2024-2025学年新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步3电磁感应现象及应用学案新人教版必修3

PAGE14-电磁感应现象及应用一、电磁感应的探究历程1.奥斯特梦圆“电生磁”:1820年,丹麦物理学家奥斯特发觉了电流的磁效应。2.法拉第心系“磁生电”:(1)1831年,英国物理学家法拉第发觉了电磁感应现象。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缘由概括为五类:①变更的电流;②变更的磁场;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觉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)发觉电磁感应现象的意义①使人们对电与磁内在联系的相识更加完善,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,开拓了人类的电气化时代。二、产生感应电流的条件1.探究感应电流的产生条件:(1)探究导体棒在磁场中运动是否产生感应电流(如图所示):试验操作试验现象(有无电流)分析论证导体棒静止无闭合电路包围的面积变更时,电路中有感应电流产生;包围的面积不变时,电路中无感应电流产生导体棒平行磁感线运动无导体棒切割磁感线运动有(2)仿照法拉第的试验(如图所示):试验操作试验现象(线圈B中有无电流)分析论证开关闭合瞬间有线圈B中磁场变更时,线圈B中有感应电流;线圈B中磁场不变时,线圈B中无感应电流开关断开瞬间有开关保持闭合,滑动变阻器的滑片不动无开关保持闭合,快速移动滑动变阻器的滑片有2.归纳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更,闭合电路中就有感应电流。三、电磁感应现象的应用如图所示,变压器和电磁炉都是生产和生活中常见的电器,它们有一个共同的特点,是什么呢?提示:它们工作时都利用了电磁感应的原理。1.发电机是依据电磁感应原理制造的,它开拓了人类社会的电气化时代。2.生产、生活中广泛运用的变压器、电磁炉等都是依据电磁感应制造的。(1)有电流即生磁场。 (√)(2)有磁场即生电流。 (×)(3)静止的电荷四周也能产生磁场。 (×)(4)穿过闭合回路的磁通量发生变更,肯定产生感应电流。 (√)(5)有变更的磁场即生电流。 (×)(6)回路中有部分导体做切割磁感线运动即生电流。 (×)学问点一电流的磁效应与电磁感应现象1.区分:“动电生磁”和“动磁生电”是两个不同的过程,要抓住过程的本质,“动电生磁”是指运动电荷四周产生磁场;“动磁生电”是指线圈内的磁通量发生变更而在闭合线圈内产生了感应电流。“动电生磁”中的“动”是运动的意思,电荷相对磁场运动,“动磁生电”中的“动”是变更的意思。要从本质上来区分它们。2.联系:二者都是反映了电流与磁场之间的关系。如图所示,甲图是美军电磁炮,乙图是家用电磁炉,它们各自是依据什么工作的呢?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。【典例】(多选)如图是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情境。当探测线圈靠近金属物体时,在金属物体中就会产生电流,假如能检测出这种变更,就可以判定探测线圈旁边有金属物体了。下列四个图中能反映出金属探测器工作原理的是 ()【解析】选B、C。探测器靠近金属物体时,相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线,从而产生了电流;选项B是导体棒切割磁感线,选项C是闭合回路磁通量发生变更产生感应电流,选项A、D是电流的磁效应。综上所述,选项B、C正确。是否为电磁感应现象的推断方法(1)磁生电的现象都是电磁感应现象。(2)全部的电磁感应现象都与变更和运动相联系。法拉第通过细心设计的一系列试验,发觉了电磁感应定律,将历史上认为各自独立的学科“电学”和“磁学”联系起来,在下面几个典型的试验设计思想中,所做的推论后来被试验否定的是()A.既然磁铁可以使近旁的铁块带磁,静电荷也可以使近旁的导体表面感应出电荷,那么静止导线中的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流B.既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势,那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流C.既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流,那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势D.既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势,那么运动导线上的稳恒电流也可以在近旁的线圈中感应出电流【解析】选A。磁铁可使近旁的铁块磁化带磁,静电荷可使近旁的导体感应带电,但静止的稳恒电流,其磁场不变,不会使静止的线圈中磁通量发生变更而产生感应电流,所以A项被试验否定,答案为A。