2024版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生用书新人教版必修第三册

3．电磁感应现象及应用核心素养定位物理观念进一步认识磁通量的概念，能结合实例对磁通量的变化进行定性的判断和定量计算．科学思维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，认识实验观察能力和逻辑思维能力在科学探究过程中的主要作用．科学探究经历感应电流产生条件的探究活动，提高分析论证能力．科学态度与责任(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、不畏艰辛、勇于探索的科学精神．(2)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．一、划时代的发现1．“电生磁”的发现：1820年，________发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现：1831年，________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________．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________电流，当导体ab做____________运动时，闭合回路中有电流产生．探究二：如图乙，线圈A与线圈B保持相对静止．当线圈A的电流不变时，线圈B所在的回路中________电流产生；当线圈A的电流________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________________时，闭合导体回路中就产生感应电流．三、电磁感应现象的应用生产、生活中广泛使用的变压器、________等也是根据电磁感应制造的．【情境思考】如图所示，手机无线充电器的出现极大地方便了人们的出行，人们出行时不用为中途手机断电而烦恼，也不用再携带笨重的充电宝．判断以下问题．(1)手机无线充电器是根据电流的磁效应原理制成的．()(2)手机无线充电器是根据电磁感应原理制成的．()(3)和有线充电相比，手机无线充电的效率更高．()拓展1奥斯特“电生磁”实验奥斯特偶然在直导线附近放置了一枚小磁针，当导线中有电流通过时，磁针发生了偏转(如图)．这表明通电导线周围和永磁体周围一样也存在磁场．拓展2法拉第心系“磁生电”英国的法拉第认为：电和磁是一对和谐对称的自然现象依据：磁化和静电感应现象．猜想：磁铁可以感应出电流．信念：一定要转磁为电．拓展3法拉第“磁生电”实验法拉第试图用恒定电流产生的磁场来观察在某个电路中是否产生电流，多次失败后，终于发现了“磁生电”现象：把两个线圈绕在同一个铁环上，一个线圈接到电源上，另一个线圈接入“电流表”，在给一个线圈通电或断电的瞬间，另一个线圈中出现了电流．“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象．目标一电流的磁效应和电磁感应现象【导思】——————————————————○电磁起重机能吸起成吨重的钢材，是生活中常见的大型机械；磁悬浮列车能达到六百千米的时速，是一种新型的交通工具．(1)电磁起重机和磁悬浮列车各是应用什么原理制成的呢？(2)还有哪些物体应用了和它们同样的原理呢？请举例说明．【归纳】——————————————————○1．“动电生磁”与“动磁生电”“动电生磁”“动磁生电”含义运动电荷周围产生磁场线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流“动”的含义电荷相对磁场运动变化的意思提醒：“动电生磁”与“动磁生电”都反映了电流和磁场的关系．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．【典例】——————————————————○例1如图所示是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情景．当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了．下列选项能反映出金属探测器工作原理的是()[训练1][2023·山东潍坊月考](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目标二产生感应电流的条件【导思】——————————————————○某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流计、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．当他接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转．(1)为什么当该学生接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转？(2)如何改进电路才能使该学生接通、断开开关时，电流计的指针有偏转？【归纳】——————————————————○1．磁通量变化的三种情况(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化，如图甲所示．(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化，如图乙所示．(3)磁感应强度B和有效面积S都发生变化，如图丙所示．2．磁通量变化的磁感线判断法判断穿过闭合导体回路的磁通量是否变化时，可充分利用磁感线来进行定性判断，即通过观察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化．提醒：在判断回路中是否有感应电流产生时应首先判断所研究回路是否为闭合导体回路．【典例】——————————————————○例2[2023·山西大同高二检测](多选)如图所示，N、S两极间的磁场可视为匀强磁场，将一矩形闭合金属线框垂直于磁场方向放置在该磁场中．下列情况线框中能出现感应电流的是()A．线框绕图中竖直轴aa′旋转B．线框绕图中水平轴bb′旋转C．线框沿图中水平轴bb′向右平移直至线圈穿出磁场D．线框沿竖直方向向下平移教你解决问题程序内容提取信息①绕图中竖直轴aa′旋转②绕图中水平轴bb′旋转，沿图中水平轴bb′向右平移直至线圈穿出磁场③沿竖直方向向下平移转化情境①通过线框平面的磁通量不变②通过线框平面的磁通量发生变化③通过线框平面的磁通量不变选择规律当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中产生感应电流思维提升判断是否产生感应电流的技巧(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可．