3 电磁感应现象及应用
[定位·学习目标] 1.理解电磁感应、感应电流的概念,培养物理观念。2.经历实验的探究过程,体会透过各种实验现象,分析、归纳本质特征的科学思维方法。3.通过学习物理学史,培养科学探究精神。
知识点一 划时代的发现
探究新知
1.电流的磁效应:奥斯特发现的电流的磁效应,证实电现象与磁现象是有联系的。
2.“磁生电”的发现:1831年,英国物理学家法拉第发现了“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.电磁感应现象:利用变化或运动的磁场获得电流的现象叫作电磁感应现象,产生的电流叫作感应电流。
新知检测
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(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。( √ )
知识点二 产生感应电流的条件
探究新知
1.探究线圈B中是否产生电流(如图所示)
开关和滑动变阻器的状态 线圈B中是否有电流 (选填“有”或“无”)
开关闭合瞬间 有
开关断开瞬间 有
开关闭合时,滑动变阻器滑片不动 无
开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片 有
2.实验结论
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。
新知检测
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)闭合线圈内有磁场,就有感应电流。( × )
(2)闭合电路的部分导体在磁场中运动,一定会产生感应电流。( × )
(3)只要电路中磁通量发生变化,就有感应电流产生。( × )
知识点三 电磁感应现象的应用
探究新知
1.根据电磁感应现象制造的发电机开辟了人类社会的电气化时代。
2.生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的。
要点 电磁感应现象及其应用
要点归纳
1.产生感应电流的条件
(1)电路闭合。
(2)磁通量变化。
2.常见的产生感应电流的三种情况
典例研习
[例1] (感应电流有无的判断)(2025·河南许昌月考)如图所示,A中线圈有一小缺口,B、D中匀强磁场区域足够大,C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方。其中能产生感应电流的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 B
【解析】 题图A中线圈未闭合,无感应电流;题图B中闭合电路中的磁通量增大,有感应电流;题图C中的导线在闭合线圈直径的正上方,不论电流如何变化,穿过线圈的磁感线都相互抵消,磁通量恒为零,线圈中也无电流;题图D中回路磁通量恒定,无感应电流,故B
正确。
判断电路中是否产生感应电流的思路
[例2] (探究产生感应电流的条件)(2025·广东珠海检测)逆向思维是一种重要的思想方法,在这种思想方法的引领下,许多重要的科学定律被发现。“电生磁,磁生电”这种逆向互生的关系,体现了物理学中的一种对称美。请思考:
(1)1831年,物理学家法拉第用如图甲所示的实验,成功发现了磁生电现象,当开关始终处于闭合状态时,a线圈中 (选填“有”或“无”)感应电流产生,当开关闭合或断开瞬间,
a线圈中 (选填“有”或“无”)感应电流产生。
(2)如图乙所示是某兴趣小组研究磁生电现象所准备的器材。
请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 。
【答案】 (1)无 有 (2)见解析
【解析】 (1)当开关始终处于闭合状态时,因穿过a线圈的磁通量不变,所以无感应电流产生。闭合开关瞬间,穿过a线圈的磁通量突然增大,所以有感应电流产生。断开开关瞬间,穿过a线圈的磁通量突然减小,所以有感应电流产生。
(2)实物连接如图所示。
①将线圈A插入线圈B后,合上(或断开)开关瞬间;
②合上开关后,将线圈A插入线圈B中或从线圈B中抽出;
③合上开关,将线圈A插入线圈B后,移动滑动变阻器的滑片。
1.首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是( )
[A]安培和法拉第 [B]奥斯特和法拉第
[C]奥斯特和安培 [D]法拉第和楞次
【答案】 B
【解析】 奥斯特发现电流的磁效应,法拉第发现电磁感应现象。
2.虚线框内有垂直于纸面的匀强磁场。闭合线圈由位置1经过位置2、3,穿过虚线框运动到位置4。下列过程线圈中能产生感应电流的是( )
[A]仅由位置1到位置2
[B]仅由位置2到位置3
[C]仅由位置3到位置4
[D]由位置1到位置2及由位置3到位置4
【答案】 D
