13.3 电磁感应现象及应用（学案1）

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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。
【自主预习】
一、划时代的发现
[填空]
1.“电生磁”的发现
1820年,丹麦物理学家　　　　　　发现了电流的磁效应。
2.“磁生电”的发现
1831年　　　　发现了电磁感应现象,产生的电流叫作　　　　　　　。
3.电磁感应现象发现的意义


二、产生感应电流的条件
[填空]
产生感应电流的条件

三、电磁感应现象的应用
　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　都是根据电磁感应制造的。
【答案】一、1.奥斯特
2.法拉第　感应电流
3.电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加深入,宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。
二、穿过闭合回路的磁通量发生变化
三、发电机　变压器　电磁炉
【课堂探究】
[情境设问]产生感应电流需要满足什么样的条件
实验一:请同学们利用手中器材,让导体棒做切割磁感线运动,观察产生的感应电流。
[情境设问]导体棒做切割磁感线运动时,是与磁场相关的哪个物理量发生了变化
实验二:如图所示,条形磁铁插入、停留、抽出螺线管中,观察螺线管中是否有电流产生。
实验三:如图所示,线圈A通过变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端连到电流表上,把线圈A装在线圈B的里面,观察下面几种情况下线圈B中是否有电流产生。
实验操作 实验现象(线圈B中有无电流)
开关闭合
开关断开
开关闭合时,滑动变阻器不动
开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片
　　[思考与讨论]
总结实验观察到的现象,概括一下产生感应电流的条件。
【答案】
实验一:导体棒做切割磁感线运动时,是通过闭合回路的磁通量发生了变化。
实验二:条形磁铁插入和抽出线圈时有感应电流产生,条形磁铁停留在线圈中时无感应电流产生。
实验三:
实验操作 实验现象(线圈B中有无电流)
开关闭合 有
开关断开 有
开关闭合时,滑动变阻器不动 无
续表
实验操作 实验现象(线圈B中有无电流)
开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片 有
　　[思考与讨论]
产生感应电流需要满足两个条件:(1)闭合回路,(2)磁通量发生变化。
【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】
5.发现电磁感应现象的科学家是(　　)
A.奥斯特 B.安培
C.科拉顿 D.法拉第
【答案】D
【解析】发现电磁感应现象的科学家是法拉第，D正确。
6.发电机利用水力、风力等动力推动线圈在磁场中转动,将机械能转化为电能。这种转化利用了(　　)
A.电流的热效应
B.电磁感应原理
C.电流的磁效应
D.磁场对电流的作用原理
【答案】B
【解析】发电机利用水力、风力等动力推动线圈在磁场中转动,将机械能转化为电能。这种转化利用了.电磁感应原理，B正确。
7.如下图所示,线圈两端接在电流表上组成闭合电路。在下列情况中,电流计指针不发生偏转的是(　　)
A.线圈不动,磁铁插入线圈
B.线圈不动,磁铁从线圈中拔出
C.磁铁不动,线圈上、下移动
D.磁铁插在线圈内不动
【答案】D
【解析】电流计指针不发生偏转，说明没有产生感应电流，线圈中磁通量不变，所以电流计指针不发生偏转的是D。
8.(多选)如下图所示有一边长为L的正方形线框abcd,从某高度处自由下落,在其下方有一个宽度大于L的匀强磁场,下列过程中产生感应电流的是(　　)
A.线框进入磁场的过程
B.线框全部进入磁场到开始出磁场的过程
C.线框出磁场的过程
D.运动的整个过程
【答案】AC
【解析】只要线圈内磁通量变化，就产生感应电流，线框进入磁场的过程，线框出磁场的过程，磁通量变化产生感应电流，AC正确。
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