除此之外磁铁可使运动的导体切割磁感线产生感应电动势,稳恒电流尽管磁场不变,但运动的线圈磁通量会变更,同样运动导线上的稳恒电流也会使线圈磁通量变更,综上所述B、C、D都会被试验证明是正确的。学问点二产生感应电流的条件角度1试验探究感应电流的产生条件1.常见的产生感应电流的三种状况:2.常见的考查方式:(1)对试验原理和试验器材的考查。如给定器材让实物连线或找出不须要的器材或补充缺少的器材等。这类问题要求大家对上述三个试验的原理有深刻的理解,只有这样才能有效应对这类问题。(2)对试验操作和试验现象的考查。这类问题经常给出肯定的试验场景,让推断在哪些操作中能产生感应电流,哪些不能。解决这类问题须要深刻理解感应电流的产生条件,并在此基础上结合详细的试验场景做出推断。如图所示:导体棒在磁场中做切割磁感线运动,灵敏电流计指针偏转吗?为什么?提示:不偏转。缘由是电键没闭合,没构成闭合回路。【典例1】(多选)如图是视察电磁感应现象的试验装置。闭合开关,要使灵敏电流计指针发生偏转,可实行的措施有()A.将线圈M快速插入线圈N中B.将线圈M快速从线圈N中抽出C.快速移动滑动变阻器的滑片D.将线圈M静置于线圈N中【解析】选A、B、C。依据题意可知,当将螺线管M插入(或拔出)螺线管N时穿过线圈N的磁通量发生变更,线圈N中产生感应电流,电流计指针偏转,A、B正确,D错误;快速移动滑动变阻器的滑片,穿过线圈N的磁通量发生变更,线圈N中产生感应电流,电流计指针偏转,故C正确。故选A、B、C。角度2应用电流的产生条件推断是否产生感应电流1.感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变更,所以推断感应电流有无时必需明确以下两点:(1)明确电路是否为闭合电路;(2)推断穿过回路的磁通量是否发生变更。2.推断穿过闭合导体回路的磁通量是否变更时,可充分利用磁感线来进行定性推断。即通过视察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变更推断某过程中磁通量是否变更。3.推断电磁感应现象是否发生的一般流程(1)确定探讨的闭合回路;(2)弄清晰回路内的磁场分布,并确定该回路的磁通量Φ;(3)磁通量变更与感应电流的产生如图所示:开关保持闭合,导体棒始终在U形磁铁的磁场中。(1)若导体棒在磁场中上下移动,灵敏电流计指针偏转吗?为什么?提示:导体棒上下移动,不切割磁感线,穿过闭合回路的磁通量不变更,电流计指针不偏转。(2)若导体棒在磁场中前后移动,电流计指针偏转吗?为什么?提示:导体棒前后移动,不切割磁感线,穿过闭合回路的磁通量不变,电流计指针不偏转。(3)若导体棒在磁场中左右移动,电流计指针偏转吗?提示:导体棒左右移动,切割磁感线,穿过闭合回路的磁通量发生变更,电流计指针偏转。【典例2】如图所示,矩形线框abcd由静止起先运动,若要使线框中产生感应电流且磁通量渐渐变大,则线框的运动状况应当是 ()A.向右平动(ad边还没有进入磁场)B.向上平动(ab边还没有离开磁场)C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)D.以ab边为轴转动(转角不超过90°)【解析】选A。选项A和D所描述的状况,线框在磁场中的有效面积S均发生变更(A项中S增大,D项中S变小),穿过线框的磁通量均变更,由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流。而选项B、C所描述的状况中,线框中的磁通量均不变更,不会产生感应电流。D项中磁通量变小。(教材二次开发·P118【练习与应用】T4变式)如图,通有恒定电流的直导线右侧有一矩形线圈abcd,导线与线圈共面。假如线圈运动时不产生感应电流,线圈可能的运动是()A.向上平移B.向右平移C.向左平移D.以ab为轴转动【解析】选A。导线中电流强度不变时,产生的磁场不变,线圈向上移动时,穿过线框的磁通量不变,不行以产生感应电流,故A正确;线框向右运动时,线框中的磁感应强度减小,穿过线框的磁通量减小,可以产生感应电流,故B错误;线框向左运动时,线框中的磁感应强度增大,穿过线框的磁通量增大,可以产生感应电流,故C错误;线框以ab为轴转动,线框的磁通量发生变更,可以产生感应电流,故D错误。所以A正确,B、C、D错误。【加固训练】1.(多选)如图所示,下列状况能产生感应电流的是()A.如图甲所示,导体棒AB顺着磁感线运动时B.如图乙所示,条形磁铁插入或拔出线圈时C.如图丙所示,小螺线管A插入大螺线管B中不动,开关S一干脆通时D.如图丙所示,小螺线管A插入大螺线管B中不动,开关S一干脆通,当变更滑动变阻器的阻值时【解析】选B、D。A中导体棒顺着磁感线运动,穿过闭合电路的磁通量没有发生变更,无感应电流,故A错误;B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加,拔出线圈时线圈中的磁通量削减,都有感应电流,故B正确;C中开关S一干脆通,回路中为恒定电流,螺线管A产生的磁场稳定,螺线管B中的磁通量无变更,线圈中不产生感应电流,故C错误;D中开关S接通,滑动变阻器的阻值变更使闭合回路中的电流变更,螺线管A产生的磁场发生变更,螺线管B中磁通量发生变更,线圈中产生感应电流,故D正确。2.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,有一闭合导体环,环面与磁场垂直。当导体环在磁场中完成下述运动时,可能产生感应电流的是()A.