【解析】 闭合线圈中要产生感应电流,则穿过闭合线圈的磁通量要发生改变,分析可知,当线圈由位置1到位置2的过程中,穿过线圈的磁通量增加,从位置2到位置3的过程中,穿过线圈的磁通量不变,从位置3到位置4的过程中,穿过线圈的磁通量减少,因此线圈中能产生感应电流的过程是由位置1到位置2及由位置3到位置4。
3.(多选)(2025·河北张家口月考)线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动,其中线圈中有感应电流的是( )
【答案】 ABC
【解析】 线圈向下平动时远离电流,穿过线圈的磁通量减小,会有感应电流,故A正确;线圈绕轴转动,穿过线圈的磁通量不断变化,会有感应电流,故B正确;线圈垂直于纸面向纸面外平动,远离电流,穿过线圈的磁通量减小,会有感应电流,故C正确;线圈有个缺口,电路不闭合,无感应电流,故D错误。
课时作业
(分值:50分)
基础巩固练
考点一 产生感应电流的条件
1.(4分)关于产生感应电流的条件,以下说法正确的是( )
[A]闭合电路在磁场中运动,闭合电路中就一定会有感应电流
[B]闭合电路在磁场中做切割磁感线运动,闭合电路中一定会有感应电流
[C]穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间,闭合电路中一定不会产生感应电流
[D]穿过闭合电路的磁通量发生了变化,闭合电路中一定会有感应电流
【答案】 D
【解析】 闭合电路在磁场中运动或做切割磁感线运动时,磁通量可能不变,则没有感应电流产生,故A、B错误;穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间,若穿过闭合电路的磁通量发生变化,则有感应电流,故C错误;穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中一定会有感应电流,故D正确。
2.(4分)(2025·四川遂宁期中)如图所示,闭合线圈平面与条形磁体的轴线垂直,现保持条形磁体不动,使线圈由A位置沿轴线移动到B位置。在此过程中( )
[A]穿过线圈的磁通量将增大,线圈中有感应电流
[B]穿过线圈的磁通量将减小,线圈中有感应电流
[C]穿过线圈的磁通量先减小,后增大,线圈中无感应电流
[D]穿过线圈的磁通量先增大,后减小,线圈中无感应电流
【答案】 B
【解析】 使线圈由A位置沿轴线移动到B位置,由题图可知,穿过线圈的磁感线条数减少,则穿过线圈的磁通量减小,线圈中有感应电流,故B正确。
3.(6分)(多选)(2025·湖南湘潭月考)如图所示,O1O2是矩形导线框abcd的对称轴,其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场。下列情况中,abcd中有感应电流产生的是( )
[A]将abcd以O1O2为轴转动90°
[B]将abcd向右平移
[C]将abcd以ab为轴转动60°
[D]将abcd以cd为轴转动60°
【答案】 ABD
【解析】 将abcd以O1O2为轴转动90°,穿过线框的磁通量由最大值变为零,线框中会
产生感应电流,A正确;将abcd向右平移,磁通量逐渐减小,线框中产生感应电流,B正确;
将abcd以ab为轴转动60°,由几何关系可知,线框磁通量不变,没有感应电流产生,C错误;
将abcd以cd为轴转动60°,磁通量由最大值变为零,线框中产生感应电流,D正确。
考点二 电磁感应现象的应用
4.(4分)法拉第发现了电磁感应现象,不仅推动了电磁理论的发展,而且推动了电磁技术的发展,引领人类进入了电气化时代。下列器件工作时用到了电磁感应原理的是( )
[A]电饭煲 [B]指南针
[C]风力发电机 [D]电动机
【答案】 C
【解析】 电饭煲利用的是电流的热效应原理,故A错误;指南针是利用磁体在地磁场中受力而使指针指示方向,故B错误;风力发电机用到了电磁感应原理,故C正确;电动机是通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理,故D错误。
5.(4分) 如图为某学校的校园一卡通,在校园内将一卡通靠近读卡器,读卡器向外发射某一特定频率的变化的磁场,一卡通内线圈产生感应电流,驱动卡内芯片进行数据处理和传输,读卡器感应电路中就会产生电流,从而识别卡内信息。下列选项图中具有同一原理的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 C
【解析】 由题意可知,刷一卡通时会产生感应电流,即由磁产生电,所以其工作原理为电磁感应现象,题图A为奥斯特实验,说明通电导线周围存在磁场,题图B的实验是探究通电螺线管的磁性强弱与电流大小的关系,运用了电流的磁效应,题图C中没有电源,为发电机的工作原理,是根据电磁感应现象制成的,题图D中有电源,为电动机的工作原理,是根据通电导体在磁场中受力的作用而运动的原理制成的,故A、B、D错误,C正确。
