第3节　电磁感应现象及应用-物理人教版必修第三册

第3节电磁感应现象及应用学习目标1.知道什么是电磁感应现象。2.理解感应电流产生的条件，会判断回路中是否有感应电流。3.了解电磁感应现象的应用。知识点一划时代的发现1.“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。2.“磁生电”的发现1831年，英国物理学家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。电磁感应的探索历程开端1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，证实了电和磁存在着必然的联系，拉开了研究电与磁联系的序幕过程奥斯特实验激发了人们对“磁生电”的探索热情，法国物理学家菲涅耳、安培和瑞士科学家科拉顿、美国科学家亨利先后设计实验探索“磁生电”，但都没有成功结果英国物理学家法拉第经过十年不懈的探索，在1831年第一次发现了“磁生电”现象，并从中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。法拉第经过实验，总结了“磁生电”的条件，引领人类社会进入了电气化时代例1(多选)下列说法正确的是()A.发现电磁感应现象的科学家是奥斯特，发现电流磁效应的科学家是法拉第B.奥斯特的思维和实践没有突破当时人类对电和磁认识的局限性C.产生感应电流的原因都与变化或运动有关D.电磁感应现象的发现使人们找到了“磁生电”的方法，开辟了人类的电气化时代答案CD解析奥斯特发现了电流的磁效应，他的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性，发现电磁感应现象的科学家是法拉第，故A、B错误；产生感应电流的原因都与变化或运动有关，电磁感应现象的发现，宣告了电磁学的诞生，开辟了人类的电气化时代，故C、D正确。知识点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：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。甲乙探究二：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。2.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。【思考】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。(×)实验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，观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中。表1导体棒的运动表针是否摆动导体棒的运动表针的摆动方向向右平动摆动向后平动不摆动向左平动摆动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，才有电流产生；前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生实验2.向线圈中插入磁体，把磁体从线圈中拔出如图所示，把磁体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，把观察到的现象记录在表2中。表2磁体的运动表针是否摆动磁体的运动表针是否摆动N极插入线圈摆动S极插入线圈摆动N极停在线圈中不摆动S极停在线圈中不摆动N极从线圈中抽出摆动S极从线圈中抽出摆动结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有电流产生实验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。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产生。例2如图为“探究感应电流产生的条件”的实验电路图。(1)请在图中连线，把实验装置连接完整。(2)开始实验时，滑动变阻器滑片P应该放置在________(填“a”或“b”)端。(3)闭合开关后，请写出三种使线圈B中产生感应电流的方法：①____________；②__________________；③________________。答案(1)见解析图(2)a(3)①断开开关②插入或拔出线圈A③移动滑动变阻器的滑片解析(1)将电源、开关、滑动变阻器、线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将灵敏电流计与线圈B串联成另一个回路，电路图如图所示。(2)由图示电路图可知，滑动变阻器采用限流式接法，为保护电路应该使接入电路的电阻最大，在闭合开关S前，滑动变阻器滑片P应置于a端。(3)开关S闭合后还有多种方法能使线圈B中产生感应电流，如：移动滑动变阻器的滑片、线圈A在线圈B中插入或拔出、断开开关等。训练1现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接。在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左滑动时，电流计指针向右偏转，由此可以推断()A.线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右滑动，都能引起电流计指针向左偏转B.线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转C.滑动变阻器的滑片P向左或向右滑动，都能使电流计指针静止在中央D.