第6章　第3节　电磁感应现象-高中物理 必修第3册(配粤教版)

第三节电磁感应现象[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道电磁感应现象及产生感应电流的条件，能解释电磁感应的相关现象科学思维理解产生感应电流的条件，能处理相关的问题科学探究通过实验探究产生感应电流的条件，学会归纳总结法，能与他人交流合作完成实验科学态度与责任体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响，体验人类对自然界的认识是不断发展的，培养学科学、用科学的积极态度知识点一电磁感应现象的发现1．奥斯特梦圆“电生磁”：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。2．法拉第心系“磁生电”：(1)1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。产生的电流叫作感应电流。(2)法拉第的概括。法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：①变化的电流；②变化的磁场；③运动的恒定电流；④运动的磁铁；⑤在磁场中运动的导体。(3)电磁感应与感应电流。法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。(4)发现电磁感应现象的意义。①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。②使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代。知识点二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，闭合电路中就有感应电流。电磁感应只指“磁生电”，不指“电生磁”。思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。 (×)(2)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。 (×)知识点三电磁感应的应用1．汽车防抱死制动系统(ABS)(1)组成：ABS由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀三个部分组成，其中轮速传感器是利用电磁感应现象来测量车轮的转速的。(2)原理：①如图所示，铁质齿轮P与车轮同步转动，它的右侧有一个绕着线圈的磁铁，当每个轮齿在接近和离开磁铁时，穿过线圈的磁通量会发生变化，线圈中出现感应电流。②随着各个轮齿的运动，磁通量的变化会使线圈中产生相应的感应电流。③电流由电流检测器D检测，并送到电子控制模块以控制电磁阀，为制动器提供合适的制动力，有效避免了汽车后轮侧滑的现象。2．无线充电技术(1)概念：无线充电，又称非接触式感应充电，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。(2)原理：充电器与用电器之间通过电感耦合传送电能。充电器中有发射线圈，给线圈一定频率的交变电流，通过电磁感应，用电器的接收线圈中产生的电流给电池充电。(3)优点：无线充电具有安全、耐用、方便等优点。考点科学探究：产生感应电流的条件试探究：(1)只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定有感应电流吗？(2)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对吗？提示：(1)不是，还必须是组成闭合电路。(2)不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。1．实验探究感应电流产生的条件(1)闭合电路的部分导体切割磁感线在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图所示。导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流计的指针，把观察到的现象记录在表1中。表1导体棒的运动表针的摆动方向导体棒的运动表针的摆动方向向右平动向左向后平动不摆动向左平动向右向上平动不摆动向前平动不摆动向下平动不摆动结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有感应电流产生；前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有感应电流产生。(2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中抽出如图所示，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。观察电流计的指针，把观察到的现象记录在表2中。表2磁铁的运动表针的摆动方向磁铁的运动表针的摆动方向N极插入线圈向右S极插入线圈向左N极停在线圈中不摆动S极停在线圈中不摆动N极从线圈中抽出向左S极从线圈中抽出向右结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有感应电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有感应电流产生。(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的两端与电流计连接，把线圈A装在线圈B的里面。观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。表3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中才有感应电流产生。2．结论不论用什么方法，不论何种原因，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。3．产生感应电流的条件(1)闭合电路；(2)磁通量发生变化。【典例】线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：A向右平动，B向下平动，C绕轴转动(ad边向里)，D垂直于纸面向纸外做平动，E向上平动(E线圈有个缺口)，判断线圈中有没有感应电流。ABCDE[解析]在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的。对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱。A向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故线圈中没有感应电流。B向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流。C绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化(开始时减少)，必产生感应电流。D离纸面越远，线圈中磁通量越少，线圈中有感应电流。E向上平动，穿过线圈的磁通量增加，但由于线圈没有闭合，因此无感应电流。[答案]A、E中无感应电流；B、C、D中有感应电流判断是否产生感应电流的关键是明确电路是否闭合，分清磁感线的疏密分布，从而判断磁通量是否变化，而不是看磁通量的有无。[跟进训练]1．下图中能在回路中产生感应电流的是()ABCDB[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，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流，B符合题意。]2．(多选)如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直。导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好。这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流产生，则可能()A．v1＞v2 B．v1＜v2C．v1＝v2 D．无法确定AB[只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。故选项A、B正确。]1．下列现象中属于电磁感应现象的是()A．磁场对电流产生力的作用B．变化的磁场使闭合电路中产生电流C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化D．电流周围产生磁场B[磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；电流周围产生磁场属于电流的磁效应；变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象，故正确答案为B。]2．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，如图所示，各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是()甲乙丙丁A．都会产生感应电流B．都不会产生感应电流C．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流D．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流C[题图中甲、丙两图中导线ab都在垂直切割磁感线，又因电路闭合，故甲、丙会产生感应电流；乙、丁两图中导体不切割磁感线，故乙、丁不会产生感应电流，故C项正确。]3．如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是()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C[四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，线圈按A、B、D三种情况移动后，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中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以会产生感应电流，C项正确。]4．(新情境题，以“金属薄圆盘”为背景，考查产生感应电流的条件)如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中。问题：下列情况能不能使圆盘中产生感应电流？(a)(b)(1)如图(a)圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动；(2)如图(b)圆盘以某一水平直径为轴匀速转动。[解析](1)当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，无论转到什么位置，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流。(2)当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动时，穿过圆盘的磁感线条数不断变化，即圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流。[答案]见解析回归本节知识，自我完成以下问题：1．什么是电磁感应现象及产生感应电流的条件？提示：因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象。条件：(1)闭合电路。(2)磁通量发生变化。2．试写出电磁感应的几个典型应用？提示：(1)计算机磁盘与磁记录。(2)无线充电。(3)动圈式话筒。法拉第与电气化时代法拉第出生于英国的一个铁匠家庭，曾经在一家书店当过学徒。他利用这个条件，读了很多科学书籍，从中获得了丰富的知识。他喜欢做实验，还积极参加科学报告会。1813年，22岁的法拉第毛遂自荐，成了著名化学家戴维的助理实验员。法拉第生活的时代，正值第一次产业革命完成。蒸汽机的普遍应用催生了资本主义大工业，人类进入了工业文明时期，而电力应用的前景已初见端倪。这是一个需要巨人并产生巨人的时代，法拉第生逢其时。当时的英国走在科学技术和工业发展的前列。法拉第看到，伏打电池昂贵、产生的电流小，而自然界中有不少天然磁石。如果可以由磁产生电流，就能获得廉价的电力。他说：“我因为对当时产生电的方法感到不满意，因此急于发现磁与感应电流的关系，觉得电学在这条路上一定可以充分发展。”在10年的探索中，法拉第遭遇了多次失败。在他当年的日记中不时出现“未显示作用”“毫无反应”“不行”等词语，记录着艰苦的探索历程。法拉第在晚年曾感叹：“世人何尝知道，在那些流过科学家头脑的思想和理论中，有多少被他们自己严格的批判和无情的质疑消灭了。就是最有成就的科学家，得以实现的建议、猜想、愿望和初步判断，也不到十分之一。”法拉第发现电磁感应现象，与他坚信各种自然现象是相互关联的，各种自然力是统一的、可以互相转化的思想相关。他还认为电磁相互作用是通过介质来传递的，并把这种介质叫作“场”，他还以惊人