课件12张PPT。3.电磁感应现象及应用 一、划时代的发现1.磁化现象:磁体能使附近的铁棒产生_____的现象。磁性2.下列是法拉第进行探索磁生电的过程,能产生感应电
流的是___。
①很强的磁体或很强的电流会在邻近的闭合导线中感
应出电流。
②1831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。②3.电磁感应是_______的现象,电磁感应中产生的电流
叫作_________。磁生电感应电流二、产生感应电流的条件1.实验探究产生感应电流的条件:
探究一:如图一实验中让导体棒在磁场中保持相对静止
时或者平行于磁场运动时,无论磁场多强,闭合电路中
都_____电流,当导体ab做___________运动时,闭合回
路中有电流产生。没有切割磁感线探究二:如图二当螺线管A的电流不变时,螺线管B所在
的回路中没有_____产生;当螺线管A的电流_____时,螺
线管B所在回路中就有了电流。电流变化2.产生感应电流的条件——只要穿过闭合电路的
_______________,闭合电路中就会有感应电流产生。磁通量发生变化三、电磁感应现象的应用
1._______是根据电磁感应原理制造的,它开辟了人类
社会的电气化时代。
2.生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根
据_________制造的。发电机电磁感应温馨提示：
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关键能力·素养形成
电磁感应产生的条件
1.电磁感应:
(1)电磁感应现象:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有电流产生,这种现象称为电磁感应现象。
(2)产生感应电流的条件
①电路闭合;②磁通量变化。
(3)电磁感应现象的实质:电路中产生感应电动势,如果电路闭合则有感应电流产生。
(4)能量转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能。
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
【思考·讨论】
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。 (科学探究)
(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?
提示: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)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?
提示: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)条形磁铁向左右运动时(丙图),电流计的指针是否发生偏转?为什么?
提示:发生偏转。闭合螺线管线圈中磁通量发生变化。
(4)条形磁铁插入到线圈后停止运动(丙图),电流计的指针是否发生偏转?为什么?
提示:不发生偏转。闭合螺线管线圈中磁通量没有变化。
(5)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,只是某一时刻磁通量为零,则回路中会产生感应电流。
【典例示范】
如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是 ( )
A.ab向右运动,同时使θ减小
B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小
C.ab向左运动,同时增大磁感应强度B
D.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)
【解析】选A。设此时回路面积为S,据题意,磁通量Φ=BScosθ,S增大,θ减小,cosθ增大,则Φ增大,A正确;B减小,θ减小,cosθ增大,Φ可能不变,B错误;S减小,B增大,Φ可能不变,C错误;S增大,B增大,θ增大,cosθ减小,Φ可能不变,D错误。
【规律方法】判断有无感应电流产生的方法
判断有无感应电流产生,关键是抓住两个条件:
(1)电路是否为闭合回路;
(2)穿过电路本身的磁通量是否发生变化。
【素养训练】
1.如选项图所示的条件下,闭合矩形线圈能产生感应电流的是( )
【解析】选D。A.因为线圈平面平行于磁感线,在以OO′为轴转动的过程中,线圈平面始终与磁感线平行,穿过线圈的磁通量始终为零,所以无感应电流产生,A错误;B.线圈平面也与磁感线平行,穿过线圈的磁通量为零,竖直向上运动过程中,线圈平面始终与磁感线平行,磁通量始终为零,故无感应电流产生,B选项错误;C.尽管线圈在转动,但B与S都不变,B又垂直于S,所以Φ=BS始终不变,线圈中无感应电流,C项错误;D.图示状态Φ=0,当转过90°时Φ=BS,所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化,因此转动过程中线圈中产生感应电流,D选项正确。
2.(多选)如图所示,1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路,B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路。通过多次实验,法拉第终于总结出产生感应电流的条件,关于该实验下列说法正确的是( )
