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3　电磁感应现象及应用
素养 目标定位
目标素养
1.通过实验探究产生感应电流的条件
2.知道什么是电磁感应现象,掌握产生感应电流的条件
3.了解电磁感应现象在生产生活中的应用
知识概览
课前 基础认知
一、划时代的发现
1.划时代的发现。
(1)奥斯特在1820年发现了电流的磁效应,即“电能生磁”。
(2)1831年,法拉第发现了电磁感应现象,即“磁能生电”。
2.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。
3.发现电磁感应现象的意义。
(1)使人们对电与磁内在联系的认识更加深入完善,宣告了
电磁学作为一门统一学科的诞生。
(2)使人们找到了磁生电的条件,开辟了人类的电气化时代。
微判断(1)奥斯特发现了电磁感应现象。(　　)
(2)法拉第完成了“由磁产生电”的设想。(　　)
(3)产生感应电流的原因都与变化或运动有关。(　　)
(4)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。(　　)
×
√
√
√
二、产生感应电流的条件
1.实验探究感应电流产生的条件。
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。
提示:(1)否　(2)否　(3)能。
因为只有丙穿过闭合线框的磁通量发生了变化。
微思考下面的几种情况能否产生感应电流:(1)保持线框平面始终与磁感线垂直,图甲中线框在磁场中上下运动;(2)保持线框平面始终与磁感线垂直,图乙中线框在磁场中左右运动;(3)线框绕轴线AB转动。
三、电磁感应现象的应用
1.最早的发电机:法拉第的圆盘发电机。
2.电厂里的发电机、生产和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。
3.产生感应电流的常见类型。
(1)导线ab切割磁感线时,闭合回路产生的电流(如图甲所示)。
(2)磁体插入和拉出线圈时,回路中产生的电流(如图乙所示)。
(3)如图丙所示,当开关S闭合或断开时,回路B中产生电流。当开关闭合,滑动变阻器滑片向上或向下滑动时,回路B中产生电流。
课堂 重难突破
一 实验:探究感应电流的产生条件
归纳总结
【实验目的】探究感应电流产生的条件。
【实验原理】不同的方法改变闭合导体回路中的磁通量,分析产生感应电流的条件。
【实验器材】电源、灵敏电流表、条形磁体、导体棒、大线圈B、小线圈A、铁芯、滑动变阻器、开关、导线若干。
【实验步骤】
(1)探究导体棒在磁场中运动是否产生感应电流(如图所示):
实验操作 实验现象(有无电流) 分析论证
导体棒静止 无 闭合电路包围的面积变化时,电路中有感应电流产生;包围的面积不变时,电路中无感应电流产生
导体棒平行
磁感线运动 无
导体棒切割
磁感线运动 有
(2)探究磁体在通电螺线管中运动是否产生感应电流(如图所示):
实验操作 实验现象(有无电流) 分析论证
N极插入线圈 有 线圈中的磁场变化时,线圈中有感应电流产生;线圈中的磁场不变时,线圈中无感应电流产生
N极停在线圈中 无
N极从线圈中抽出 有
S极插入线圈 有
S极停在线圈中 无
S极从线圈中抽出 有
(3)模仿法拉第的实验(如图所示):
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 有 线圈B中磁场变化时,线圈B中有感应电流;线圈B中磁场不变时,线圈B中无感应电流
开关断开瞬间 有
开关保持闭合,滑动
变阻器的滑片不动 无
开关保持闭合,迅速移
动滑动变阻器的滑片 有
【实验结论】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。
典型例题
【例1】 某小组同学在探究感应电流产生的条件的实验中,所用实验器材如图,图中已用导线连接好部分实验器材。
(1)请以笔画线代替导线把实验电路连接好。
(2)请说出能产生感应电流的三种做法。
①　 ;
②　 ;
③　 。
答案:见解析
解析:(1)将电源、开关、滑动变阻器、小螺线管串联成一个回路,注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱,再将电流表与大螺线管串联成另一个回路,电路图如图所示。
(2)只要使得闭合回路中的磁通量发生变化,闭合回路中就有感应电流产生,所以能产生感应电流的三种做法为:①开关闭合或断开;②开关闭合后,A线圈插入或拔出;③开关闭合后,移动滑动变阻器的滑片。
二 产生感应电流的条件
问题探究
如图甲、乙所示,线框平面与磁感线垂直;如图丙所示,线圈与灵敏电流表连成闭合电路,将一条形磁体的一部分插入线圈中。
探究1:图甲中,保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中上下运动,线框中是否产生感应电流
探究2:图乙中,保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中左右运动,线框中是否产生感应电流
探究3:图丙中,条形磁体左、右运动时,电流表的指针是否发生偏转 为什么
提示:探究1:题图甲中,线框在磁场中上下运动的过程中,导体没有切割磁感线,穿过线框的磁通量没有发生变化,所以无感应电流产生。
