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第十三章 电磁感应与电磁波初步
3.电磁感应现象及应用
自
主
探
新
知
预
习
电流
电流
变化
电磁感应
磁通量
发电机
变压器
×
√
√
√
×
合
作
攻
重
难
探
究
磁通量及磁通量的变化
感应电流的产生
当
堂
固
双
基
达
标
课
时
分
层
作
业
点击右图进入…
Thank
you
for
watching
!
答案
解析答案
A
D
××Ⅹ
X-￥
C
考点1
N
考点2
规律方法
A
P
2
磁铁
线
W
谢谢次赏
谢谢赏课时分层作业(十八) 电磁感应现象及应用
(时间：25分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共7小题，每小题6分，共42分)
1．如图所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路，在下列情况中，电流表指针不发生偏转的是( )
A．线圈不动，磁铁插入线圈时
B．线圈不动，磁铁拔出线圈时
C．磁铁插在线圈内不动
D．磁铁和线圈相对移动时
C [根据电磁感应现象产生的条件，不论哪部分移动，只要磁体与线圈的相对位置发生变化，线圈所在处的磁场都会发生变化，所以选项A、B、D中都会产生感应电流，C中不会产生感应电流。]
2．某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路。当他接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转，其原因是( )
A．开关位置接错
B．电流计的正、负接线柱接反
C．线圈B的接头3、4接反
D．蓄电池的正、负极接反
A [题图中开关的连接不能控制含有电源的电路中电流的通断。而本实验的目的是研究在开关通、断的瞬间，线圈B中是否产生感应电流，但题图中的接法达不到该目的。开关应接在线圈A所在的回路中。]
3．如图所示，一金属圆线圈和一条形磁铁的中轴线在同一竖直平面内，下列情况中能使线圈中产生感应电流的是( )
A．将磁铁竖直向上平移
B．将磁铁水平向右平移
C．将磁铁在图示的平面内，N极向上、S极向下转动
D．将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内
D [图示状态下，穿过圆形线圈的磁通量为零，而选项A、B、C中的做法不会引起线圈中磁通量的变化，故无感应电流。]
4．如图所示，L为一根无限长的通电直导线，M为一金属环，L过M的圆心，且通以向上的电流I，则( )
A．当L中的I发生变化时，环中有感应电流
B．当M左右平移时，环中有感应电流
C．当M保持水平，在竖直方向上下移动时环中有感应电流
D．只要L与M保持垂直，则以上几种情况，环中均无感应电流
D [由于直线电流的磁场是垂直导线的同心圆，故只要L与M保持垂直，穿过金属环M的磁通量就为零，保持不变，环中均无感应电流产生。故选项D正确。]
5．如图所示，一线圈放在通电螺线管的正中间A处，现向右移动到B处，则在移动过程中通过线圈的磁通量如何变化( )
A．变大
B．变小
C．不变
D．无法确定
B [螺线管内部磁场向左穿过线圈，设向左穿过线圈的磁通量为Φ1，螺线管外部磁场向右穿过线圈，设穿过的磁通量为Φ2，则净磁通量为Φ＝Φ1－Φ2。线圈从正中间A处向右移动到B处，Φ2增大，Φ1不变，则Φ减小。故B正确，A、C、D错误。]
6．如图所示，一有限范围的匀强磁场，宽为d。一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域。若d>L，则线框穿过磁场区域的过程中，线框中产生感应电流的时间为( )
A．
B.
C．
D．
C [在线框进入和穿出磁场的过程中，穿过线框的磁通量分别增大和减小，闭合线框中有感应电流产生；整个线框在磁场中运动时，线框中无感应电流产生，所以，线框中有感应电流的时间为。]
7．(多选)在如图所示的电路中，当开关S闭合后，为使灵敏电流计的指针偏转，下列说法可行的是( )
A．将A线圈向左靠近B线圈
B．将开关S突然断开
C．保持右边电路电流不变
D．将滑动变阻器的阻值调小
ABD [在螺线管A中有磁通量的变化就引起螺线管B中的磁通量变化，所以将滑动变阻器的阻值调小，将开关S突然断开都能使磁通量发生变化，产生感应电流，使灵敏电流计的指针偏转，选项B、D对；当线圈靠近的时候也可以使穿过B螺线管的磁通量变化，所以选项A也对。]
二、非选择题(8分)
8．在一段时间里，法拉第记下了大量实验失败的日记，然而他却一如既往，没有放弃追求，坚信既然“电能生磁”，那么“磁也一定能产生电”。正是在这种执着的追求中，1831年法拉第终于获得了成功。他制作了两个线圈，分别绕在铁环上，一个线圈与伏特电池连接，另一个线圈的两端用一根铜线连接起来，这根铜线的下方放有一根小磁针。法拉第在实验中发现，当开关接通或断开的刹那间，小磁针都发生微小摆动，而在电流稳定不变时，即使所通电流很大，小磁针也不发生任何摆动。这就是人类发现电磁感应现象的最初实验，它是物理学上一个重要的里程碑。
法拉第磁生电实验示意图
问题：小磁针偏转是什么原因导致的？为什么电流稳定不变时小磁针不偏转？
[答案] 感应电流的磁场使小磁针偏转。电流稳定时铁环中的磁通量不发生变化，在无电源的线圈中不能产生感应电流。
23.电磁感应现象及应用
[学习目标] 1.了解法拉第发现电磁感应现象的过程，体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神。2.理解感应电流产生的条件，会判断回路中是否有感应电流。(重点、难点)3.了解电磁感应现象的应用。(重点)
一、划时代的发现
1．电流的磁效应引起的思考：既然电流能够产生磁场，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢？
2．法拉第的探索：经历了长达10年的探索，经历了一次次失败，最终领悟到，“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：由磁产生电的现象。
4．感应电流：由电磁感应产生的电流。
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。
