2019-2020学年新教材高中物理 第十三章 电磁感应与电磁波初步 第3节 电磁感应现象及其应用课

课标要求第3节电磁感应现象及其应用1．了解电磁感应现象的发现历程。2．理解感应电流的产生条件，会判断回路中是否有感应电流。3．了解电磁感应现象的应用。一、划时代的发现1．填一填(1)奥斯特发现的电流的磁效应，证实了电现象和磁现象是有联系的。人们从电流磁效应的对称性角度，开始思考如下问题：既然电流能够引起磁针的，那么，为什么不能用磁体使导线中产生呢？(2)法拉第的探索：法拉第提出了“由磁产生电”的设想，并为此进行了长达10年的探索，从中领悟到，“磁生电”是一种在变化、的过程中才能出现的效应。(3)电磁感应：“磁生电”的现象。(4)感应电流：电磁感应现象中产生的电流。运动电流运动2．判一判(1)只有很强的磁场才能产生感应电流。()(2)法拉第发现电磁感应现象是只有在变化、运动的过程中才出现的现象。()(3)奥斯特首先发现了电磁感应现象。()×√×3．选一选下列现象中属于电磁感应现象的是()A．磁场对电流产生力的作用B．变化的磁场使闭合电路中产生电流C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化D．电流周围产生磁场解析：电磁感应现象指的是在变化的磁场中产生电流的现象，选项B正确。答案：B二、产生感应电流的条件及电磁感应现象的应用1．填一填(1)产生感应电流的条件①实验装置开关和变阻器的状态线圈B中是否有电流开关闭合瞬间有开关断开瞬间有开关闭合时，滑动变阻器不动无开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有②探究记录③探究结果当穿过闭合导体回路的发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。(2)电磁感应现象的应用①发电机，②变压器，③电磁炉。磁通量2．判一判(1)有电流就可以产生磁场。()(2)有磁场就可以产生电流。()(3)穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就一定产生感应电流。()√×√3．想一想某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗？提示：不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某时刻的磁通量为零，则回路中会产生感应电流。闭合回路磁通量变化的三种情况[学透用活]1．闭合回路面积S的变化引起磁通量的变化。如图所示是导体做切割磁感线运动使面积发生变化而改变了穿过回路的磁通量。2．磁感应强度的变化引起磁通量的变化。如图甲是通过磁极的运动改变穿过回路的磁通量；图乙通过改变原线圈中的电流从而改变磁场的强弱，进而改变穿过回路的磁通量。3.磁场和闭合电路的面积都不发生变化，二者的夹角发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化。如图所示，闭合线圈在匀强磁场中绕轴OO′转动的过程。[典例1]如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量()A．是增加的B．是减少的C．先增加，后减少D．先减少，后增加[解析]要知道线圈在下落过程中磁通量的变化情况，就必须知道条形磁铁在磁极附近磁感线的分布情况，条形磁铁在N极附近磁感线的分布情况如图所示，由图可知线圈中磁通量是先减少，后增加，D选项正确。[答案]D[规律方法]由公式Φ＝BSsinθ(θ为线圈与磁感线的夹角)，可以看出Φ的变化是由B、S或θ的变化引起的，因此在求磁通量的变化时要先弄清Φ的变化是由哪一个量的变化引起的，然后根据此量的变化情况分析磁通量的变化情况。[对点练清]1．如图所示，通电螺线管水平固定，OO′为其轴线，a、b、c三点在该轴线上，在这三点处各放一个完全相同的小圆环，且各圆环平面垂直于OO′轴。则关于这三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量Φa、Φb、Φc的大小关系，下列判断正确的是()A．Ba＝Bb＝Bc，Φa＝Φb＝ΦcB．Ba＞Bb＞Bc，Φa＜Φb＜ΦcC．Ba＞Bb＞Bc，Φa＞Φb＞ΦcD．Ba＞Bb＞Bc，Φa＝Φb＝Φc解析：由通电螺线管的磁场分布特点可知，a、b、c三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系为Ba＞Bb＞Bc；三个小圆环的面积相同，根据磁通量的定义Φ＝BS可知，Φa＞Φb＞Φc，所以A、B、D错误，C正确。答案：C2．如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，穿过三个线圈的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，则()A．Φa＜Φb＜ΦcB．Φa＞Φb＞ΦcC．Φa＜Φc＜ΦbD．Φa＞Φc＞Φb解析：当a中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈垂直纸面向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此穿过闭合线圈的净磁感线条数a最多，b次之，c最少，即Φa＞Φb＞Φc，选项B正确。答案：B3．