《电磁感应现象及应用》课件

3.电磁感应现象及应用第十三章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标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信念、不畏艰辛、勇于探索的科学精神。(科学态度与责任)2.经历感应电流产生条件的探究活动,提高分析论证能力。(科学探究)3.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。(科学思维)4.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。(物理观念)5.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。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】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。想一想法拉第做了大量的实验都以失败告终,失败的原因是什么?提示

从法拉第做过的失败实验可以看出,这些实验都是在以往经验的启发下,通过类比的方法设计的,只注意静态和稳定的情况,而忽略了对动态过程的关注。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。二、产生感应电流的条件1.实验观察(1)导体棒在磁场中运动实验装置实验操作回路中有无电流

导体棒静止或平行于磁感线运动无导体棒做切割磁感线运动有(2)磁铁在线圈中运动

实验装置实验操作线圈中有无电流

条形磁铁在线圈中插入或拔出时有条形磁铁在线圈中静止不动无无(3)模拟法拉第的实验

实验装置实验操作线圈中有无电流

开关S接通或断开有开关S闭合,改变滑动变阻器阻值有开关S一直闭合,且滑动变阻器触头位置不动无想一想模拟法拉第的实验中,实验电路是怎样连接的?这样的连接有什么特点?提示

法拉第的实验中分为两个电路,电源、开关、滑动变阻器、线圈A构成的闭合电路;线圈B和电流表构成另一个闭合回路。这样的连接是为了得到两个互不连接的电路,当一个电路电流变化时,看另一个电路中是否有电流产生。2.分析论证(1)实验(1)表明:闭合导体回路包围的面积变化时,有电流产生;闭合导体回路包围的面积不变时,无电流产生。(2)实验(2)表明:线圈中的磁场变化时,有感应电流;线圈中的磁场不变时,无感应电流。(3)实验(3)表明:线圈B中磁场变化时,有感应电流;线圈B中磁场不变时,无感应电流。(4)实验结论:产生感应电流的条件与磁场的变化有关系,与闭合导体回路包围的面积有关系。3.感应电流产生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。三、电磁感应现象的应用法拉第的圆盘发电机开辟了人类社会的电气化时代。生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的。电磁感应的应用不局限于此,电磁感应原理用于很多设备和系统,其中包括感应马达、发电机、充电池的无接触充电、感应铁架的电炉、感应焊接、电感器、电磁成型、磁场计、电磁感应灯、电动式传感器、麦克风等。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(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。(

)答案

×解析

产生感应电流的条件:一是闭合电路,二是磁通量变化。有磁通量而不变化,是不会产生感应电流的。(2)穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生。(

)答案

×解析

磁通量发生变化,而螺线管回路不闭合,不会产生感应电流。(3)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。(

)答案

×解析

只有闭合电路的部分导体做切割磁感线的运动时,闭合回路中才会产生感应电流。(4)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。(

)答案

√2.1825年,瑞士科学家科拉顿用实验探索如何产生感应电流。如图,他将电流表和线圈分别放在两个房间里,并用导线连成闭合回路。他用磁铁在线圈中插进或拔出进行实验时,在两个房间之间跑来跑去,结果没有观察到感应电流。科拉顿看不到实验现象的原因是

。后来由科学家

发现了电磁感应现象。

答案

见解析

法拉第解析

在磁铁插进或拔出线圈的过程中,磁通量发生变化,闭合回路中会产生电流,但等科拉顿跑到电流表前面时,磁通量已不再变化,因此没有观察到感应电流;后来由科学家法拉第发现了电磁感应现象。课堂篇探究学习探究一电磁感应现象与电流的磁效应【情境导引】如图所示,甲图是电磁炮,乙图是家用电磁炉,它们各自是根据什么工作的呢?要点提示

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。【知识归纳】二者的关系1.区别:“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”是指运动电荷周围产生磁场;“动磁生电”是指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”是变化的意思。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。【典例示范】例1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,在金属探测器中就会产生电流,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。下图中能反映出金属探测器工作原理的是(

)答案

B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。综上所述,选项B正确。规律方法

电磁感应现象单指磁场产生电流的现象,而电流的磁效应是指电流产生磁场。变式训练1(多选)(山东昌乐二中月考)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。探究二探究产生感应电流的条件【情境导引】如图所示,原线圈(小螺线管)接电源、开关和滑动变阻器,副线圈(大螺线管)接电流表,按照表中实验操作进行实验,观察有无感应电流产生,完成下表。实验操作实验现象(线圈B中有无电流)分析论证开关闭合瞬间①