因为线圈A、线圈B绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向答案B解析将滑动变阻器的滑片P向左滑动时，电阻增大，电流减小，穿过线圈B的磁通量减小，电流计指针向右偏转，说明穿过线圈B的磁通量减小时，电流计指针右偏，故D错误；线圈A向上移动时穿过线圈B的磁通量减小，则电流计指针右偏；滑动变阻器的滑片P向右滑动时，电阻减小，电流变大，则穿过线圈B的磁通量变大，则能引起电流计指针向左偏转，故A错误；拔出铁芯或断开开关，则穿过线圈B的磁通量减小，则能引起电流计指针向右偏转，故B正确；滑动变阻器的滑片P向左或向右滑动，穿过线圈B的磁通量都要变化，线圈B中都会产生感应电流，则都能使电流计指针偏转，故C错误。例3(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。训练2如图所示的下列实验中，有感应电流产生的是()答案C解析闭合导体环在无限大匀强磁场中加速平动，磁通量没有变化，不能产生感应电流，故A错误；线圈与磁场方向平行，磁通量不发生改变，故不能产生感应电流，故B错误；闭合回路中金属杆切割磁感线运动，能够产生感应电流，故C正确；导体细杆切割磁感线，但是没有闭合回路，故不能产生感应电流，故D错误。随堂对点自测1.(对电磁感应现象的理解)下列选项中属于电磁感应现象的是()A.通电导体周围产生磁场B.磁场对通电导体发生作用C.闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在电路中产生电流的现象D.电荷在磁场中定向移动形成电流答案C解析电流能产生磁场，是电流的磁效应，不是电磁感应现象，故A错误；通电导体在磁场中受到磁场力作用，不是电磁感应现象，故B错误；闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在电路中产生电流的现象是电磁感应现象，故C正确；电荷在磁场中定向移动形成电流，不是电磁感应产生的电流，不是电磁感应现象，故D错误。2.(产生感应电流的条件)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接。下列说法中正确的是()A.开关闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转C.开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度D.开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转答案A解析开关闭合后线圈A插入或拔出、移动滑动变阻器滑片或线圈A插入线圈B中后开关闭合和断开的瞬间都可以使穿过线圈B的磁通量发生变化，都会使线圈B所在回路产生感应电流，引起电流计指针偏转，选项A正确，B、C错误；开关闭合后，只要滑动变阻器的滑片P滑动，不论匀速或加速，都会使得线圈A的磁感应强度发生变化，从而使得穿过线圈B的磁通量发生变化，都会产生感应电流而引起电流计指针发生偏转，选项D错误。3.(感应电流产生的判断)如图所示，闭合的矩形线圈abcd放在范围足够大的匀强磁场中，下列哪种情况下线圈中能产生感应电流()A.线圈向左平移B.线圈向上平移C.线圈以ab为轴旋转D.线圈不动答案C解析A、B、D项三种情况穿过线圈的磁通量都不变，线圈中不会产生感应电流，只有C项所述线圈以ab为轴旋转，穿过线圈的磁通量发生改变，线圈中会产生感应电流，选项C正确。对点题组练题组一电磁感应现象的发现及认识1.首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是()A.安培和法拉第 B.法拉第和楞次C.奥斯特和安培 D.奥斯特和法拉第答案D解析1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应；1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，选项D正确。2.在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A.将绕在条形磁体上的线圈与电流表组成闭合回路，然后观察电流表示数的变化B.在通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，一段时间后观察电流表示数的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁体后，再到相邻房间去观察电流表示数的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表示数的变化答案D解析同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件，电路中才会产生感应电流，A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化，并不满足产生感应电流的条件，故A、B错误；条形磁体插入线圈时，虽有短暂电流产生，但未能及时观察，故C错误；在给线圈通电、断电瞬间，会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确。题组二产生感应电流的条件3.下列说法正确的是()A.磁感应强度B增强，磁通量一定变大B.线圈面积S增大，磁通量一定变大C.只要穿过电路的磁通量不为零，电路中一定产生感应电流D.穿过闭合电路的磁通量增加，电路中产生感应电流答案D解析磁通量为磁感应强度B与垂直磁场方向的线圈面积S的乘积，磁通量发生变化可能是磁感应强度发生变化，也可能是线圈面积发生变化，还可能是磁场与线圈的夹角发生变化引起的，若磁感应强度和线圈面积同时变化，则磁通量不一定变化，故A、B均错误；电路中有无感应电流产生取决于穿过回路的磁通量是否发生变化，而不是回路中有无磁通量，故C错误，D正确。