13.3电磁感应现象及应用（导学案）高二物理（人教版2019）

第3节电磁感应现象及应用导学案【学习目标】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、经历感应电流产生条件的探究活动，提高分析论证能力。3、通过模仿法拉第的实验，归纳得出产生感应电流的条件。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。4、了解电磁感应现象发现的重大历史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。【学习重难点】学习重点：归纳总结产生感应电流的条件，学习法拉第等科学家坚持理想信念、勇于探索和创新的科学精神。学习难点：通过设计、模仿法拉第的实验，通过观察和分析，将原来浅显已知的产生感应电流的非充要条件（闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动），提升为产生感应电流的充要条件——穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。【知识回顾】1、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。2、产生稳定电流的条件：①闭合回路，②有电压。3、磁通量的计算式：Φ＝BS。【自主预习】1、可以产生电磁感应现象的情况有：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。2、发生电磁感应现象时，闭合回路中的磁通量Φ＝BS发生了变化。3、产生感应电流的条件：①闭合回路，②磁通量变化。【课堂探究】新课导入思考：在初中物理中，大家学习过的，导体在什么情况下产生感应电流？这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？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。【视频】奥斯特实验。第一部分划时代的发现法拉第第一个成功实现由磁产生电的实验：法拉第线圈由此可知，电磁感应不是稳态效应，而是动态效应。“磁生电”现象的本质特征是：变化、运动。思考：哪些情况可以产生电磁感应现象？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【视频】科拉顿实验。第二部分产生感应电流的条件思考1：下列实验中，哪一个会产生感应电流？AB静止AB沿磁感线运动AB切割磁感线无电流无电流有电流思考2：当产生感应电流时与磁场相关的哪个物理量发生了变化呢？AB切割磁感线时，磁场没有变化，变化的只有电路ABCD的面积。也就是说，穿过电路ABCD的磁通量发生了变化。实验1：探究导体棒在磁场中运动时产生感应电流的情况。实验操作实验现象（有无电流）分析论证导体棒静止无电流闭合电路在磁场中围成的面积变化时，电路中有电流产生；围成的面积不变时，电路中无电流产生。导体棒平行磁感线运动无电流导体棒切割磁感线运动有电流实验2：探究条形磁体插入螺线管时产生感应电流的情况。磁铁的运动实验现象（有无电流）分析论证插入线圈有电流线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变化时，线圈中无感应电流静止不动无电流从线圈中抽出有电流思考3：如果将条形磁体替换为小通电螺线管，还能有上述实验现象吗？通电螺线管的磁场分布与条形磁铁相似，所以用通电螺线管替换条形磁铁仍有上述现象。实验3：探究改变小通电螺线管中的电流时产生感应电流的情况。磁铁的运动实验现象（有无电流）分析论证开关闭合瞬间有电流线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流；磁场不变时，线圈B中无感应电流开关断开瞬间有电流开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动无电流开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片有电流思考4：上述实验中，产生感应电流的情形可以归纳为哪些种类？这些种类有哪些共同点？可以分为导线切割磁感线和磁场发生变化两类。导线切割磁感线：B不变，S变磁场发生变化：S不变，B变共同点：闭合回路中的磁通量Φ＝BS都发生了变化。结论：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。思考5：产生感应电流的条件是什么？①闭合回路②磁通量变化：正对面积改变，或磁场的大小改变，或磁场的方向改变第三部分电磁感应现象的应用电磁感应的应用实例：发电机【视频】世界第一台发电机：法拉第盘【视频】手摇发电机发电。【视频】甩动铜线给小灯泡供电。电磁感应的应用实例：电磁炉、变压器、无线充电。【自我测评】1．（2022上·江西上饶·高二校联考阶段练习）1921年一个十分神奇的与电有关的实验现象被法拉第发现了，出于对这个现象的好奇，他对这种现象潜心研究了十年，终于在1931年发现了在物理科技史上影响十分重大的电磁感应效应。下列四幅图所描述的情境，能够产生感应电流的是（）A．甲图中，线圈与条形磁铁中心轴线在同一平面内且远离磁铁B．乙图中，线圈在匀强磁场中垂直于磁场方向运动C．丙图中，条形磁铁快速穿过有缺口的线圈D．