这些方法有什么内在联系？ 问题？ 一.划时代的发现 1.电磁感应的探索历程 ①1820年奥斯特发现了电流的磁效应，证实了电和磁之间存在着必然的联系，拉开了研究电与磁联系的序幕. ②“电生磁”激发了人们对“磁生电”的探索热情，很多物理学家先后设计实验探索“磁生电”，但都没有成功. ③1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上（如图)，一个线圈接电源，另一个线圈接“电流表”。当给一个线圈通电或断电的瞬间，在另一个线圈上出现了电流。 法拉第从中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应，从而引领人类社会进入电气化时代. 2.电磁感应 定义：“磁生电”的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流. （2）电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生. 3.发现电磁感应的意义 （1）电磁感应的发现使人们找到了“磁生电”的方法． 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 CD 二.产生感应电流的条件 为了便于分析产生感应电流的条件，我们把“问题”栏目中的实验装置图画成如图所示的示意图。 金属棒AB静止时，电路中没有感应电流产生；AB沿着磁感线运动时，电路中也没有感应电流；只有AB切割磁感线时才产生感应电流。AB切割磁感线时，磁场没有变化，变化的只有电路ABCD的面积。那么，与磁场相关的哪个物理量发生了变化呢？ 闭合电路ABCD的面积发生了变化，也就是说，穿过电路ABCD的磁通量发生了变化。感应电流的产生是否与磁通量的变化有关呢？ 实验 探究感应电流产生的条件 如图，线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连接到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面。观察下面几种情况下线圈B中是否有电流产生。 请你根据实验现象总结，什么情况下闭合导体回路中会产生感应电流。 有 有 无 有 （2）分析：磁场的强弱不变，但部分导体做切割磁感线运动使闭合导体回路包围的磁场面积发生了变化，穿过回路的磁通量变化，有感应电流产生. 1.实验探究 探究1：导体棒在磁场中运动是否产生电流 （1）实验现象：导体棒静止或平行于磁感线运动时，无感应电流；导体棒切割磁感线运动时，有感应电流. 探究2：条形磁铁在线圈中运动是否产生电流 （2）分析：将磁铁插入或抽出线圈的过程中，线圈中的磁场强弱发生了变化，从而改变了穿过回路的磁通量，线圈中有感应电流产生. （1）实验现象：当磁铁与线圈相对静止时，线圈中无电流；当磁铁插入线圈或从线圈中抽出时，线圈中有电流. （2）分析：将开关闭合或断开瞬间以及保持开关闭合并改变滑动变阻器的滑片位置时，电流表中有电流通过（当使线圈A中的电流变化时，线圈B中的磁场发生了变化，从而改变了穿过回路的磁通量）. 探究3：改变线圈A中的电流，观察线圈B中是否产生电流. （1）实验现象：开关闭合或断开时，测试电路中有电流；开关闭合以后，测试电路中无电流；开关闭合后，移动滑动变阻器滑片的过程中，测试电路中有电流. 探究1是通过导体相对磁场运动改变磁通量的；探究2是通过磁体运动即磁场运动改变磁通量的；探究3是通过改变电流（改变磁场强弱）改变磁通量的. 2.归纳总结 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，闭合导体回路中就会产生感应电流. 例2.一同学在做"探究感应电流产生的条件"的实验时，用电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈 A 、线圈 B 、灵敏电流计及开关组成如图所示电路．在开关闭合、线圈 A 放在线圈 B 中的情况下，该同学发现：将滑动变阻器的滑片 P 向右加速滑动时，电流计指针向右偏转．当开关闭合时，以下说法正确的是( ) A ．将滑动变阻器的滑片 P 向左匀速滑动的过程中，电流计指针静止在中央零刻度处 B ．将滑动变阻器的滑片 P 向左减速滑动，电流计指针向右偏转 C ．将线圈 A 向上抽出线圈 B 的过程中，电流计指针向左偏转 D ．将线圈 A 内铁芯抽出的过程中，电流计指针向右偏转 C 三.电磁感应现象的应用 1831年圣诞节前夕，一次科学报告会上，法拉第当众表演了一个实验。一个铜盘的轴和铜盘的边缘分别连在“电流表”的两端。法拉第摇动手柄使铜盘在磁极之间旋转，“电流表”的指针随之摆动。 电磁感应现象已经被应用于生活的各个方面，如磁悬浮列车、发电机、变压器、手机的无线充电技术、感应焊接、电感器、电磁炉、电视、手机和收音机等的信号收发、感应磁卡的信号传输等. 1.发电机 线框在磁场中匀速转动，穿过线框的磁通量周期性变化，产生大小、方向周期性变化的电流. 2.话筒 声音使膜片振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永久磁体的磁场中切割磁感线，从而形成微弱的电流，再经过放大电路将输入信号放大后输出. 3.金属探测器 4.电磁炉 探测器中有一个通有大小和方向都变化的电流的发射线圈，当发射线圈周围有金属物时，金属物中会产生环状电流，环状电流的磁场反过来影响接收线圈中的电流，使探测器报警. 陶瓷板下面的线圈接入大小和方向都变化的电流以后，会形成变化的磁场，铁锅、不锈钢锅的底部在变化的磁场中产生环状的感应电流，让锅底快速发热，实现对食物的加热. 例3.（多选）磁带录音机应用了电磁感应现象，如图所示，甲、乙分别是录音机的录、放原理图．由图可知，以下说法正确的是( ) A ．录音机录音时利用了电磁感应原理，放音时利用了电流的磁效应 B ．录音机放音时，变化的磁场在静止的线圈内激发起感应电流 C ．录音机放音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场 D ．录音机录音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场 BD 四.导体切割磁感线产生感应电流问题分析 没有感应电流产生 有感应电流产生 有感应电流产生 例4.如图所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上，有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则（ ） A ．断开开关S, ab中有感应电流 B ．闭合开关S, ab中有感应电流 C ．无论断开还是闭合开关 S , ab 中都有感应电流 D ．无论断开还是闭合开关 S , ab 中都没有感应电流 B 五.电磁感应现象中的能量转化 （2）如图所示，当线圈I中有变化的电流通过时，就在周围产生变化的磁场，这个变化的磁场通过线圈II时，就在线圈II所在闭合回路中产生了感应电流；这个过程中，线圈I中的电能转化成了铁芯中的磁场能，然后铁芯中的磁场能又转化成了线圈II中的电能.此处能量的转移并不像导线导电那样直接，而是一个间接的转移，磁场起到了能量传输的作用. 当闭合电路中产生感应电流时，根据能量守恒定律可知，其他形式的能量转化为了电能. （1）导体做切割磁感线运动，在电路中产生感应电流，该导体的机械能转化为电能. 例5.一不受外力的带电棒从闭合固定铜环附近经过（假定带电棒和铜环在同一光滑绝缘的平面内），如图所示，关于带电棒的速度变化情况，以下说法正确的是（ ) A ．不变化 B ．减小 C ．增大 D ．不能确定 B $