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粤教版—高二物理—必修三—第六章 电磁感应现象
第三节 电磁感应现象
学习目标
1.知道什么是电磁感应现象。
2.知道电磁感应的发现历程。
2.探究产生感应电流的条件。
3.了解电磁感应的应用。
由“电生磁”到“磁生电”
1820年，奥斯特发现了“电生磁”
1831年，法拉第发现了“磁生电”
1822年，法拉第在
日记中写下“磁能转化
为电”，并由此开始了
十年的艰苦探索，取得
了成功，人类从此进入
了电气化时代。
一、电磁感应现象的发现
人们早就认识了磁化现象，知道磁体能够使得附近的铁棒磁化。人们也知道，带电体能使附近的导体感应出电荷。法拉第因此展开联想：磁和电之间也应该有类似的“感应”，他在1822年的一篇日记中留下了“由电生磁”这样闪光的思想。
一、电磁感应现象的发现
法国物理学家安培也曾经将恒定电流或磁铁放在导体线圈附近，试图“感应”出电流，种种尝试均无所获。瑞士人科拉顿的研究也遗憾的与成功擦肩而过。只有法拉第始终坚信“磁可以生电”，并坚持研究。
一、电磁感应现象的发现
然而科学探究的道路并不平坦。他在1822年、1825年、1828年做过三次集中的实验研究，均由失败告终。原因在于，法拉第认为，既然奥斯特实验表明有电流就有磁场，那么有磁场就会有电流。遗憾的是，他在实验中都是使用恒定电流产生的磁场，结果从来没有观察到感应电流。
一、电磁感应现象的发现
法拉第在一个粗软铁环上，绕上两个彼此绝缘的线圈A和B，线圈A的两端用导线连接成闭合回路，并在导线下方放置一个与导线平行的小磁针，线圈B则和一个电池组及开关相连接，如右图。
一、电磁感应现象的发现
1831年8月29日，法拉第进行上述实验时偶然发现，当合上开关电流通过线圈B的瞬间，小磁针发生了偏转，随后又回到并停在原来的位置上；当开关断开的瞬间，磁针再次发生了偏转。法拉第意识到，这可能就是他寻找了十年之久的磁生电现象。
通过进一步分析，法拉第认识到这种现象是在变化、运动的过程中才能出现的效应。
一、电磁感应现象的发现
法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都和运动与变化相联系，分别是：
变化的电流
变化的磁场
运动的恒定电流
运动的磁铁
在磁场中运动的导体
他把这些现象命名为电磁感应，由电磁感应现象产生的电流叫做感应电流。人类从此打开了通向电气化的大门。
二、产生感应电流的条件
通过初中的学习，我们知道，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。现在，我们从熟悉的“磁生电”实验入手，探究感应电流产生的条件。
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不偏转 没有 没有
偏转 有 有
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由上述实验可知，当导体静止在磁场中或者做平行磁感线运动时，电流计的指针不偏转；当导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流计的指针发生偏转，表明产生了电流。
当条形磁铁静止在螺线管中，电流计的指针不偏转；在条形磁铁插入或者拔出螺线管的过程中，电流计的指针都发生偏转，表明产生了电流。
当连接小螺线管A的开关接通后电流稳定时，电流计的指针不偏转，连接螺线管A的开关接通瞬间、断开瞬间或者开关接通而滑动变阻器的滑片P移动时，电流计的指针都发生偏转，表明产生了电流。
讨论与交流
上述实验都产生了感应电流，它们之间有何共同点？
实验表明
只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
几点说明
1.在闭合回路中有磁通量但是不变化，即使磁场很
强，磁通量很大，也不会产生电流。
2.如果电路不闭合，即使磁通量发生变化，也不会
产生电流。
3.可能是闭合回路或者闭合回路一部分的磁感应强
度发生变化，可能是闭合回路在磁场中的面积变
化，也可能是闭合回路与磁场的夹角发生变化。
例题1：某同学将电流计、线圈A和线圈B、蓄电池、开关用导线连接
成如图6-3-9所示的实验电路。
(1)当接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转。请分析其可能
的原因。
(2)电路正常后，这套实验装置可以探究哪些物理问题？
答案：（1）开关位置接错，应该接在蓄电池组成的电路中。（2）可以用于探究感应电流的产生条件，电磁铁的磁性强弱与是否有铁芯插入有关等结论。
例题2：如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线恰好和线圈的一条直径MN重合.要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有（ ）
A.使螺线管在线圈a所在平面内转动
B.使螺线管中的电流发生变化
C.使线圈a以MN为轴转动
D.使线圈a以与MN垂直的直径为轴转动
答案：题图所示位置，线圈a所在平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，当按A、B、C所述方式变化时，磁通量不变，不产生感应电流；按D所述方式变化时，由于线圈a与磁场夹角变化引起磁通量变化，能够产生感应电流，故选D。
三、电磁感应的应用
汽车防抱死制动系统ABS
无线电技术
汽车防抱死系统是为了防止汽车紧急制动时，因为车轮被抱死，从而发生侧滑，ABS由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀三个部分组成。其中轮速传感器是利用电磁感应现象来测量车轮的转速。
图中铁质齿轮P与车轮同步转动，它的右侧有一个绕着线圈的磁铁。当每个齿轮接近和离开磁铁时，穿过线圈的磁通量会发生变化，线圈中出现感应电流。
