13,3 电磁感应现象及应用（学案2）

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高中物理必修三素养提升学案
第13章 电磁感应与电磁波初步
第3节　电磁感应现象及应用
【学习目标】
1.理解什么是电磁感应现象。
2.掌握感应电流产生的条件,会根据条件判断是否有感应电流产生。
3.了解电磁感应现象在现实生活中的应用。
【科学素养要求】
1. 物理观念
知道电磁感应现象和感应电流的概念。
2. 科学思维
通过模仿法拉第的实验，归纳得出产生感应电流的条件。学会通过现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法。
3. 科学探究
经历感应电流产生条件的探究活动，提高分析论证能力。
4. 科学态度与责任
(1)了解电磁感应现象曲折的发现过程，学习法拉第坚持理想信念、不畏艰辛、勇于探索的科学精神。
(2)了解电磁感应现象的重大历史意义和电磁感应现象的广泛应用，体会科学、技术对人类文明的推动作用。
【学习资源】
物理教材必修第三册
【学习方法】
通过自主学习、合作探究、互动展示完成本节课的学习。
【学习过程】
【教材研习】
磁通量:
1.物理意义
2.计算公式
【答案】(1)物理意义:表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。用字母符号Φ表示。
(2)计算公式:Φ=BS,式中B为匀强磁场的磁感应强度,S为有磁感线穿过且与B垂直的有效面积。
[自主学习]
阅读课本P114~P115有关法拉第发现电磁感应的内容,回答以下问题:
(1)奥斯特发现电流的磁效应引发了怎样的思考 法拉第对此发现的观点是什么
(2)法拉第的研究是一帆风顺的吗 法拉第面对失败是怎样做的
(3)法拉第经历了多次失败后,终于发现了电磁感应现象,他发现电磁感应现象的具体过程是怎样的
(4)从法拉第探索电磁感应现象的历程中,你学到了什么 谈谈自己的体会。
【合作探究】
初中我们学过了闭合回路的部分导体做切割磁感线运动时会产生感应电流,同学们思考一下在导体棒做切割磁感线运动时是我们学过的哪一个物理量发生了变化
请结合已有知识,猜想一下产生感应电流的条件。

【实验探究】针对自己的猜想,现提供如下器材,请自己设计实验方案,验证猜想是否正确。
器材:学生电源、开关、导线、线圈(两个大小不同)、滑动变阻器、电流表、条形磁铁。
【实验方案1】:(画出电路图)
本方案中如何操作可以引起磁通量的变化
本方案是否产生了感应电流
【实验方案2】:(画出电路图)
本方案中如何操作可以引起磁通量的变化
本方案是否产生了感应电流
感应电流产生的条件:


【自主探究】
阅读课本P116电磁感应现象的应用部分内容,写出电磁感应现象的应用实例。
(1)物理意义:表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。用字母符号Φ表示。
(2)计算公式:Φ=BS,式中B为匀强磁场的磁感应强度,S为有磁感线穿过且与B垂直的有效面积。
【答案】
自主学习
1.奥斯特发现电流的磁效应,震动了整个科学界,引发了人们对于“磁生电”的思考。法拉第坚信磁与电之间应该存在这种“感应”。
2.法拉第的研究并非一帆风顺,经历一次次失败仍坚持研究。
3.1831年,法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,一个线圈接电源,另一个线圈接“电流表”。当给一个线圈通电或断电的瞬间,在另一个线圈上出现了电流。法拉第从中领悟到,“磁生电”是一种在变化、运动过程中才能出现的效应。他把这些现象定名为电磁感应,产生的电流叫作感应电流。
4.不畏艰辛,不惧失败的科学探索精神。
合作探究
磁通量
猜想:闭合回路的磁通量发生变化
设计方案能使电路中的磁通量发生变化并产生感应电流即可。
条件:1.闭合回路
2.闭合回路的磁通量发生变化
自主探究
电磁炉、发电机、变压器等

