人教版高中物理（必修三）同步讲义+练习13.3电磁感应现象及应用（含解析）

第十三章电磁感应与电磁波初步第3节电磁感应现象及应用课程标准学习目标了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。1.知道什么是电磁感应现象.2.通过实验探究感应电流产生的条件.3.了解电磁感应现象的应用．（一）课前阅读：1．实验：探究感应电流产生的条件(1)实验一：如图所示，导体棒AB做切割磁感线运动时，线路中电流产生，而导体棒AB顺着磁感线运动时，线路中电流产生．(均选填“有”或“无”)(2)实验二：如图所示，当条形磁体插入或拔出线圈时，线圈中电流产生，但条形磁体在线圈中静止不动时，线圈中电流产生．(均选填“有”或“无”)(3)实验三：如图所示，将小线圈A插入大线圈B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中电流通过．(均选填“有”或“无”)(4)归纳总结：实验一：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．实验二：磁体插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．实验三：开关闭合、断开或滑动变阻器的滑动触头移动时，小线圈A中电流变化，从而引起穿过大线圈B的磁通量变化，产生了感应电流．三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化．答案(1)有无(2)有无(3)有有无（二）基础梳理一、划时代的发现1．“电生磁”的发现：1820年，奥斯特发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现1831年，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，产生的电流叫作感应电流．【拓展补充】如图所示，条形磁体A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针(选填“不偏转”或“偏转”)；若条形磁体A在线圈B中保持不动，电流表G的指针(选填“不偏转”或“偏转”)．答案偏转不偏转二、产生感应电流的条件1．实验：探究感应电流产生的条件探究一：如图甲实验中，让导体棒在磁场中保持相对静止时或者平行于磁场运动时，无论磁场多强，闭合回路中都没有电流，当导体ab做切割磁感线运动时，闭合回路中有电流产生．探究二：如图乙，当线圈A的电流不变时，线圈B所在的回路中没有电流产生；当线圈A的电流变化时，线圈B所在回路中就有了电流．2．产生感应电流的条件：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流．【即学即练】判断下列说法的正误.(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)穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，线圈内部就一定有感应电流产生．(√)(3)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．(√)(4)不论电路是否闭合，只要电路中磁通量发生变化，电路中就有感应电流．(×)三、电磁感应现象的应用生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的．【拓展补充】法拉第用过的线圈法拉第对科学的热爱以及对科学研究持之以恒、坚韧不拔的态度是他获得巨大成就的重要原因之一。磁通量的变化磁通量的变化大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图(a)所示．(2)面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示．(3)磁感应强度B和面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示．【典例精析】例1．如图所示，在条形磁体外面套着一圆环，当圆环由磁体N极向下平移到磁体S极的过程中，圆环所在处的磁感应强度和穿过圆环的磁通量变化的情况是()A．磁感应强度和磁通量都逐渐增大B．磁感应强度和磁通量都逐渐减小C．磁感应强度先减弱后增强，磁通量先增大后减小D．磁感应强度先增强后减弱，磁通量先减小后增大答案C解析当圆环由磁体N极向下平移到磁体S极的过程中，磁感应强度先减弱后增强；磁铁内部磁感线与外部磁感线的总数相等，所以穿过圆环的磁感线条数一定是内部大于外部，则外部磁感线条数越多，总磁通量越小，所以穿过圆环的磁通量先增大后减小．故选C.例2．如图所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面，若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将()A．逐渐增大 B．逐渐减小C．保持不变 D．不能确定答案B解析线框远离导线时，穿过线框的磁感应强度减小，线框的面积不变，所以穿过线框的磁通量减小．故选B.二、感应电流产生条件的理解不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然会产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化．