A.闭合开关S的瞬间,电流表G中有感应电流
B.闭合开关S的瞬间,电流表G中无感应电流
C.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有感应电流
D.闭合开关S后,滑动变阻器移动到最右端,电流表G中有稳定的感应电流
【解析】选B、C。闭合S的瞬间,穿过B的磁通量没有变化,G中无感应电流,A错误,B正确;当闭合S后,若R增大,则A中电流减小,则A中磁场减小,穿过B的磁通量发生变化,C正确;闭合开关S后,滑动变阻器移动到最右端时,电路电流达到最大值,此后电流稳定不变,磁场也稳定不变,则穿过B的磁通量不发生变化,则D错误。
【补偿训练】
1.(多选)如图所示,开始时矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场中,另一半在匀强磁场外,若要使线圈中产生感应电流,下列方法中可行的是( )
A.将线圈向左平移一小段距离
B.将线圈向上平移
C.以AB边为轴转动(小于60°)
D.以AD边为轴转动(小于90°)
【解析】选A、C、D。线圈左右移动时,线圈在匀强磁场中的面积发生变化,磁通量变化,故有感应电流产生,上下移动线圈时,B与S均未发生变化,线圈内磁通量不变,故无感应电流产生。若以AB边为轴转动,B与S的夹角发生变化,同样以AD边为轴转动时,B与S的夹角发生变化引起磁通量的变化,产生感应电流,故选项A、C、D正确。
2.(多选)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导体棒ab、cd,这两个导体棒的运动速度分别为v1、v2,如图所示,则下列四种情况,ab棒中有感应电流通过的是( )
A.v1>v2 B.v1C.v1≠v2 D.v1=v2
【解析】选A、B、C。题中导轨位于匀强磁场中,只要满足v1≠v2,回路的面积发生变化,从而磁通量发生变化,回路中就有感应电流产生,故A、B、C正确。
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课堂检测·素养达标
1.(多选)图中能产生感应电流的是 ( )
【解析】选B、D。A选项中,电路没有闭合,无感应电流;B选项中,面积增大,通过闭合电路的磁通量增大,有感应电流;C选项中,穿过圆环的磁感线相互抵消,磁通量恒为零,无感应电流;D选项中,穿过闭合电路的磁通量减小,有感应电流。
2.将一圆形导线环水平放置,在圆环所在空间加上一水平向右的匀强磁场,mn、pq为圆环上两条互相垂直的直径,mn为水平方向,pq为竖直方向。则下列选项中能使圆环中产生感应电流的是 ( )
A.让圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动
B.让圆环在水平内向右平动
C.让圆环以mn为轴转动
D.让圆环以pq为轴转动
【解析】选D。当圆环以过圆心且垂直于圆环平面的轴顺时针转动时,圆环相对磁场的正对面积始终为零,因此ΔS=0,因而无感应电流产生,A错误;当圆环水平向右平动时,同样ΔS=0,因而无感应电流产生,B错误;当圆环以mn为轴转动时,圆环相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零,回路中仍无感应电流,C错误;当圆环以pq为轴转动时,圆环相对磁场的正对面积发生了改变,回路中产生了感应电流,D正确。
3.如图所示,要使Q线圈产生图示方向的电流,可采用的方法有( )
A.闭合电键K后,把R的滑片右移
B.闭合电键K后,把P中的铁芯从左边抽出
C.闭合电键K后,把Q靠近P
D.无需闭合电键K,只要把Q靠近P即可
【解析】选C。闭合电键K后,有电流产生,螺线管P中产生磁场,根据右手螺旋定则可知右端为N极,左端为S极。把R的滑片右移,电阻增大,电流减小,则螺线管Q中磁场方向从左至右,左端为S极,右端为N极,Q中电流方向与题目要求相反,左边导线上电流方向向上。故A项错误。闭合电键K后,将P中的铁芯从左边抽出,螺线管P中磁场减小,螺线管Q的左端为S极,右端为N极,左边导线上电流方向向上。故B项错误。闭合电键,将Q靠近P,Q中的磁场增强,根据楞次定律和右手螺旋定则可知,左边导线的电流向下,故C项正确。若K不闭合,则P线圈中不会产生磁场,Q中也不会产生电流,故D项错误。
【补偿训练】
从奥斯特发现电流周围存在磁场后,法拉第坚信磁一定能生电,他使用如图所示的装置进行实验研究,以致经过了10年都没发现“磁生电”。主要原因是( )
A.励磁线圈A中的电流较小,产生的磁场不够强
B.励磁线圈A中的电流是恒定电流,不会产生磁场
C.感应线圈B的匝数较少,产生的电流很小
D.励磁线圈A中的电流是恒定电流,产生稳恒磁场
【解析】选D。励磁线圈A中的电流发生变化时,穿过线圈B的磁通量发生变化,电流表G中产生感应电流。励磁线圈A中的电流是恒定电流,产生稳恒磁场,穿过线圈B的磁通量都不发生变化,电流表G中没有感应电流,故D正确,A、B、C错误。
情境:如图所示,一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中。
问题:下列情况下能使圆盘中产生感应电流的是
(1)圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动;
(2)圆盘以某一水平直径为轴匀速转动。
【解析】(1)当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动,无论转到什么位置,圆盘中的磁通量不发生变化,不能产生感应电流;
