高中物理粵教版（2019）必修第三册 6.3 电磁感应现象 课件（共35张PPT）

(共35张PPT)
第三节　电磁感应现象
核心素养点击
物理观念 了解电磁感应现象，知道感应电流产生的条件
科学探究 通过探究感应电流产生的条件的实验，知道电磁感应现象及其产生的条件
科学态度 与责任 (1)了解法拉第发现电磁感应现象的重大意义
(2)了解电磁感应现象发现的历史过程，体会科学家探索自然规律的科学态度和科学方法
一、电磁感应现象的发现
填一填
(1)电磁感应。
法拉第把他发现的磁生电的现象叫做电磁感应现象，由电磁感应现象产生的电流叫做__________。
(2)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完善，宣告了_______作为一门统一学科的诞生。
②使人们找到了_______的条件，开辟了人类的电气化时代。
感应电流
电磁学
磁生电
二、产生感应电流的条件
1．填一填
(1)探究导体棒在磁场中运动过程是否产生电流(如图所示)：
实验操作 实验现象 (有无电流) 实验结论
导体棒平行磁感线运动 ____ 闭合回路包围的面积_____时，回路中有感应电流；包围的面积_____时，回路中无感应电流
导体棒切割磁感线运动 ____
无
有
变化
不变
(2)探究磁铁在通电螺线管中运动过程是否产生电流(如图所示)：
实验操作 实验现象 (有无电流) 实验结论
N(或S)极插入螺线管 _____ 螺线管中的磁场_____时，螺线管中有感应电流；螺线管中的磁场_____时，螺线管中无感应电流
N(或S)极停在螺线管中 _____
N(或S)极从螺线管中抽出 _____
有
无
有
变化
不变
(3)模拟法拉第的实验(如图所示)：
实验操作 实验现象(线圈B中有无电流) 实验结论
开关闭合瞬间 ____ 线圈B中磁场______时，线圈B中有感应电流；线圈B中磁场_____时，线圈B中无感应电流
开关断开瞬间 ____
开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动 ____
开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片 ____
有
有
无
有
变化
不变
(4)感应电流产生的条件：只要穿过闭合回路的________发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
2．判一判
(1)穿过闭合线圈的磁通量发生变化，一定能产生感应电流。 ( )
(2)闭合线圈做切割磁感线运动，一定能产生感应电流。 ( )
(3)闭合线圈和磁场发生相对运动，不一定能产生感应电流。 ( )
磁通量
√
×
√
3．想一想
如图所示的实验装置中，开关由断开到闭合的瞬间，电流表指针是否摆动？开关闭合后电路不变，电流表指针是否摆动？迅速调节滑动变阻器的滑片，电流表指针是否摆动？
提示：开关由断开到闭合瞬间，线圈A中电流从无到有，电流产生磁场，穿过B的磁通量增大，B中产生感应电流，电流表指针摆动，开关闭合后电路不变，穿过B的磁通量不变，B中无感应电流，电流表指针不摆动。迅速调节滑动变阻器的滑片，A中电流发生变化，穿过B的磁通量变化，B中产生感应电流，电流表指针摆动。
三、电磁感应的应用
填一填
(1)汽车防抱死制动系统(ABS)。
①ABS系统的作用：为了防止汽车紧急制动时，因车轮被抱死，从而发生侧滑。
②ABS系统的组成：由轮速________、电子控制模块和电磁阀组成。其中___________是利用电磁感应现象测量车轮转速的。
(2)无线充电技术：又称为__________感应充电，是利用供电设备直接将_____传送给用电器的技术。具有_____、耐用、方便等特点，还可应用于_________。
传感器
轮速传感器
非接触式
电能
安全
生物医疗
探究(一)　　实验：探究感应电流产生的条件
[重难释解]
1．产生感应电流的必要条件
(1)电路必须是闭合电路。
(2)穿过回路的磁通量发生变化。
2．对产生感应电流条件的理解
(1)不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。
(2)在闭合电路中有磁通量但不变化，即使磁场很强，磁通量很大，也不会产生感应电流。
(3)产生感应电流的条件可以归纳为两个：一个是电路本身的属性，即电路必须是闭合的；另一个是穿过电路的磁通量必须发生变化。
3．理解导体棒切割磁感线的方法
(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割。如图所示，甲、乙两图中，导体都切割磁感线，而图丙中，导体没有切割磁感线。
(2)即使导体“切割”了磁感线，也不一定能产生感应电流。如图所示，对于图甲，尽管导体“切割”了磁感线(匀强磁场)，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；对于图乙，导体框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；对于图丙，闭合导体回路在非匀强磁场中运动，切割了磁感线，同时穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流。
探究产生感应电流条件的实验步骤如图甲、乙、丙所示。