【典例精析】例3．(多选)如图所示，下列情况能产生感应电流的是()A．如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动B．如图乙所示，条形磁体插入或抽出线圈C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合，改变滑动变阻器接入电路的阻值答案BD解析导体棒顺着磁感线运动，没有切割磁感线，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故选项A错误；条形磁体插入线圈时线圈中的磁通量增加，抽出线圈时线圈中的磁通量减少，都产生感应电流，故选项B正确；开关S一直闭合，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故选项C错误；开关S一直闭合，滑动变阻器接入电路的阻值变化，回路中的电流变化，螺线管A产生的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，产生感应电流，故选项D正确．例4．(多选)下图中能产生感应电流的是()答案BD解析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，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合电路的磁通量减小，有感应电流．1．闭合回路面积S的变化引起磁通量的变化如图所示，导体做切割磁感线运动使面积发生变化而改变了穿过回路的磁通量。2．磁感应强度的变化引起磁通量的变化图甲是通过磁极的运动改变穿过回路的磁通量；图乙是通过改变原线圈中的电流从而改变磁场的强弱，进而改变穿过回路的磁通量。3．磁场和闭合线圈的夹角发生变化，从而引起磁通量发生变化如图所示，闭合线圈在匀强磁场中绕轴OO′转动的过程。实验1闭合电路的部分导体切割磁感线如图所示，导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流表的指针，观察是否有感应电流产生。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。观察电流表的指针是否偏转。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。开关闭合瞬间；开关断开瞬间；开关闭合时，滑动变阻器滑片不动；开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片。观察线圈B中是否有电流产生。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。一、单选题1．探雷器是探测地雷的仪器。手持探雷器的长柄线圈在地面扫过，线圈中有变化的电流，如果地下埋着金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷，探测器就会报警。这种仪器的工作原理是利用（

）A．静电屏蔽 B．静电感应 C．电磁感应 D．电流的磁效应【答案】C【解析】线圈产生的磁场在通过导体时，导体会产生电流，从而产生磁场，反过来影响线圈磁通量，从而影响电流的大小，这种现象称为电磁感应，故C项正确，ABD错误。故选C。2．1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。某兴趣小组也做了类似实验，他们将一可自由转动的小磁针静置于水平桌面上，将另一直导线水平放置在靠近小磁针正上方的位置，忽略磁偏转角的影响，以下说法中正确的是（

）A．将导线沿南北方向放置并通入恒定电流，小磁针一定会发生转动B．将导线沿东西方向放置并通入恒定电流，小磁针一定会发生转动C．将导线沿南北方向放置并通入恒定电流，增大导线与小磁针之间的距离，小磁针转动的角度会随之增大D．把导线沿南北方向放置并通入恒定电流，增大电流，小磁针转动的角度会随之减小【答案】A【解析】A．将导线沿南北方向放置并通入恒定电流时，小磁针所在位置的磁场方向沿东向西，所以小磁针一定会转动，故A项正确。B．将导线沿东西方向放置并通入恒定电流，磁场方向与地磁场方向可能相同，所以小磁针不一定会发生转动，故B项错误。C．将导线沿南北方向放置并通入恒定电流，增大导线与小磁针之间的距离，小磁针处的磁场强度减小，所以转动的角度会随之减小，故C项错误。D．把导线沿南北方向放置并通入恒定电流，增大电流，磁场变强，所以小磁针转动的角度会随之增大，故D项错误。故选A。3．在科学研究的道路上经常会出现令人惋惜的遗憾。例如，1825年瑞士年轻物理学家科拉顿一个人在研究电磁现象时，实验装置如图所示，为避免磁铁的磁场对小磁针产生影响，他把实验装置放在两个房间，在右边房间里把磁铁反复插入线圈，然后跑到左边房间里观察，结果没有看到小磁针偏转。下列说法中正确的是（）A．该实验线圈中肯定没有电流产生B．通电导线周围产生磁场的现象叫电磁感应现象C．科拉顿没看到小磁针偏转，是因为当他跑到另一个房间时，电磁感应过程已经结束D．科拉顿没看到小磁针偏转，是因为该实验中的磁铁磁性太弱【答案】C【解析】B．通电导线周围产生磁场的现象叫电流的磁效应。B错误；ACD．将磁铁插入线圈的过程中，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流；电流周围存在磁场，故小磁针会发生转动。