如图所示，一矩形线框从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量的变化情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)()A．一直增加B．一直减少C．先增加后减少D．先增加，再减少直到零，然后再增加，最后减少解析：bc边移到导线位置之前磁通量垂直纸面向外增加，之后磁通量减小到0，这时导线位于线框中间位置，再向右移动时磁通量垂直纸面向里增加，直到ad边与导线重合，再往右移动磁通量又变小，故D正确。答案：D感应电流有无的判断[典例2]如图所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若要使线框中产生感应电流且磁通量逐渐变大，则线框的运动情况应该是()A．向右平动(ad边还没有进入磁场)B．向上平动(ab边还没有离开磁场)C．以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)D．以ab边为轴转动(转角不超过90°)[解析]选项A和D所描述的情况，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大，D情况下S变小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流。而选项B、C所描述的情况中，线框中的磁通量均不改变，不会发生感应电流。D中穿过线框的磁通量逐渐变小，故A正确。[答案]A[规律方法]判断产生感应电流的条件应注意的问题(1)磁通量发生变化，但回路没闭合，不产生感应电流。(2)闭合回路切割磁感线，但磁通量没变，不产生感应电流。(3)初、末位置磁通量相同，但过程中闭合回路磁通量有变化，产生感应电流。(4)线圈有正反两面，磁感线穿过的方向不同，磁通量发生变化，产生感应电流。总之，不论什么情况，只要满足同时电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反过来说，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。[对点练清]1．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)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项正确；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项错误；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项错误；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项错误。答案：A2．[多选]如图所示，线框ABCD从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法中正确的是()A.进入匀强磁场区域的过程中，ABCD中有感应电流B．在匀强磁场中加速运动时，ABCD中有感应电流C．在匀强磁场中匀速运动时，ABCD中没有感应电流D．离开匀强磁场区域的过程中，ABCD中没有感应电流解析：线框ABCD在进入和离开匀强磁场区域时，穿过线框的磁通量发生变化，线框ABCD中有感应电流；线框ABCD在匀强磁场中运动时，无论加速还是匀速，磁通量都没发生变化，ABCD中没有感应电流。故A、C正确，B、D错误。答案：AC3．[多选]如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直。导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好。这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则两金属棒的运动情况可能是()A．v1＞v2B．v1＜v2C．v1＝v2D．无法确定解析：只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。故选项A、B正确。答案：AB一、电吉他的工作原理(科学思维)[选自鲁科版新教材P141第3题]如图所示，电吉他的弦是磁性物质。当弦振动时，线圈产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来。请解释电吉他是如何产生感应电流的。弦能否改用尼龙材料？提示：当磁性物质制作的弦振动，会造成穿过线圈的磁通量发生变化，线圈有感应电流产生。若将弦改用尼龙材料，因尼龙材料无磁性，当弦振动时线圈中就不会产生感应电流。二、磁针偏转原因分析(科学思维)[选自鲁科版新教材P142第6题]把两个线圈绕在同一个铁环上，如图所示，一个线圈A连接电池与开关，另一个线圈B闭合并在其中一段直导线附近放置小磁针。开关闭合瞬间，磁针偏转了一下，随即复原；开关断开瞬间，磁针反向偏转，随即复原。磁针偏转的原因是什么？请作出解释。提示：当开关闭合时，A线圈中的电流增大，磁通量增大，B线圈的磁通量也增大，B线圈中产生感应电流，小磁针发生偏转，待电路稳定后，A线圈中的磁通量不变，B线圈中感应电流为零，磁针随即复原；当开关断开时，A线圈的磁通量减小，B线圈中的磁通量也减小，B中产生了相反方向的感应电流，因此，小磁针反向偏转，最后感应电流减为零，小磁针随即复原。