(1)本实验中，我们通过观察____________来判断电路中是否有感应电流。
(2)通过比较图甲和丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要________；通过比较图________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动。
(3)若图甲中AB棒不动，磁铁左右水平运动，电路________(选填“有”或“无”)感应电流。
(4)在产生感应电流的实验中，将________能转化为电能，生活中的________机就是根据上述原理工作的。
解析：(1)实验时，通过观察电流表的指针是否偏转，来确定电路中是否产生感应电流。
(2)甲电路是闭合电路，电流表的指针发生偏转，说明电路中产生了感应电流。丙电路是断开的，电流表的指针没有偏转，说明电路中没有产生感应电流。由此可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合。另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动，甲实验导体在磁场中做切割磁感线运动，乙实验导体在磁场中运动不切割磁感线，由此比较可以确定要选用甲图和乙图。
(3)在甲图中，电路是闭合的，若AB棒不动，磁体运动，利用运动和静止的相对性可以确定，AB棒也做切割磁感线运动，具备了感应电流产生的两个条件，所以电路中有感应电流产生。
(4)电磁感应现象中，消耗了机械能，得到了电能，利用电磁感应现象制成了发电机。
答案：(1)电流表指针是否偏转　(2)闭合　甲和乙
(3)有　(4)机械　发电
[素养训练]
1．[多选]下图均为闭合线框在磁场中运动，请判断能产生感应电流的情况 (　　)
解析：产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，A、B没有磁通量的变化，所以没有感应电流，C、D是闭合回路，同时磁通量发生变化，所以产生感应电流。
答案：CD
2．如图是某兴趣小组研究磁生电现象所需的器材。
请你协助该小组完成如下工作，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方式：
①__________________________________________________________________；
②__________________________________________________________________；
③__________________________________________________________________。
解析：实物连接如图所示；使副线圈回路产生感应电流的方式有：①将原线圈A插入副线圈B中，合上(或断开)开关瞬间；②合上开关后，将原线圈A插入副线圈B中或从副线圈B中抽出；③合上开关，将原线圈A插入副线圈B后，移动滑动变阻器的滑片。
答案：见解析
探究(二)　　感应电流有无的判断
[问题驱动]
如图，甲图中磁铁下方有一个闭合线圈，乙图中通电导线右侧有一个闭合线框。
(1)甲图中，线圈不动，磁铁向下靠近线圈时，线圈中有无感应电流？
提示：线圈中磁通量增大，有感应电流。
(2)乙图中，通电导线中的电流减小时，线框中有无感应电流？
提示：线框中磁通量减小，有感应电流。
[重难释解]
判断有无感应电流的基本步骤
(1)明确所研究的电路是否为闭合电路。
(2)分析最初状态穿过电路的磁通量情况。
(3)根据相关量变化的情况分析穿过闭合电路的磁通量是否发生变化，常见的情况有以下几种：
①磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化，例如闭合电路的一部分导体切割磁感线时。
②线圈面积S不变，磁感应强度B发生变化，例如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化时。
③磁感应强度B和线圈面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝Φ1－Φ0计算并判断磁通量是否发生变化。
④线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间的夹角发生变化，例如线圈在磁场中转动时。
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，不会产生感应电流。D中磁通量的大小变小。
答案：A
如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，初始位置线框
与磁感线平行，则在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是
(　　)
A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动
C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
解析：四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线框运动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流，C中线框转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确。