线圈B中磁场⑤

时,线圈B中有感应电流;磁场⑥

时,线圈B中无感应电流

开关断开瞬间②

开关保持闭合,滑动变阻器滑片不动③

开关保持闭合,迅速移动滑动变阻器的滑片④

要点提示

①有

②有

③无

④有

⑤变化

⑥不变

【知识归纳】1.产生感应电流的条件只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生感应电流。2.感应电流有无的判断引起感应电流的表面因素很多,但本质的原因是磁通量的变化。只要穿过闭合电路的磁通量变化,闭合电路中就有感应电流产生。穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下四种情况:Φ变化的四种情况B不变、S变例:闭合电路的一部分导体切割磁感线时B变、S不变例:线圈与条形磁铁发生相对运动时B和S都变注意:此时可由ΔΦ=Φt-Φ0计算磁通量的变化B和S大小都不变,但二者之间的夹角变例:线圈在匀强磁场中转动时要点笔记

(1)电路为闭合电路。(2)穿过电路的磁通量发生变化。两条必须同时满足,才能产生感应电流。【典例示范】例2如图所示,矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内,一半在匀强磁场外。下述操作中能使线圈中产生感应电流的是(

)A.以bc为轴转动45°

B.以ad为轴转动45°C.将线圈向下平移

D.将线圈向上平移答案

B解析

当线圈以bc为轴转动45°时,ad边刚好还没有进入磁场,这样,穿过线圈的磁感线的条数没有发生变化,磁通量不发生改变,所以在回路中不会产生感应电流,A错误。当以ad为轴转动45°时,bc边刚好要离开磁场,这样,穿过线圈的磁感线的条数将不断减少,所以在回路中会产生感应电流,选项B正确。当将线圈向下平移或者向上平移时,穿过线圈的磁感线的条数均没有发生变化,磁通量不发生改变,所以在回路中不会产生感应电流,选项C、D错误。规律方法

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,但若没有变化,也不会产生感应电流,开始磁通量是零,但如果变化,仍然可以产生感应电流。(3)产生感应电流的实质是其他形式的能转化为电能。变式训练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。

随堂训练1.(多选)如图所示,在正方形线圈的内部有一条形磁铁,线圈与磁铁在同一平面内,两者有共同的中心轴线OO',关于线圈中是否产生感应电流的下列说法正确的是(

)A.当磁铁向纸面外平移时,线圈中不产生感应电流B.当磁铁向上平移时,线圈中不产生感应电流C.当磁铁向下平移时,线圈中产生感应电流D.当磁铁N极向纸外、S极向纸里绕OO'轴转动时,线圈中产生感应电流答案

ABD解析

由于线圈与磁铁在同一平面内,两者有共同的中心轴线OO',由条形磁铁的磁感线分布的轴对称性可以判断出此时线圈中的磁通量为零。当磁铁向纸面外平移时,N极发出的磁感线从磁铁外部再回到S极,所以在平移过程中,线圈中没有磁通量的改变,不产生感应电流,A正确;当磁铁向上平移时或者当磁铁向下平移时,线圈始终在条形磁铁的轴线上,所以磁通量始终为零,所以线圈中不产生感应电流,所以B正确,C错误;当磁铁N极向纸外、S极向纸里绕OO'轴转动时,线圈中的磁通量将由零开始逐渐增加,所以磁通量发生了变化,将会产生感应电流,所以D正确。2.我们可以通过以下实验,来探究产生感应电流的条件。

(1)给出的实物图中,1接线柱与

连接;5接线柱与

连接(选填对应的数字)。

(2)接好电路,合上开关瞬间,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)2

3

(2)偏转

(3)不偏转

偏转

(4)闭合回路的磁通量发生变化解析

(1)先将电流计与线圈B串联成另一个回路,即将1接线柱与2接线柱连接,再将电源、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,即将5接线柱与3接线柱连接;(2)接好电路,合上开关瞬间,穿过大螺线管的磁通量增加,产生感应电流,电流表指针偏转;(3)电路稳定后,穿过大螺线管的磁通量不变,没有感应电流产生,则电流表指针不偏转,迅速移动滑动变阻器的滑片,小线圈中的电流变化,穿过大螺线管的磁通量变化,产生感应电流,则电流表指针偏转;(4)由实验现象可知,产生感应电流的条件是闭合回路的磁通量发生变化。知识点1