丁图中，线圈在通电直导线下方以虚线为轴转动【答案】D【详解】产生感应电流的条件是：①线圈闭合；②穿过闭合线圈的磁通量发生变化。A．甲图中，线圈与条形磁铁中心轴线在同一平面内且远离磁铁时，由于线圈平面与磁场一直平行，使得穿过线圈的磁通量为零，未发生改变，所以不能产生感应电流，故Ａ错误；B．乙图中，线圈在匀强磁场中垂直于磁场方向运动，穿过线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流，故B错误；C．丙图中，条形磁铁快速穿过有缺口的线圈，由于线圈不闭合，所以不产生感应电流，故C错误；D．丁图中，线圈在通电直导线下方以虚线为轴转动时，穿过闭合线圈的磁通量发生了改变，所以能产生感应电流，故D正确。故选D。2．（2022上·浙江·高三校联考阶段练习）某地理老师给同学们展示了一种磁悬浮地球仪，底座通电时球体会悬浮起来（图甲）。它的内部原理是如图乙所示，底座里面有线圈，球体是磁铁，球体的顶端是S极，底部是N极，底座通电时能让球体悬浮起来。则下列叙述中正确的是（）A．地球仪底座对桌面的压力大小等于底座受到的重力B．球体能够悬浮是利用了电磁感应原理C．电路中的a端点须连接直流电源的负极D．若增加线圈的电流，则球体重新静止时受到的斥力将变大【答案】C【详解】A．地球仪受到重力和通电线圈给它向上的磁场力而处于静止状态，底座受向下的重力和磁铁向下的磁场力以及桌面向上的支持力而平衡，则底座对桌面的压力大小大于底座受到的重力，A错误；B．球体能够悬浮是由于通电线圈对磁体产生的磁场力与重力平衡，B错误；C．磁体要平衡，由图乙可知通电线圈产生的磁场方向应向上，根据右手螺旋定则可知，电路中的b端点须连接直流电源的正极，a端点须连接直流电源的负极，C正确；D．若增加线圈的电流，则球体会悬浮到比原来高的位置重新静止，新位置受到的斥力仍与球体重力平衡，与原位置相同，D错误。故选C。3．（2022上·江苏徐州·高二统考学业考试）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。则线圈中有感应电流产生的是（）A．位置a和位置b B．位置b和位置c C．位置a和位置c D．三个位置都有【答案】C【详解】经过位置a和位置c时通过线圈的磁通量发生变化，由电磁感应定律可知，线圈中有感应电流的产生，经过位置b时，线圈的磁通量不发生变化，无感应电流的产生。故选C。4．（2022上·江西抚州·高二江西省临川第二中学校考阶段练习）利用如图所示装置可探究感应电流产生的条件。线圈A通过滑动变阻器和开关S连接到电源上，线圈B的两端连接到电流计G上，把线圈A装在线圈B的里面。某同学发现闭合开关S时，电流表指针向右偏转，由此可以判断（）A．断开开关S时，电流表指针向右偏转B．线圈A向上移动时，电流表指针向右偏转C．线圈A中铁芯向上拔出时，电流表指针向右偏转D．滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表指针向右偏转【答案】D【详解】ABC．闭合开关S时即通过线圈B的磁通量增加，可知当穿过线圈B的磁通量增大时，电流表指针向右偏转。线圈A向上移动时、线圈A中铁芯向上拔出时、断开开关S时，穿过线圈B的磁通量均减小，电流表指针均应向左偏转，ABC错误；D．滑动变阻器的滑片向右滑动时，通过A的电流增大，则穿过线圈B的磁通量增加，电流表指针向右偏转，D正确；故选D。5．（2022上·福建福州·高二福建省福州第一中学校考期末）某学校开展“摇绳发电”的比赛活动。如图所示，在操场上，将一根长为20m的铜芯导线两端与电流传感器的两个接线柱连接，构成闭合回路；两同学面对面站立摇动这条导线。（忽略地球磁偏角的影响）（1）若增大摇绳的频率，则电流传感器的最大示数将（选填“增大”、“减小”、“不变”）；（2）为了获得较大电流，两同学应该站立摇绳。（选填“东西”、“南北”）【答案】增大东西【详解】（1）[1]若增大摇绳的频率，则穿过闭合线圈的磁通量变化率增大，电流传感器的最大示数将增大。（2）[2]地磁场方向沿南北方向，为使摇绳时线圈中有较大的磁通量变化率，从而产生较大电流，两同学应该沿东西方向站立摇绳。5．（2022下·浙江嘉兴·高二统考期末）某兴趣小组设计了一辆“电磁感应车”，在一个车架底座上固定了一块塑料板，板上固定了线圈和红、绿两个二极管，装置和连成的电路如图甲所示。用强磁铁插入和拔出线圈，电流传感器记录了线圈中电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（）A．在t=3s时刻，线圈中的磁通量最大B．当磁铁从线圈左端插入时，小车将会向左运动C．乙图显示了磁铁先后两次插入和拔出线圈的过程D．若插入线圈的磁铁磁性足够强，红、绿两个二极管会同时发光【答案】C【详解】A．在t=3s时刻，线圈中的电流最大，磁通量变化率最大，故A错误；B．当磁铁从线圈左端插入时，靠近线圈，导致穿过的磁通量变大，根据楞次定律，则有感应电流产生，小车为阻碍磁铁靠近，小车将对磁铁有向左的力，同时小车受到向右的力，向右运动，故B错误；C．乙图显示了磁铁先后两次插入和拔出线圈的过程，故C正确；D．由于发光二极管具有单向导电性，把两个发光二极管极性相反地并联起来，并与线圈串联，两个发光二极管不会同时发光，故D错误。故选C。【学后反思】_________________________________________________________