答案：C
判断产生感应电流的条件应注意的问题
(1)磁通量有变化，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，磁通量不同，产生感应电流。
[素养训练]
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，穿过线圈中磁通量变大，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：A
2．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，使变阻器的滑片P做匀速移动
C．通电时，使变阻器的滑片P做加速移动
D．将开关突然断开的瞬间
解析：线圈中通以恒定的电流时，线圈产生稳定的磁场，穿过铜环A的磁通量不变，没有感应电流产生；通电时，使变阻器的滑片P滑动时，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的磁通量减小，产生感应电流，故选A。
答案：A　
3. [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＞v2 B．v1＜v2
C．v1＝v2 D．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
4．法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图所示，他把两
个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导
线连通，导线下面平行放置一个小磁针，实验中可能观察到的现象是 (　　)
A．用一节电池作电源小磁针不偏转，用十节电池作电源小磁针会偏转
B．线圈B匝数较少时小磁针不偏转，线圈B匝数足够多时小磁针会偏转
C．线圈A和电池连接瞬间，小磁针会偏转
D．线圈A和电池断开瞬间，小磁针不偏转
解析：根据“磁生电”即电磁感应现象的产生条件，只有线圈B中磁通量变化时才能在线圈B中产生感应电流，因此无论线圈B匝数多少，无论线圈A中电池多少，通过线圈B中的磁通量不变时都不能在线圈B中产生感应电流，选项A、B错误；只有在线圈A和电池连接或断开的瞬间，线圈B中才能产生感应电流，电流产生磁场，使导线下面平行放置的小磁针发生偏转，选项C正确、D错误。
答案：C
一、培养创新意识和创新思维
1．[选自鲁科版新教材课后习题] 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。
2．[选自鲁科版新教材课后习题]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。
二、注重学以致用和思维建模
3．[多选]纯电动汽车是一种节能环保的交通工具，它的制动能量回收系统通过能量回收再利用，可提高汽车对能量的利用效率。制动能量回收原理是利用线圈在磁场中转动，将车辆制动时的部分动能转化为其他形式的能存储起来。关于制动能量回收，下列说法中正确的是 (　　)
A．制动能量回收利用了电磁感应现象
B．制动能量回收利用了电流的热效应
C．制动能量回收时，将车辆制动时的部分动能转化为内能
D．制动能量回收时，将车辆制动时的部分动能转化为电能
解析：汽车在刹车过程中，动能减小，减小的动能一部分以电能的形式存储，因此制动能量回收一定利用了电磁感应现象，将车辆的部分动能转化为电能，选项A、D正确，B、C错误。
答案：AD
4．(2021·珠海调研)2020年12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品着陆地球。假如不久的将来我国一宇航员登月后，想探测一下月球表面是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断正确的是 (　　)
A．直接将电流表放于月球表面，看是否有示数来判断磁场的有无
B．将电流表与线圈组成闭合回路，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场
C．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场
D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表有示数，则可判断月球表面有磁场
解析：直接将电流表放于月球表面，电流表电路是断开的，不能产生感应电流，无法判断有无磁场，故A错误；将电流表与线圈组成回路，线圈不运动，磁通量不变，则线圈中不会有感应电流，所以电流表无示数，不能判断月球表面无磁场，故B错误；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，若运动方向平行磁感线，不会产生感应电流，若电流表无示数，线圈中磁通量不发生变化，不能说明月球表面无磁场，故C错误；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表有示数，则说明穿过线圈的磁通量变化，可判断月球表面有磁场，故D正确。
答案：D