6.(6分)(多选)如图所示,电吉他中拾音器的线圈绕在磁体上。工作时,拨动被磁体磁化的琴弦,线圈就能将振动产生的信号转换为电信号并传送到音箱发出声音,则( )
[A]琴弦振动时,琴弦中将产生感应电流
[B]琴弦振动时,穿过线圈的磁通量将发生变化
[C]若取走磁体,拾音器无法正常工作
[D]若用软铁芯替代磁体,拾音器依然可以正常工作
【答案】 BC
【解析】 由于琴弦被磁化,所以琴弦振动时,穿过线圈的磁通量将发生变化,线圈中将产生感应电流,而不是琴弦中产生感应电流,故A错误,B正确;若取走磁体或用软铁芯替代磁体,则琴弦不能被磁化,琴弦振动时无法在线圈中产生感应电流,故拾音器无法正常工作,故C正确,D错误。
能力提升练
7.(4分)在海上有一浮桶式灯塔,其结构如图所示,浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中阴影部分),其内部为产生磁场的磁体,磁体通过支柱固定在暗礁上,浮桶内置圆形线圈能够随波浪相对磁体沿竖直方向上下运动,线圈与塔灯相连,下列说法错误的是( )
[A]该装置的工作原理是电磁感应现象
[B]当海面无波浪时,该灯塔能够发光
[C]当海面有波浪时,该灯塔能够发光
[D]圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等
【答案】 B
【解析】 圆形线圈能够随波浪相对磁体沿竖直方向上下运动,回路产生感应电流,该装置的工作原理是电磁感应现象,A正确;当海面无波浪时,线圈没有相对磁体上下运动,则线圈没有切割磁感线,所以该灯塔无法发光,B错误;当海面有波浪时,线圈上下运动,线圈切割磁感线,所以回路中有感应电流,可以发光,C正确;根据对称性可知,圆形线圈上各位置的磁感应强度大小相等,D正确。
8.(6分)(多选)(2025·福建南平月考)如图所示,水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线,以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈的圆心距两根导线的距离都相等,两直导线中的电流大小与变化情况完全相同,电流方向如图所示,当两直导线中的电流都增大时,a、b、c、d中感应电流的情况是( )
[A]线圈a中无感应电流
[B]线圈b中无感应电流
[C]线圈c中有感应电流
[D]线圈d中有感应电流
【答案】 BC
【解析】 根据安培定则可知,两直导线在线圈a、c中磁场不为零,a中磁场垂直于纸面向里,c中磁场垂直于纸面向外,当两直导线中的电流都增大时,线圈a、c中的磁通量都变大,所以线圈a、c中有感应电流,故A错误,C正确;根据安培定则可知,两直导线在线圈b、d处的磁场始终相互抵消,即线圈b、d中的磁通量始终为零,故线圈b、d中没有感应电流,故B正确,D错误。
9.(12分)如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN沿框架以速度v水平向右做匀速运动。t=0时,磁感应强度为B0,此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形。
(1)求t=0时穿过MDEN回路的磁通量;
(2)为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应怎样随时间t变化 请推导出这种情况下B与t的关系式。
【答案】 (1)B0l2 (2)见解析
【解析】 (1)根据磁通量计算公式可得Φ=B0S=B0l2。
(2)为使MN棒中不产生感应电流,则回路的磁通量不变,则B应该随时间减小,
则有B0l2=Bl(l+vt),
解得B=。(共28张PPT)
3 电磁感应现象及应用
1.理解电磁感应、感应电流的概念,培养物理观念。2.经历实验的探究过程,体会透过各种实验现象,分析、归纳本质特征的科学思维方法。3.通过学习物理学史,培养科学探究精神。
[定位·学习目标]
探究·必备知识
知识点一 划时代的发现
「探究新知」
1.电流的磁效应: 发现的电流的磁效应,证实电现象与 是有联系的。
2.“磁生电”的发现:1831年,英国物理学家 发现了“磁生电”现象,他认为“磁生电”是一种在 、运动的过程中才能出现的效应。
3.电磁感应现象:利用变化或运动的磁场获得 的现象叫作电磁感应现象,产生的电流叫作 。
奥斯特
磁现象
法拉第
变化
电流
感应电流
「新知检测」
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(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。( )
√
×
知识点二 产生感应电流的条件
「探究新知」
1.探究线圈B中是否产生电流(如图所示)