4.某学生做“探究感应电流的产生条件”的实验，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路，当他闭合、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是()A.开关位置接错B.电流表的正、负极接反C.线圈B的接头3、4接反D.蓄电池的正、负极接反答案A解析应在蓄电池电路中加开关，通、断开关时才会有变化的电流。题图中把开关接入线圈B的电路中，对电流的变化不起作用。选项A正确。5.我们可以通过以下实验，来探究产生感应电流的条件(1)给岀的实物图中，请用笔画线代替导线补全实验电路。(2)接好电路，闭合开关瞬间，电流表指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。(3)电路稳定后，电流表指针________(选填“偏转”或“不偏转”)；迅速移动滑动变阻器的滑片，电流表指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)根据以上实验可得：产生感应电流的条件是________。答案(1)图见解析(2)偏转(3)不偏转偏转(4)穿过闭合导体回路的磁通量发生变化解析(1)通过对电路分析可知：线圈B是用来检测感应电流的，故电流计要和线圈B构成闭合回路；滑动变阻器的作用是用来改变线圈A的电流大小，故要采取限流接法，综上所述，连线如图。(2)接好电路，合上开关瞬间，由于线圈A中电流的变化，导致穿过线圈B的磁通量变化，从而使线圈B中产生感应电流，电流表指针偏转。(3)电路稳定后，虽然线圈B中有磁场，但穿过线圈B的磁通量没有变化，不能产生感应电流，所以电流表指针不偏转。迅速移动滑动变阻器的滑片，由于线圈A中电流变化导致线圈B中磁通量的变化，从而使线圈B中产生感应电流，电流表指针偏转。(4)根据(2)(3)可得：产生感应电流的条件是：穿过闭合导体回路磁通量发生变化。题组三感应电流有无的判断6.如图所示为法拉第研究“磁生电”现象的实验装置原理图。两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接灵敏电流计，下列哪种情况不可能使线圈B中产生感应电流()A.开关S接通或断开瞬间B.开关S接通一段时间之后C.开关S接通后，改变滑动变阻器滑片的位置时D.拿走铁环，再做这个实验，开关S接通或断开的瞬间答案B解析根据法拉第对产生感应电流的概括，A、C、D符合变化的电流(变化的磁场)产生感应电流的现象的条件；B中开关S接通一段时间之后，线圈A中是恒定电流，而“磁生电”是一种在变化、运动过程才能出现的效应，故不能使线圈B中产生感应电流。7.如图所示，条形磁体正上方放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁体平行。则线框由N极端匀速平移到S极端的过程中，线框中的感应电流的情况是()A.线框中始终无感应电流B.线框中始终有感应电流C.线框中开始有感应电流，当线框运动到磁体中部时无感应电流，过中部后又有感应电流D.线框中开始无感应电流，当线框运动到磁体中部时有感应电流，过中部后又无感应电流答案B解析根据条形磁体的磁场分布情况可知，线框在磁体左端时，磁感线从线框下表面穿入；当运动到磁体中央时，穿过线框的磁通量为零；当线框在磁体右端时，磁感线从线框的上表面穿入，所以线框从磁体上方匀速运动的过程中，穿过线框的磁通量始终发生变化，线框中始终有感应电流，选项B正确。综合提升练8.(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，条形磁体插入或拔出线圈的过程中C.如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时D.如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时答案BD解析A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合回路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故A错误；B中条形磁体插入线圈的过程中，穿过线圈的磁通量增加，拔出线圈的过程中，穿过线圈的磁通量减少，都有感应电流，故B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，穿过螺线管B的磁通量无变化，螺线管B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化使闭合回路中的电流变化，螺线管A产生的磁场发生变化，穿过螺线管B的磁通量发生变化，螺线管B中产生感应电流，故D正确。9.(多选)在匀强磁场中有两根平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直，导轨上有两根可沿导轨平动的导体棒ab、cd，两根导体棒匀速移动的速度大小分别为v1和v2，如图所示，则下列情况可以使回路中产生感应电流的是()A.ab、cd均向右运动，且v1＝v2B.ab、cd均向右运动，且v1＞v2C.ab、cd均向左运动，且v1＞v2D.ab向右运动，cd向左运动，且v1＝v2答案BCD解析ab、cd均向右运动，当v1＝v2时，穿过闭合回路的磁通量不变，故无感应电流产生，A项错误；B、D两项所述情况，穿过闭合回路的磁通量增加，C项所述情况，穿过闭合回路的磁通量减少，均有感应电流产生，故B、C、D正确。10.(多选)某实验装置如图所示，在铁芯P上绕有两个线圈A和B，如果线圈A中电流i与时间t的关系有四种情况，如选项图所示，则在t1～t2这段时间内，能在线圈B中产生感应电流的是()答案BCD解析根据产生感应电流的条件，即穿过闭合线圈的磁通量发生变