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人教版物理必修三
第十三章 电磁感应与电磁波初步
第三节 电磁感应现象及应用
讨论交流
我们知道，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生感应电流。那么，切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗？还有其他方法吗？这些方法有什么内在联系？
一、划时代的发现
奥斯特发现的电流的磁效应，震动了整个科学界，人们从电流磁效应的对称性角度，开始思考如下的问题∶既然电流能够引起磁针的运动，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢
联系到电流的磁效应，法拉第敏锐地觉察到，磁与电之间也应该有这种“感应”。他在1822 年的日记中写下了“由磁产生电”的设想，并为此进行了长达10年的探索。
法拉第
G
_
+
将磁铁放在闭合回路旁边
将通电直导线放在闭合回路旁边
安培的实验
没有电流产生
G
_
+
未通电直导线放在另一段通电线圈内部
G
_
+
一段通电直导线放在另一段直导线旁边
法拉第的实验
没有电流产生
法拉第线圈：与160年后出现的现代变压器出奇的相似
法拉第第一个成功实验
“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
法拉第发现：开关断开或闭合的瞬间检流计指针偏转
法拉第另一个成功实验：
法拉第在1831年9月24日，他把两根条形磁铁摆成V形.软铁棒上绕着一组线圈串联了一只灵敏电流计，并架在两根条形磁铁之上。
G
当其中一根磁铁上端与软铁棒接触或断开瞬间，他看到了灵敏电流计的指针发生了偏转．
1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交了一个报告，把这种现象定名为电磁感应，产生的电流叫做感应电流。
五种类型可以引起感应电流：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。
“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
五类“磁生电”现象：
“磁生电”现象的本质特征是：变化、运动
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
法拉第发现的电磁感应使人们对电和磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生，为电磁学的发展作出了重大贡献。同时也推动了电气化时代的到来.
二、产生感应电流的条件
实验一：让导体棒在磁场中运动
闭合电路的一部分导体
检测是否有电流
磁场
AB静止，无电流
AB沿磁感线运动，无电流
AB切割磁感线，有电流
当产生感应电流时与磁场相关的哪个物理量发生了变化呢
AB切割磁感线时，磁场没有变化，变化的只有电路ABCD的面积。
也就是说，穿过电路ABCD的磁通量发生了变化。感应电流的产生是否与磁通量的变化有关呢
序号 导体 运动情况 磁场 电流表指针方向
1 导线 静止 U型磁体内部 不摆动
2 导线 上下 不摆动
3 导线 水平向左 摆 动
4 导线 水平向右 摆 动
5 导线 斜向上 斜向下 摆 动
实验结果记录
实验结论：当闭合回路中部分导体切割磁感线时，闭合回路中会产生感应电流。即闭合电路在磁场中围成的面积变化 时，电路中有电流产生；围成的面积不变时，电路中无电流产生。
实验二：磁铁在螺线管中运动
实验操作 有无感应电流
N极插入线圈 有
在线圈中静止不动 无
N极拔出线圈 有
S极插入线圈 有
在线圈中静止不动 无
S极拔出线圈 有
当磁铁和线圈发生相对运动时，闭合回路中有感应电流产生；当磁铁和线圈相对静止时，闭合回路中无感应电流。
线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；
线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流.
G
－
＋
+
+
-
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合，迅速移动滑片
复原再做
实验三：模拟法拉第的实验
通电螺线管A套在线圈B里面
实验操作 实验现象（线圈B中有无电流）
闭合开关的瞬间，滑动变阻器不动 有
断开开关的瞬间，滑动变阻器不动 有
闭合开关一段时间，滑动变阻器不动 无
闭合开关，滑动变阻器快速移动 有
实验结果记录
当线圈A中电流变化时，线圈B中才有感应电流产生
线圈A的磁场变化时，线圈B中磁通量变化，线圈B中有感应电流；
线圈A的磁场不变时，线圈B中磁通量不变，线圈B中无感应电流.
实验一
实验二
实验三
磁场的强弱不变，闭合导体回路包围的面积在变化.S 变
线圈中磁场发生变化.B 变
电流产生的磁场变化，通过B线圈的磁场强弱也在变化.B 变
实验结论：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。
1.闭合电路.
2.磁通量发生变化
Φ=BS
只有B变化
只有S变化
只有θ变化
B、S、θ都变，或其中两者变.
以上三个实验探究了产生感应电流的条件，那么产生的感应电流方向相同吗？感应电流的大小、方向与哪些因素有关？有什么关系？
讨论交流
三、电磁感应现象的应用
法拉第圆盘发电机
三峡电站一台发电机的转子
电磁炉
变压器
信号发射基站
1831年圣诞节前夕，一次科学报告会上，法拉第当众表演了一个实验。一个铜盘的轴和铜盘的边缘分别连在“电流表”的两端。法拉第摇动手柄使铜盘在磁极之间旋转，“电流表”的指针随之摆动。这是最早的发电机。
练习1.1921年一个十分神奇的与电有关的实验现象被法拉第发现了，出于对这个现象的好奇，他对这种现象潜心研究了十年，终于在1931年发现了在物理科技史上影响十分重大的电磁感应效应。下列四幅图所描述的情境，能够产生感应电流的是（　　）
A．甲图中，线圈与条形磁铁中心轴线在同一平面内且远离磁铁
B．乙图中，线圈在匀强磁场中垂直于磁场方向运动
C．丙图中，条形磁铁快速穿过有缺口的线圈
D．丁图中，线圈在通电直导线下方以虚线为轴转动
D
练习2.(多选)下列图中线圈中不能产生感应电流的是(　　)
解析：A中，线圈在磁场中运动，穿过线圈的磁通量没有变化，所以不会产生感应电流；B中，线圈离开磁场时，磁通量减小，故有感应电流产生；C中，线圈与磁场始终平行，穿过线圈的磁通量为零，没有变化，所以不能产生感应电流；D中，在磁铁向下运动时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流．故选AC．
AC
练习3.利用如图所示装置可探究感应电流产生的条件。线圈A通过滑动变阻器和开关S连接到电源上，线圈B的两端连接到电流计G上，把线圈A装在线圈B的里面。某同学发现闭合开关S时，电流表指针向右偏转，由此可以判断（　　）
A．断开开关S时，电流表指针向右偏转
B．线圈A向上移动时，电流表指针向右偏转
C．线圈A中铁芯向上拔出时，
电流表指针向右偏转
D．滑动变阻器的滑片向右滑
动时，电流表指针向右偏转
D
练习4.如图所示，虚线I和Ⅱ之间有垂直于纸面向里的匀强磁场。闭合线圈自高处落下，依次经过a、b、c三个位置。则线圈中有感应电流产生的是（　　）
A．位置a和位置b
B．位置b和位置c
C．位置a和位置c
D．三个位置都有
C
练习5.(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,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化产生感应电流,选项A、D是电流的磁效应。综上所述,选项B、C正确。
BC
练习6.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。
(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。原因:如果断开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的磁性立即消失,该装置也就失去了延时功能。
应用电流的产生条件判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化,所以判断感应电流有无时必须明确以下两点:
(1)明确电路是否为闭合电路;
(2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化。
2.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判断某过程中磁通量是否变化。
3.判断电磁感应现象是否发生的一般流程
(1)确定研究的闭合回路;
(2)弄清楚回路内的磁场分布,并确定该回路的磁通量Φ;
(3)磁通量变化与感应电流的产生
Φ不变 无感应电流
Φ变化
回路闭合，有感应电流.
回路不闭合，无感应电流，但有感应电动势.

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