开关和滑动变阻器的状态 线圈B中是否有电流
(选填“有”或“无”)
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时,滑动变阻器滑片不动
开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片
有
有
无
有
2.实验结论
产生感应电流的条件:当穿过闭合导体回路的 时,闭合导体回路中就产生感应电流。
磁通量发生变化
「新知检测」
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)闭合线圈内有磁场,就有感应电流。( )
(2)闭合电路的部分导体在磁场中运动,一定会产生感应电流。( )
(3)只要电路中磁通量发生变化,就有感应电流产生。( )
×
×
×
知识点三 电磁感应现象的应用
「探究新知」
1.根据 现象制造的发电机开辟了人类社会的电气化时代。
2.生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据 制造的。
电磁感应
电磁感应
突破·关键能力
要点 电磁感应现象及其应用
「要点归纳」
1.产生感应电流的条件
(1)电路闭合。
(2)磁通量变化。
2.常见的产生感应电流的三种情况
[例1] (感应电流有无的判断)(2025·河南许昌月考)如图所示,A中线圈有一小缺口,B、D中匀强磁场区域足够大,C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方。其中能产生感应电流的是( )
B
「典例研习」
[A] [B] [C] [D]
【解析】 题图A中线圈未闭合,无感应电流;题图B中闭合电路中的磁通量增大,有感应电流;题图C中的导线在闭合线圈直径的正上方,不论电流如何变化,穿过线圈的磁感线都相互抵消,磁通量恒为零,线圈中也无电流;题图D中回路磁通量恒定,无感应电流,故B正确。
判断电路中是否产生感应电流的思路
·规律方法·
[例2] (探究产生感应电流的条件)(2025·广东珠海检测)逆向思维是一种重要的思想方法,在这种思想方法的引领下,许多重要的科学定律被发现。“电生磁,磁生电”这种逆向互生的关系,体现了物理学中的一种对称美。请思考:
(1)1831年,物理学家法拉第用如图甲所示的实验,成功发现了磁生电现象,当开关始终处于闭合状态时,a线圈中 (选填“有”或“无”)感应电流产生,当开关闭合或断开瞬间,a线圈中 (选填“有”或“无”)感应电流产生。
无
有
【解析】 (1)当开关始终处于闭合状态时,因穿过a线圈的磁通量不变,所以无感应电流产生。闭合开关瞬间,穿过a线圈的磁通量突然增大,所以有感应电流产生。断开开关瞬间,穿过a线圈的磁通量突然减小,所以有感应电流产生。
(2)如图乙所示是某兴趣小组研究磁生电现象所准备的器材。
请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 。
【答案及解析】 (2)实物连接如图所示。
①将线圈A插入线圈B后,合上(或断开)开关瞬间;
②合上开关后,将线圈A插入线圈B中或从线圈B中抽出;
③合上开关,将线圈A插入线圈B后,移动滑动变阻器的滑片。
检测·学习效果
1.首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是( )
[A]安培和法拉第 [B]奥斯特和法拉第
[C]奥斯特和安培 [D]法拉第和楞次
B
【解析】 奥斯特发现电流的磁效应,法拉第发现电磁感应现象。
2.虚线框内有垂直于纸面的匀强磁场。闭合线圈由位置1经过位置2、3,穿过虚线框运动到位置4。下列过程线圈中能产生感应电流的是( )
[A]仅由位置1到位置2
[B]仅由位置2到位置3
[C]仅由位置3到位置4
[D]由位置1到位置2及由位置3到位置4
D
【解析】 闭合线圈中要产生感应电流,则穿过闭合线圈的磁通量要发生改变,分析可知,当线圈由位置1到位置2的过程中,穿过线圈的磁通量增加,从位置2到位置3的过程中,穿过线圈的磁通量不变,从位置3到位置4的过程中,穿过线圈的磁通量减少,因此线圈中能产生感应电流的过程是由位置1到位置2及由位置3到位置4。
3.(多选)(2025·河北张家口月考)线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动,其中线圈中有感应电流的是( )
ABC
【解析】 线圈向下平动时远离电流,穿过线圈的磁通量减小,会有感应电流,故A正确;线圈绕轴转动,穿过线圈的磁通量不断变化,会有感应电流,故B正确;线圈垂直于纸面向纸面外平动,远离电流,穿过线圈的磁通量减小,会有感应电流,故C正确;线圈有个缺口,电路不闭合,无感应电流,故D错误。
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