随着各个齿轮的运动，磁通量的变化会使得线圈中产生相应的感应电流。这个电流由电流检测器D检测，并送到电子控制模块以控制电磁阀，为制动器提供合适的制动力，有效避免了汽车后轮侧滑的现象。
无线充电，又称为非接触式感应充电，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。电磁感应是目前实现无线充电的一种重要技术途径，常用于对手机或者智能手表等小功率用电器充电。
充电器与用电器之间通过电感耦合传送电能。充电器中有发射线圈，给线圈一定频率的交变电流，通过电磁感应，用电器的接受线圈中产生的电流给电池充电。
无线充电具有安全、耐用、方便的优点，还可应用于生物医疗，能够在不损害身体组织的情况下对植入人体内的医疗装置进行充电，免去了手术的风险。当然，无线充电技术仍然存在效率低、成本高、兼容差等缺点，需要进一步发展完善。
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例题3：下列现象中，属于电磁感应现象的是(　　)
A．通电线圈在磁场中转动
B．因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
答案：闭合线圈在磁场中由于磁通量的变化而产生电流的现象叫电磁感应现象，B正确；A中通电线圈在磁场中转动是因为受磁场力作用，A错误；D中小磁针在通电导线附近发生偏转是电流的磁效应，D错误；C中磁铁吸引小磁针是磁场的作用，C错误．
例题4.动圈式话筒的内部构造如图6-3-10所示，该装置能够将声信号转化为电信号（即感应电流），再由扩音器放大后传给扬声器。
(1)请尝试解释动圈式话筒将声信
号转化为电信号的工作原理。
(2)如果这类动圈式话筒出现了故
障，故障最有可能出现在什么地方？
如何检测并排除故障？
答案：(1)动圈式话筒是根据电磁感应原理制造的，当我们对着话筒讲话时，膜片就会带动线圈一起振动，并切割磁感线，使线圈中产生了随声音变化的电流，于是将声信号转化为电信号。
(2)动圈式话筒的故障可能是断线，一是话筒的插头处断线，
二是话筒引线本身断线，三是在音圈处断线。通过多用电表欧姆档可以发现断线故障。
电磁感应现象小结
一、电磁感应现象的发现
变化、运动过程
二、产生感应电流的条件
闭合回路 有磁通量的变化
三、电磁感应的应用
汽车防抱死系统 无线充电
1.首先发现电流的磁效应和电磁感应的科学家分别是以下哪两位（ ）
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：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.如图所示，在同一平面内有四根彼此绝缘的直导线，分别通有大小相同、方向如图所示的电流，要使由四根直导线所围成的面积内的磁通量增加，则应切断哪一根导线中的电流( )
A.切断i1
B.切断i2
C.切断i3
D.切断i4
答案：根据安培定则判断出四根通电直导线中电流在所围面积内的磁场方向，可知只有i4中电流产生的磁场垂直于纸面向外，则要使磁通量增加，应切断i4。
3.如图所示，固定的长直导线中通有恒定电流，一矩形线框从abcd位置向右平移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是 (线框平行于纸面且与导线相互绝缘)（ ）
A.一直增加
B.一直减少
C.先增加后减少
D.先增加，再减少到零，然后再增加，
最后再减少
答案：离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右平移时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右平移，磁通量增大，当线框离开导线向右平移的过程中，磁通量减小，故D正确。
4.(多选)如图所示，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，下列情况中能引起电流计指针偏转的是
A.闭合开关瞬间
B.开关闭合稳定后
C.开关闭合稳定后移动滑动变阻器的滑片
D.断开开关瞬间
答案：开关闭合瞬间，线圈Ⅰ中电流从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计指针偏转，故A正确；
开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，穿过线圈Ⅱ的磁通量稳定不变，线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计指针不发生偏转，故B错误；
开关闭合稳定后，移动滑动变阻器的滑片，线圈Ⅰ中的电流变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计指针偏转，故C正确；
开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计指针偏转，故D正确。
5.如图6-3-8所示，磁场中有一个闭合的弹簧线圈。如果该磁场是匀强磁场，采取哪些措施可以使线圈中产生感应电流？
如果该磁场是非匀强磁场，还可以增加哪些措施使线圈中产生感应电流？
答案：如果该磁场是匀强磁场，可以通过使线圈扩张或者缩小，或以线圈平面中一条边为轴进行旋转等方式使线圈中产生感应电流。如果该磁场是非匀强磁场，可以通过使线圈扩张或者缩小，或者以线圈平面中一条边为轴旋转，或者将线圈左右移动等方式使线圈中产生感应电流。
6.(多选)下图中能产生感应电流的是（ ）
答案：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。
谢谢观看！

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