(2)当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动时,穿过圆盘的磁感线条数不断变化,即圆盘中的磁通量发生变化,圆盘中将产生感应电流。
答案:见解析
【总结提升】感应电流产生条件的理解
(1)不论什么情况,只要满足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;反之,只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
(2)感应电流的产生与Φ无关,只取决于Φ的变化,即与ΔΦ有关,ΔΦ与Φ的大小没有必然的联系。
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课时素养评价 十八
电磁感应现象及应用
(15分钟 30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.下列现象中属于电磁感应现象的是 ( )
A.磁场对通电导线产生力的作用
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】选B。电磁感应现象的实质是磁生电。A项是磁场对电流的作用力;C项是磁化现象;D项是电流的磁效应;电磁感应现象的实质是磁生电,故B项正确。
2.关于产生感应电流的条件,以下说法中正确的是 ( )
A.导体在磁场中运动,导体中就一定有感应电流
B.导体做切割磁感线运动,导体中就一定有感应电流
C.穿过闭合电路的磁通量不为零,闭合电路中就一定产生感应电流
D.无论什么方法,只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合电路中就一定产生感应电流
【解析】选D。导体在磁场中运动时,或做切割磁感线运动时,不一定有闭合回路,同时回路中磁通量不一定发生变化,故导体中不一定有感应电流,故A、B错误;根据感应电流产生的条件,不管用什么方法,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,闭合回路放在磁场中,或在磁场中运动,磁通量不一定发生变化,不一定会产生感应电流,故C错误,D正确。
3.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是 ( )
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化
【解析】选D。将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,回路中没有磁通量的变化,不能产生感应电流,观察到电流表没有变化,故A错误;在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,回路中没有磁通量的变化,不能产生感应电流,观察到电流表没有变化,故B错误;将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁的过程中有感应电流产生,但是之后,再到相邻房间去观察时,回路中已经没有磁通量的变化,此时观察到的电流表没有变化,故C错误;绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,给线圈通电或断电的瞬间,回路中的磁通量发生变化,能观察到电流表发生变化,故D正确。
【补偿训练】
最早发现电现象和磁现象之间联系的是 ( )
A.库仑 B.安培 C.奥斯特 D.法拉第
【解析】选C。库仑最早发现了库仑定律,即研究两个点电荷之间的相互作用,故A错误;安培发现了安培定则,故B错误;奥斯特是第一个发现电现象和磁现象之间联系的人,故C正确;法拉第发现了电磁感应现象,故D错误。
4.空间有竖直边界为AB、CD且垂直纸面向里的有界匀强磁场区域。一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点,将圆环拉至如图所示位置静止释放,圆环在摆动过程中环面始终与磁场垂直。若不计空气阻力,则下列说法中正确的是( )
A.圆环完全进入磁场后离最低点越近,感应电流越大
B.圆环在进入和穿出磁场时,圆环中均有感应电流
C.圆环向左穿过磁场后再返回,还能摆到原来的释放位置
D.圆环最终将静止在最低点
【解析】选B。整个圆环进入磁场后,磁通量不发生变化,不产生感应电流,故A错误;只有当圆环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化,会产生电流,故B正确;当圆环向左穿过磁场区域时磁通量发生变化,会产生电流,机械能向电能转化,所以机械能不守恒,当再返回,不能摆到原来的释放位置,故C错误;在圆环不断经过磁场,机械能不断损耗过程中圆环越摆越低,最后整个圆环只会在磁场区域来回摆动,因为在此区域内没有磁通量的变化(一直是最大值),所以机械能守恒,即圆环最后的运动状态为在磁场区域来回摆动,而不是静止在平衡位置,故D错误。
二、非选择题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
5.某小组同学在“探究感应电流产生的条件”的实验中,所用实验器材如图,图中已用导线连接好部分实验器材。
(1)请以笔画线代替导线把实验电路连接好;
(2)请说出能产生感应电流的三种做法。
①______________________________________________________________;?