电磁感应现象1.[浙江宁波金兰教育合作组织期中考试]下列现象中，属于电磁感应现象的是(

)

BA.通电线圈在磁场中转动B.闭合线圈在磁场中运动而产生电流C.磁铁吸引小磁针D.小磁针在通电导线附近发生偏转【解析】

通电线圈在磁场中发生转动属于电流受到力的作用产生的，不是电磁感应现象，故A错误；闭合线圈在磁场中运动，闭合回路磁通量发生变化而产生感应电流，是电磁感应现象，故B正确；磁铁吸引小磁针属于磁现象，不是电磁感应现象，故C错误；小磁针在通电导线附近发生偏转是由于电流产生磁场引起的，不是电磁感应现象，故D错误。2.下列说法正确的是(

)

CA.奥斯特根据发现的电流能够使磁针偏转的现象，提出了磁能够产生电B.安培将磁铁固定在导体线圈附近，线圈中感应出了电流C.法拉第把两个线圈绕在同一铁环上，一个线圈接电源，另一个线圈接电流表，在给接电源的线圈通电和断电的瞬间，可以观察到另一个线圈中有电流D.法拉第发现了电磁感应现象，库仑发现了电流的磁效应【解析】

奥斯特根据发现的电流能够使磁针偏转的现象，提出了电流的磁效应，选项A错误。安培将磁铁固定在导体线圈附近，由于线圈中磁通量没有变化，线圈中没有感应出电流，选项B错误。法拉第把两个线圈绕在同一铁环上，一个线圈接电源，另一个线圈接电流表，在给接电源的线圈通电和断电的瞬间，另一个线圈中磁通量发生变化，可以观察到其中有电流，选项C正确。法拉第发现了电磁感应现象，奥斯特发现了电流的磁效应，选项D错误。知识点2

产生感应电流的实验探究

√【解析】

线圈A中的电流是恒定电流，产生稳恒磁场，穿过线圈B的磁通量不变，没有感应电流产生，电流计指针并不偏转，选项D正确。4.如图所示为“探究电磁感应现象”的实验装置。如果在闭合开关的瞬间发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后：

发生

发生

知识点3

产生感应电流的条件5.关于产生感应电流的条件，下列说法正确的是(

)

CA.位于磁场中的闭合线圈一定会产生感应电流B.闭合线圈平行于磁感线运动时，线圈中一定产生感应电流C.穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，一定能产生感应电流D.闭合线圈垂直于磁感线运动时，线圈中一定产生感应电流【解析】

根据电磁感应定律可知，只有穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，才能产生感应电流，故选C。6.[福建厦门期末考试]如图所示，金属圆环位于竖直放置的通电长直导线附近，圆环和长直导线在同一竖直平面内。下列四种情况，圆环会产生感应电流的是(

)

BA.圆环竖直下落B.圆环向右平移

D.圆环以长直导线为轴在水平面内转动

7.[广东珠海一中月考]以下说法正确的是(

)

图甲图乙图丙图丁A.图甲是用左手判断环形电流周围的磁场分布情况B.图乙中开关闭合，滑动变阻器阻值变大时有感应电流产生，滑动变阻器阻值变小时无感应电流产生C.图丙中当线框向右匀速运动时，线框中无感应电流产生D.图丁是可变电容器，当可动片转动时，电容器电容会变化√【解析】

判断环形电流周围的磁场分布需要使用右手螺旋定则，故A错误；感应电流的产生是因为回路中磁通量发生变化，当电阻阻值发生变化时，电流也随之变化，由电流产生的磁场也发生变化，所以无论是阻值变大还是变小都会产生感应电流，故B错误；线框向右运动，引起回路中磁通量变化，产生感应电流，故C错误；题图丁中是可变电容器，可动片转动，电容会发生变化，故D正确。知识点4

电磁感应的应用8.（多选）随着科学技术的不断发展，无线充电已经进入人们的生活中，小到手表、手机，大到电动汽车的充电，都已经实现了从理论研发到实际应用的转化。某品牌的无线充电手机进行无线充电的原理图如图所示。关于无线充电，下列说法正确的是(

)

A.无线充电的工作原理是电磁感应B.将充电底座接到直流电源上可以对手机进行充电C.无线充电底座可以对任意手机进行无线充电D.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同√√【解析】

无线充电的工作原理是电磁感应，故A正确；充电底座接直流电源时，不会产生交变磁场，无线充电手机不能够正常充电