第3节　电磁感应现象及应用

第3节电磁感应现象及应用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。一、划时代的发现1．提出物理问题：奥斯特发现的电流的磁效应，证实了电现象和磁现象是有联系的。人们从电流磁效应的对称性角度，开始思考如下问题：既然电流能够引起磁针的______，那么，为什么不能用磁体使导线中产生______呢？2．法拉第的探索：法拉第提出了“由磁产生电”的设想，并为此进行了长达10年的探索，从中领悟到，“磁生电”是一种在变化、______的过程中才能出现的效应。3．电磁感应：“磁生电”的现象。4．感应电流：电磁感应现象中产生的电流。运动电流运动二、产生感应电流的条件电磁感应现象的应用1．产生感应电流的条件(1)实验装置（如图）(2)探究记录开关和变阻器的状态线圈B中是否有电流开关闭合瞬间有开关断开瞬间有开关闭合时，滑动变阻器不动无开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有(3)探究结果当穿过闭合导体回路的______发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。2．电磁感应现象的应用①发电机；②变压器；③电磁炉。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。

()磁通量√××√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。新知学习(一)

电磁感应现象发现的过程[任务驱动]

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。

[重点释解]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。[针对训练]1．(2022·上海奉贤区期中)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。答案：B2．(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，涉及到电磁感应，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。答案：CD新知学习(二)|感应电流的产生条件[重点释解]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。(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。[典例体验][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

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)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[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。[答案]

C/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。[针对训练]1.为探究“什么情况下磁可以生电”，某同学组装了如图所示的实验装置，图中ab是一根细直铜导线。闭合开关，当ab沿竖直方向上下运动时，电流表指针没有发生偏转，下列说法正确的是

(

)A．感应电流太小，无法使电流表指针发生偏转B．铜直导线太细，应换用较粗的铜棒C．应该把ab改为左右运动D．应该把磁体的N、S极对调解析：当ab沿竖直方向上下运动时，电流表指针没有发生偏转，说明铜直导线上下运动没有切割磁感线，闭合回路磁通量不发生变化，没有产生感应电流，换用较粗铜棒或将磁体的N、S极对调，铜直导线竖直上下运动，仍不切割磁感线，所以电流表指针还是不会发生偏转，A、B、D错误；把ab改为左右运动，铜直导线切割磁感线，闭合回路磁通量发生变化，会产生感应电流，即电流表指针会发生偏转，C正确。答案：C2.如图所示，匀强磁场中有一个闭合的弹簧线圈，线圈的平面垂直于磁感线，下列哪种过程中线圈会产生感应电流

(

)A．线圈扩张B．线圈自下向上运动C．线圈自上向下运动D．线圈自左向右运动(未穿出磁场)解析：线圈扩张，穿过线圈的磁通量变大，线圈中会产生感应电流，故A项正确；线圈自下向上和自上向下运动，线圈中磁通量均不变，线圈中不会产生感应电流，故B、C错误；在未穿出磁场的前提下，线圈自左向右运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故D项错误。答案：A3.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。答案：A

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

科学思维——动圈式话筒的工作原理1．(选自粤教版教材课后练习)动圈式话筒的内部结构如图所示，该装置能够将声信号转化为电信号(即感应电流)，再经扩音器放大后传给扬声器。(1)请尝试解释动圈式话筒将声信号转化为电信号的工作原理。(2)如果这类动圈式话筒出现了故障，故障最有可能出现在什么地方？如何检测并排除故障？解析：(1)对着话筒说话，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也随之振动，在磁场中做切割磁感线的运动，产生感应电流，即将声信号转化为电信号。(2)故障最有可能出现在线圈，检查话筒线圈看是否有断路或接触不良的地方。答案：见解析

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”)。(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：(1)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。(2)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。答案：(1)向右偏偏转(2)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（如图）。

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。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1.(2022·山东曲阜期中)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

(

)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