(2)磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化，也不会产生感应电流．若开始时磁通量虽然是零，但是磁通量是变化的，仍然可以产生感应电流．[训练2]如图所示，匀强磁场中有一个闭合的弹簧线圈，线圈的平面垂直于磁感线．下列哪种过程中线圈会产生感应电流()A．线圈扩张B．线圈自下向上运动C．线圈自上向下运动D．线圈自左向右运动(未穿出磁场)[训练3]1825年，瑞士科学家科拉顿试图用磁铁在线圈中获得电流．他用一个线圈与一检流计连成一闭合回路，为了使磁铁不致于影响检流计中的小磁针，用很长的导线连接线圈与放在隔壁房间里的电流计．科拉顿首先在一边用磁铁棒在线圈中插入与拔出，然后跑到隔壁房间里去观察检流计，遗憾地错过了电磁感应现象的发现．关于科拉顿实验的说法正确的是()A．实验过程没有感应电流的产生B．观察到电流计指针没有偏转是因为墙壁把磁场隔离了C．观察到电流计指针没有偏转是因为线圈电阻太大D．将磁铁插入线圈后跑去隔离房间观察电流计，错过了感应电流产生的时机[训练4]如图所示，一有限范围的匀强磁场，宽为d.一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域．若d>L，则线框穿过磁场区域的过程中，线框中产生感应电流的时间为()A．dvB．LvC．2Lv1.如图所示，一金属圆线圈和一条形磁铁的中轴线在同一竖直平面内．下列情况中能使线圈的磁通量发生变化的是()A．将磁铁竖直向上平移B．将磁铁水平向右平移C．将磁铁在图示的平面内，N极向上、S极向下转动D．将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内2．金属线框在下列四种情况中能产生感应电流的是()A．图甲中线框在匀强磁场中加速运动，线框平面始终和磁场方向平行B．图乙中线框和通电长直导线都在竖直平面内，线框以直导线为轴转动C．图丙中线框abcd与匀强磁场方向垂直，且一半在磁场内，另一半在磁场外，线框从图示位置开始以cd边为轴转动，转动角度小于60°D．图丁中条形磁铁竖直向下穿过水平放置的线框3．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()4.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5．(多选)在如图所示的条件下，闭合矩形线圈中能产生感应电流的是()6．探究产生感应电流条件的实验步骤如图甲、乙、丙所示．(1)本实验中，我们通过观察________________________来判断电路中是否有感应电流；(2)通过比较图甲和图丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要________________________，通过比较图________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动；(3)若图甲中AB棒不动，磁铁左右水平运动，电路中________(选填“有”或“无”)感应电流．3．电磁感应现象及应用导学掌握必备知识一、1．奥斯特2．法拉第3．感应电流二、1．没有切割磁感线没有变化2．磁通量发生变化三、电磁炉情境思考答案：(1)×(2)√(3)×共研突破关键能力目标一提示：(1)前者应用了电流的磁效应，后者应用了电磁感应原理．(2)应用电流磁效应原理的还有电动机、电磁继电器、扬声器等；应用电磁感应原理的还有发电机、变压器、磁场计等．[例1]解析：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是通电导体在磁场中受力运动，选项A、D是电流的磁效应．故B正确．答案：B[训练1]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．答案：CD目标二提示：(1)由于开关位置接错，导致该学生接通、断开开关时，线圈B所在回路的磁通量均不发生变化，因此电流计的指针都没有偏转．(2)应将开关改接到线圈A所在的回路中．[例2]解析：由于线框平面开始垂直于磁场方向，磁通量最大，线框绕图中竖直轴aa′旋转时，线框平面始终垂直于磁场方向，磁通量不变，故不会出现感应电流，故A错误；线框沿图中水平轴bb′旋转或向右平移直至线圈穿出磁场的过程中，通过线框平面的磁通量都会发生变化，故会出现感应电流，故B、C正确；将线框沿竖直方向向上平移或线框沿竖直方向向下平移，线框平面始终垂直于磁场方向，磁通量不变，故不会出现感应电流，故D错误．答案：BC[训练2]解析：线圈扩张，线圈中磁通量变大，线圈中会产生感应电流，故A正确；线圈自下向上运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故B错误；线圈自上向下运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故C错误；在未穿出磁场的前提下，线圈自左向右运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故D错误．答案：A[训练3]解析：将磁铁插入线圈过程中，通过线圈的磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生，但磁铁插入后静止不动时，线圈磁通量不再变化，此时线圈中没有感应电流，故当科拉顿跑去隔离房间时，已错过了感应电流产生的时机．答案：D[训练4]解析：在线框进入和穿出磁场的过程中，穿过线框的磁通量分别增大和减小，闭合线框中有感应电流产生；整个线框在磁场中运动时，线框中无感应电流产生，所以，线框中有感应电流的时间为2Lv，故C答案：C精练落实学科素养1．解析：在题图所示状态下，线圈与磁场方向平行，穿过圆线圈的磁通量为零，而选项A、B、C中的做法不会引起线圈中磁通量的变化，只有选项D中的做法可使线圈中的磁通量发生变化，故D正确．答案：D2．解析：保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中平行于磁场运动，磁通量一直为零，磁通量不变，没有感应电流产生，故A错误；线框和通电长直导线都在竖直平面内，线框以直导线为轴转动，磁通量不变，没有感应电流产生，故B错误；线框从图示位置开始以cd边为轴转动，转动角度小于60°，磁通量没有发生变化，没有感应电流产生，故C错误；条形磁铁竖直向下穿过水平放置的线框的过程中，穿过线框的磁通量先增加后减少，磁通量发生了变化，所以能产生感应电流，故D正确．答案：D3．解析：题图A中电流变化，线圈中磁通量变化，线圈中有感应电流，故A正确；题图B中线圈平面与电流产生的磁感线平行，因此回路