探究2:题图乙中,线框在磁场中左右运动的过程中,尽管导体切割磁感线,但是整个线框都处在磁场中,穿过线框的磁通量没有发生变化,所以无感应电流产生。
探究3:发生偏转。闭合线圈中磁通量发生变化。
归纳总结
1.产生感应电流的两个必要条件是导体回路闭合、穿过回路的磁通量发生变化,二者缺一不可。感应电流的产生与磁通量的大小无关,只与磁通量的变化有关:即便穿过回路的磁通量很大,只要不发生变化,就不会产生感应电流。
2.穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况:
(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。
(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。
(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ2-Φ1计算并判断磁通量是否变化。
(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。
典型例题
【例2】 线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动:A向右平动,B向下平动,C绕轴转动(ad边向里),D垂直于纸面向纸外做平动,E向上平动(E线圈有个缺口),判断线圈中有没有感应电流。
答案:A、E中无感应电流;B、C、D中有感应电流。
解析:在直导线电流磁场中的五个线圈,原来磁通量都是垂直于纸面向里的。对直线电流来说,离电流越远,磁场就越弱。A向右平动,穿过线圈的磁通量没有变化,故线圈中没有感应电流。B向下平动,穿过线圈的磁通量减少,必产生感应电流。C绕轴转动,穿过线圈的磁通量变化(开始时减少),必产生感应电流。D离纸面越远,线圈中磁通量越少,线圈中有感应电流。E向上平动,穿过线圈的磁通量增加,但由于线圈没有闭合,因此无感应电流。
成果验收站
1.下列说法正确的是(　　)
A.奥斯特发现电流能够使磁针偏转,并提出了磁能够产生电
B.安培将磁体放在导体线圈附近,线圈中产生了电流
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
答案:C
解析:奥斯特发现电流能够使磁针偏转,并提出了电流的磁效应,选项A错误。安培将磁体放在导体线圈附近,线圈中没有电流,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,可以观察到另一个线圈中有电流,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。
2.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的两端连到理想电流表上,把线圈A装在线圈B的里面。实验中观察到,开关闭合瞬间,电流表指针向右偏转,则(　　)
A.开关断开瞬间,电流表指针不偏转
B.开关闭合稳定后,穿过线圈B的磁通量为零
C.开关闭合稳定后,向上拔出线圈A的过程中,电流表指针不偏转
D.开关闭合稳定后,向右移动滑动变阻器的滑片,电流表指针偏转
答案:D
解析:开关断开瞬间,穿过线圈B的磁通量减少,闭合回路会产生感应电流,电流表指针偏转,选项A错误。开关闭合稳定之后,由于线圈A内部的磁感线全部穿过线圈B,但是外部的磁感线只有部分穿过线圈B,故穿过线圈B的净磁通量不为零,选项B错误。开关闭合稳定之后,向上拔出线圈A的过程中,穿过线圈B的磁通量会发生变化,闭合回路会产生感应电流,电流表指针偏转,故C错误。开关闭合稳定之后,向右移动滑动变阻器的滑片,线圈A中电流发生变化,穿过线圈B的磁通量会发生变化,闭合回路会产生感应电流,电流表指针偏转,选项D正确。
3.下图中能产生感应电流的是(　　)
答案:B
解析:根据产生感应电流的条件知:A选项中,电路没闭合,无感应电流;B选项中,面积增大,闭合电路的磁通量增大,有感应电流;C选项中,穿过线圈的磁感线相互抵消,磁通量恒为零,无感应电流;D选项中,磁通量不发生变化,无感应电流。选项B符合题意。
4.一个闭合线圈中没有感应电流产生,由此可以得出(　　)
A.此时此地一定没有磁场
B.此时此地一定没有磁场的变化
C.穿过线圈平面的磁感线条数一定没有变化
D.穿过线圈平面的磁通量一定没有变化
答案:D
解析:由产生感应电流的条件易知,闭合线圈中没有感应电流产生,则穿过线圈平面的磁通量一定没有变化,选项D正确。
5.如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A。下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是(　　)
A.线圈中通以恒定的电流
B.通电时,使滑动变阻器的滑片P做匀速移动
C.通电时,使滑动变阻器的滑片P做加速移动
D.将开关突然断开的瞬间
答案:A
解析:线圈中通以恒定的电流时,线圈产生稳恒的磁场,穿过铜环A的磁通量不变,没有感应电流产生。通电时,使滑动变阻器的滑片P滑动,滑动变阻器接入电路的电阻变化,回路中电流变化,线圈产生的磁场变化,穿过铜环A的磁通量变化,产生感应电流。将开关突然断开的瞬间,线圈产生的磁场从有到无,穿过铜环A的磁通量变化,产生感应电流。选项A正确。

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