【知识点探究】
知识点一　划时代的发现
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。
2．1831年，法拉第发现了“磁生电”现象，他认为“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
3．法拉第把这些“磁生电”现象定名为电磁感应，这些现象中产生的电流叫作感应电流。
知识点二　产生感应电流的条件
1．探索感应电流产生的条件
(1)实验装置
(2)实验过程
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．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。
【温馨提示】
电路闭合、磁通量变化，是产生感应电流的两个条件，缺一不可。闭合电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过闭合电路的磁通量很大但不变化，那么也不会产生感应电流。
知识点三　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。
【电磁感应产生的条件探究】
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；图乙中线框在磁场中左右运动；如图丙所示，有一个线圈与一个灵敏电流计连成闭合电路，将一条形磁铁的一部分插入线圈中。
（1）保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中上下运动(图甲)。线框中是否产生感应电流？
(2)保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中左右运动(图乙)，线框中是否产生感应电流？
(3)条形磁铁向左右运动时(图丙)，电流计的指针是否发生偏转？为什么？
【答案】（1）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。
(2)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发生变化，所以无感应电流产生。
(3)发生偏转。闭合螺线管线圈中磁通量发生变化。
2．常见的产生感应电流的三种情况
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：
【典例分析】
【例题】如图所示,通电直导线旁放有一闭合线圈abcd,请大家设计方法,使线圈abcd中能产生感应电流。
【解析】本题具有较强的开放性,由学生自己设计方法产生感应电流,考查的知识点为产生感应电流的条件。
本题答案不唯一,只要能使穿过线圈abcd的磁通量发生变化即可,例如左右平移线圈、绕ab边转动线圈。
[变式练习]如下图所示,矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外,下述过程中使线圈产生感应电流的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.以bc为轴转动45°
B.以ad为轴转动45°
C.将线圈向下平移
D.将线圈向上平移
【答案】B
【解析】只要磁通量变化都可以使线圈产生感应电流，B正确。
【课堂练习】
1.(多选)下列现象属于电磁感应现象的是(　　)
A.小磁针在通电导线附近发生偏转
B.闭合回路的导体棒切割磁感线时,回路中有电流产生
C.因闭合线圈在磁场中运动而产生电流
D.磁铁吸引小磁针
【答案】BC
【解析】闭合回路的导体棒切割磁感线时,回路中有电流产生和因闭合线圈在磁场中运动而产生电流，属于电磁感应现象，BC正确。
2.关于电磁感应现象,下列说法正确的是(　　)
A.闭合线圈放在变化的磁场中,必然有感应电流产生
B.闭合正方形线圈在匀强磁场中垂直磁感线运动,必然产生感应电流
C.穿过闭合线圈的磁通量变化时,线圈中有感应电流
D.只要穿过电路的磁通量变化,电路中就有感应电流
【答案】C
【解析】根据产生感应电流的条件，可知穿过闭合线圈的磁通量变化时,线圈中有感应电流，C正确。
3.如图所示,一有限范围的匀强磁场宽度为d,若将一个边长为L的正方形线框以速度v匀速的通过磁场区域,已知d>L,则导线框在通过磁场区域的过程中无感应电流的时间为(　　)
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】导线框在通过磁场区域的过程中，若磁通量不变，则无感应电流，所以导线框在通过磁场区域的过程中无感应电流的时间为t=，C正确。
4.(多选)下列电器中,应用到电磁感应现象的有(　　)
A.发电机 B.电动机
C.变压器 D.电磁炉
【答案】ACD
【解析】应用到电磁感应现象的有发电机、变压器、电磁炉。
【核心素养专练】
1.下列物理量属于标量的是(　　)
A.速度 B.加速度
C.电流 D.电场强度
【答案】C
【解析】　选项中四个物理量均既有大小,又有方向,其中电流适用代数运算法则,是标量,其余量适用平行四边形定则,是矢量,故C正确。
2.关于电场强度和磁感应强度,下列说法正确的是(　　)
A.由真空中点电荷的电场强度公式E=知,当r→0时,其电场强度趋近于无穷大
B.电场强度的定义式E=适用于任何电场
C.由公式B=知,一小段通电导体在某处不受磁场力,说明此处一定无磁场
D.磁感应强度的方向就是置于该处的通电导线所受的安培力方向
【答案】B
【解析】　电场强度公式E=适用于真空中点电荷,当r→0时,就不能看做点电荷了,公式不适用,选项A错误; 电场强度的定义式E=适用于任何电场,选项B正确；一小段通电导体在某处不受磁场力,可能是导线与磁场方向平行,此处不一定无磁场,选项C错误;磁感应强度的方向与该处的通电导线所受的安培力方向垂直,选项D错误。
3.关于产生感应电流的条件,以下说法正确的是(　　)
A.闭合电路的导体在磁场中运动,闭合电路中就一定有感应电流产生
B.闭合电路在磁场中做切割磁感线运动,闭合电路中一定有感应电流产生
C.穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间,闭合电路中一定没有感应电流产生
D.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
【答案】.D　
【解析】产生感应电流的条件有两个:①闭合电路;②穿过闭合电路的磁通量发生了变化。故D项正确。
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