但当科拉顿跑到另一个房间时，电磁感应过程已经结束，此时穿过线圈的磁通量不变，线圈中没有感应电流，所以小磁针不偏转，C正确，AD错误。故选C。4．如图所示，A中线圈有一小缺口，条形磁铁匀速穿过线圈；B中匀强磁场区域足够大，v1>v2；C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方；D中闭合线圈在无限大匀强磁场中加速运动。其中能产生感应电流的是（）A． B．C． D．【答案】B【解析】A．线圈没闭合，无感应电流，A错误；B．穿过闭合电路的磁通量增大，有感应电流，B正确；C．导线在线圈某一直径的正上方，不论电流如何变化，穿过线圈的磁感线都相互抵消，磁通量恒为零，也无电流，C错误；D．穿过闭合线圈的磁通量恒定，无感应电流，D错误。故选B。5．如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场中（范围足够大），有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流（）A．向左平动 B．向右平动C．绕O1O2转动 D．向上或向下平动【答案】C【解析】ABD．产生感应电流的条件是闭合回路中的磁通量发生变化，当线圈向左、向右、向上、向下等方向平动时穿过线圈的磁通量均不变，不会产生感应电流，ABD错误；C．当线圈绕O1O2转动时穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，C正确。故选C。6．如图甲所示，单匝矩形线圈abcd垂直固定在匀强磁场中、规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示。以顺时针方向为电流正方向，以向右方向为安培力正方向，下列关于bc段导线中的感应电流i和受到的安培力F随时间变化的图像正确的是（）A． B．C． D．【答案】B【解析】AB．在0~0.5T时间内，向内的磁场减弱，根据楞次定律，可知感应电流为顺时针方向为正，根据法拉第电磁感应定律SKIPIF1<0可知感应电动势E1保持不变，因此回路中的电流保持i1不变；在0.5T~T时间内，向内的磁场增强，根据楞次定律，可知感应电流为逆时针方向为负，根据法拉第电磁感应定律SKIPIF1<0可知感应电动势E2保持不变且大小为E1的2倍，回路中的电流i2保持不变，且大小为i1的2倍，A错误，B正确；CD．由左手定则可知，在0~0.5T时间内，bc边所受安培力水平向右为正，在0.5T~T时间内，bc边所受安培力水平向左为负；根据SKIPIF1<0可知，在0~0.5T时间内，bc边所受安培力逐渐减小；在0.5T~T时间内，bc边所受安培力逐渐增加，且在0.5T~T时间内安培力的最大值为在0~0.5T时间内最大值的4倍，CD错误。故选B。二、多选题7．实验装置如图所示，在铁芯F上绕着两个线圈A、B。如果线圈A中的电流i和时间t的关系如下图所示，在SKIPIF1<0这段时间内，A、B、C、D四种情况中，在线圈B中观察到感应电流的是（）A． B．C． D．【答案】BCD【解析】A．线圈A中通有如A选项图示的电流，产生恒定的磁场，穿过线圈B的磁通量不发生变化，线圈B中无感应电流，故A错误；B．线圈A中通有如B选项图示的电流，产生变化的磁场，穿过线圈B的磁通量发生变化，线圈B中有感应电流，故B正确；C．线圈A中通有如C选项图示的电流，产生变化的磁场，穿过线圈B的磁通量发生变化，线圈B中有感应电流，故C正确；D．线圈A中通有如D选项图示的电流，产生变化的磁场，穿过线圈B的磁通量发生变化，线圈B中有感应电流，故D正确。故选BCD。8．如下各图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是（）A． B．C． D．【答案】BC【解析】A．能够产生感应电流的条件为闭合回路中的磁通量发生变化，图中磁通量不变，无感应电流，A错误；B．图中线框磁通量在改变，能产生感应电流，B正确；C．图中线框磁通量在改变，能产生感应电流，C正确；D．图中线框磁通量一直为零，无感应电流，D错误。故选BC。9．下列各图所描述的物理情境中，能产生感应电流的是（）A．开关S闭合稳定后，线圈N中B．磁铁向铝环A靠近，铝环A中C．金属框从A向B运动，金属框中D．铜盘在磁场中按图示方向转动，电阻R中【答案】BCD【解析】A．由闭合电路中产生感应电流的条件可知，开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，A错误；B．磁铁向闭合的铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流，B正确；C．金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，C正确；D．铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，与电阻R构成的闭合回路中就产生感应电流，D正确。故选BCD。10．如图所示线圈abcd在足够大磁场区域ABCD中，下列哪种情况下线圈中有感应电流产生（）A．把线圈变成圆形（周长不变）B．使线圈在磁场中加速平移C．使磁场增强或减弱D．使线圈以过ab的直线为轴旋转【答案】ACD【解析】A．若把线圈变成圆形，则线圈的面积发生变化，所以线圈中的磁通量发生变化，线圈中会产生感应电流，故A正确；B．无论线圈在磁场中匀速还是加速平移，磁通量都不变，不会产生感应电流，故B错误；C．使磁场增强或减弱，线圈中