②______________________________________________________________;?
③______________________________________________________________。?
【解题指南】解答此题应注意以下两点
(1)注意该实验中有两个回路,一是电源、电键、变阻器、小螺线管串联成的回路,二是电流计与大螺线管串联成的回路,据此可正确解答;
(2)穿过闭合回路的磁通量发生变化,回路中产生感应电流,据此分析答题。
【解析】(1)将电源、电键、变阻器、小螺线管串联成一个回路,注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱,再将电流计与大螺线管串联成另一个回路,电路图如图所示:
(2)只要使得闭合回路中的磁通量发生变化,闭合回路中就有感应电流产生,所以能产生感应电流的三种做法为:①电键闭合或断开;②电键闭合后,A线圈插入或拨出;③电键闭合后,移动滑动变阻器的滑片。
答案:见解析
(10分钟 20分)
6.(6分)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音,下列说法不正确的有 ( )
A.选用铜质弦,电吉他仍能正常工作
B.取走磁体,电吉他将不能正常工作
C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势
D.弦振动过程中,线圈中的电流方向不断变化
【解析】选A。铜不可以被磁化,则选用铜质弦,电吉他不能正常工作,故A错误;取走磁体,就没有磁场,弦振动时,线圈中无磁通量的变化,无法产生感应电流,电吉他将不能正常工作,故B正确;增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势,故C正确;弦振动过程中,磁场方向不变,但线圈中磁通量有时变大,有时变小,则线圈中的电流方向不断变化,故D正确。
【补偿训练】
如图所示,导线ab和cd互相平行,则下列情况中导线cd中无电流的是( )
A.开关S闭合或断开的瞬间
B.开关S是闭合的,但滑片向左滑
C.开关S是闭合的,但滑片向右滑
D.开关S始终闭合,滑片不动
【解析】选D。开关S闭合或断开的瞬间,下方回路中的电流发生变化,ab中产生的磁场随之变化,穿过上面回路的磁通量变化,所以导线cd中有感应电流,故A错误;开关S闭合,滑片向左滑动时,接入电路的电阻增大,回路中的电流减小,则ab产生的磁场减弱,则穿过上面回路的磁通量减小,将产生感应电流,故B错误;开关S闭合,滑片向右滑动时,接入电路的电阻减小,回路中的电流增大,则ab产生的磁场增强,则穿过上面回路的磁通量增大,将产生感应电流,故C错误;开关S始终是闭合的,不滑动滑片,回路中电流不变,ab产生的磁场不变,穿过上面回路的磁通量不变,将无感应电流产生,故D正确。
7.(14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到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应随时间t怎样变化?请推导这种情况下B与t的关系式。
【解题指南】解答本题应注意两点:
(1)当回路中没有感应电流产生时,回路总的磁通量应保持不变。
(2)分别求出两个磁通量,根据t=0时刻,回路中磁通量为B0l2,t时刻磁感应强度为B,此时回路中磁通量为Bl(l+vt),Bl(l+vt)与B0l2相等,即可求得磁感应强度与时间的关系式。
【解析】要使棒中不产生感应电流,穿过回路的磁通量应保持不变,则有:
B0l2=Bl(l+vt)
解得:B=
答案:
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