导体环保持水平且在磁场中向上或向下运动B.导体环保持水平向左或向右加速平动C.导体环以垂直环面、通过环心的轴转动D.导体环以一条直径为轴,在磁场中转动【解析】选D。只要导体环保持水平,无论它如何运动,穿过环的磁通量都不变,都不会产生感应电流,只有导体环绕通过直径的轴在磁场中转动时,穿过环的磁通量变更,才会产生感应电流,D项正确。3.(多选)如图所示,水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线,以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置,两直导线中的电流大小与变更状况完全相同,电流方向如图所示,当两直导线中的电流都增大时,四个线圈a、b、c、d中感应电流的状况是()A.线圈a中无感应电流 B.线圈b中有感应电流C.线圈c中有感应电流 D.线圈d中无感应电流【解析】选C、D。依据安培定则可推断出电流产生的磁场方向,线圈a中的磁场方向均垂直于纸面对里,线圈c中的磁场方向均垂直于纸面对外,线圈b、d中的合磁通量始终为零,故增大两直导线中的电流时,线圈a、c中的磁通量发生变更,有感应电流产生,而线圈b、d中无感应电流产生。选项C、D正确,A、B错误。【拓展例题】考查内容:试验探究感应电流的产生条件【典例】一位同学依据如图所示连接电路,演示如下操作,并视察电流表指针的位置变更状况,依据所学学问,你来分析一下电流表指针位置的变更状况以及发生这种状况的缘由。(1)让插有软铁芯的螺线管A的轴线与线圈C的平面共面,闭合开关。(2)让螺线管A的轴线和线圈C的平面垂直,闭合开关。【解析】(1)中的闭合线圈,虽然磁场发生了变更,但是磁通量在开关闭合前后没有发生变更,大小都是零,所以没有感应电流产生。(2)中磁场发生了变更,线圈C中的磁通量在开关闭合前后发生变更,故有感应电流产生。答案:见解析重庆市某中学的几位同学把一条大约10m长电线的两端连接在一个灵敏电流计的接线柱上,形成闭合导体回路。甲、乙两位同学沿南北方向站立匀速摇动电线时,灵敏电流计的示数为I1,两位同学沿东西方向站立匀速摇动电线时,灵敏电流计的示数为I2,探究:(1)I1是否为零?(2)I2是否为零?【解析】(1)沿南北方向站立匀速摇动电线时,由于北半球的磁场有向下的重量,所以穿过线圈的磁通量发生变更,有感应电流,所以I1≠0。(2)由于地球的四周存在磁场,且磁感线的方向是从地理的南极指向地理的北极,所以当两位同学朝东西方向站立,并快速摇动电线时,导线就会做切割磁感线运动,灵敏电流计的读数I2≠0。答案:(1)I1不为零(2)I2不为零如图所示是一种延时装置的原理图,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通;当S1断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段时间才被释放。探究:(1)若S2闭合,该延时装置是否有延时作用?若有,简述其工作原理;若无,说明理由。(2)若S2断开,该延时装置是否有延时作用?若有,简述其工作原理;若无,说明理由。【解析】(1)有延时作用。若S2闭合,当S1断开时,导致闭合线圈B中的磁通量变小,从而出现感应电流,致使F中仍有磁性,出现延迟一段时间才被释放,所以由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用。(2)无延时作用。缘由:假如断开B线圈的开关S2,B线圈构不成闭合回路,当S1断开时,B线圈中不会产生感应电流,电磁铁F的磁性马上消逝,该装置也就失去了延时功能。答案:见解析1.关于产生感应电流的条件,下列说法正确的是 ()A.位于磁场中的闭合线圈肯定会产生感应电流B.闭合线圈平行磁感线运动时,线圈中肯定产生感应电流C.穿过闭合线圈的磁通量发生变更时,肯定产生感应电流D.闭合线圈垂直磁感线运动时,线圈中肯定产生感应电流【解析】选C。位于磁场中的闭合线圈,只有磁通量发生变更,才肯定会产生感应电流,故A错误;闭合线圈平行磁感线运动时,闭合电路中磁通量没有变更,则闭合电路中就没有感应电流,故B错误;穿过闭合电路的磁感线的条数发生变更,磁通量肯定发生变更,则闭合电路中就有感应电流,故C正确;紧紧围绕感应电流产生的条件:闭合电路,磁通量发生变更;导体切割磁感线,磁通量不肯定发生变更,故D错误。2.如图中金属圆环均带有绝缘外皮,A项中直导线与圆环在同一平面内,B项中直导线与环面垂直,C项中直导线在圆环水平直径正上方且与直径平行,D项中直导线与圆环接触且与圆环直径重合,当电流增大时,环中有感应电流的是()【解析】选A。图A中电流变更,线圈中磁通量变更,线圈中有感应电流,故A正确;图B中线圈平面与电流产生的磁感线平行,因此回路中磁通量始终为零,没有感应电流,故B错误;图C、D中线圈回路中磁通量均为零,故都没有感应电流,故C、D错误。3.如图所示,条形磁铁以速度v向螺线管靠近,下面几种说法中正确的是()A.螺线管中不会产生感应电流B.螺线管中会产生感应电流C.只有磁铁速度足够大时,螺线管中才能产生感应电流D.只有在磁铁的磁性足够强时,螺线管中才会产生感应电流【解析】选B。螺线管所在的回路是闭合的,当条形磁铁向螺线管靠近时,穿过闭合回路的磁通量发生变更,产生感应电流,故B正确。4.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