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。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)奥斯特发现了电磁感应现象。
(×)
(2)法拉第发现了电磁感应现象。
(√)
(3)法拉第完成了“由磁产生电”的设想。
(√)
(4)闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流。
(√)
(5)只要电路中磁通量发生变化，就有感应电流产生。
(×)
2．下列现象中属于电磁感应现象的是( )
A．磁场对电流产生力的作用
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
B [电磁感应现象指的是处在变化的磁场中的闭合回路产生电流的现象，选项B正确。]
3．(多选)如图所示，线框ABCD从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法正确的是( )
A．进入匀强磁场区域的过程中，ABCD中有感应电流
B．在匀强磁场中加速运动时，ABCD中有感应电流
C．在匀强磁场中匀速运动时，ABCD中没有感应电流
D．离开匀强磁场区域的过程中，ABCD中没有感应电流
AC [从磁通量有无“变化”来判断产生感应电流与否，能抓住要点得出正确结论。若从切割磁感线的角度考虑问题，需注意全面比较闭合电路各部分切割的情况。在有界的匀强磁场中，常常需要考虑闭合回路进磁场、出磁场和在磁场中运动的情况，线框ABCD在匀强磁场中无论匀速，还是加速运动，穿过线框ABCD的磁通量都没有发生变化。]
磁通量及磁通量的变化
1．磁通量
(1)意义：磁通量表示穿过一个闭合电路(或一个面)的磁感线数目。
(2)影响磁通量大小的因素
①闭合回路(或一个面)的面积S。
②磁场的强弱(即磁感应强度B的大小)。
③磁感应强度B的方向与面积S的夹角。
2．磁通量的变化
引起穿过一个闭合电路(或一个面)的磁通量发生变化的原因有以下几点：
(1)闭合回路面积S的变化引起磁通量的变化。如图所示是导体做切割磁感线运动使面积发生变化而改变了穿过回路的磁通量。
(2)磁感应强度的变化引起磁通量的变化。如图甲是通过磁极的运动改变穿过回路的磁通量；图乙通过改变原线圈A中的电流从而改变磁场的强弱，进而改变穿过线圈B的磁通量。
(3)磁场和闭合电路的面积都不发生变化，二者的夹角发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化。如图所示，闭合线圈在匀强磁场中绕轴OO′转动的过程。
【例1】 如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量( )
A．是增加的
B．是减少的
C．先增加，后减少
D．先减少，后增加
思路点拨：解此题的关键是正确把握条形磁铁的磁场分布情况，并结合磁通量的概念分析。
D [要知道线圈在下落过程中磁通量的变化情况，就必须知道条形磁铁在磁极附近磁感线的分布情况，条形磁铁在N极附近的分布情况如图所示，由图可知线圈中磁通量是先减少，后增加。D选项正确。]
1．一个匝数为n、面积为S的闭合线圈置于水平面上，若线圈内的磁感应强度在时间t内由竖直向下从B1减少到零，再反向增加到B2，则线圈内的磁通量的变化量ΔΦ为( )
A．n(B2－B1)S
B．n(B2＋B1)S
C．(B2－B1)S
D．(B2＋B1)S
D [末状态的磁通量Φ2＝B2S，初状态的磁通量Φ1＝－B1S，则线圈内的磁通量的变化量ΔΦ＝(B2＋B1)S，故D正确，A、B、C错误。]
感应电流的产生
1．感应电流的产生条件
(1)闭合电路。
(2)磁通量发生变化。
2．产生感应电流的常见类型
(1)导线ab切割磁感线时，闭合回路产生的电流(如图甲所示)。
(2)磁铁插入和拉出线圈时，回路中产生的电流(如图乙所示)。
(3)如图丙所示，当开关S闭合或断开时，回路B中产生电流。当开关闭合，滑动变阻器滑片向上或向下滑时，回路B中产生电流。
【例2】 线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：A.向右平动，B.向下平动，C.绕轴转动(ad边向里)，D.从纸面向纸外做平动，E.向上平动(E线圈有个缺口)，判断线圈中有没有感应电流？
A B C D E
思路点拨：根据导线周围的磁感线分布以及产生感应电流的条件即可判断各图中感应电流的有无。
[解析] 在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的．对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱。
A．向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故线圈中没有感应电流。
B．向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流。
C．绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化(开始时减少)，必产生感应电流。
D．离纸面越远，线圈中磁通量越少，线圈中有感应电流。
E．向上平动，穿过线圈的磁通量增加，但由于线圈没有闭合，因此无感应电流。
[答案] A、E中无感应电流，B、C、D中有感应电流。
判断是否产生感应电流的关键是明确电路是否闭合，分清磁感线的疏密分布，从而判断磁通量是否变化，而不是看磁通量的有无。
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，下列各种情况中铜环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
A [线圈中通以恒定的电流时，线圈产生稳恒的磁场，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消失，穿过铜环A的磁通量减小，产生感应电流。故选A。]
课
堂
小
结
知
识
脉
络
1.电磁感应现象的发现。2．感应电流产生的条件。3．电磁感应现象的应用。
1．(多选)下列说法正确的是
( )
A．发现电磁感应现象的科学家是奥斯特，发现电流磁效应的科学家是法拉第
B．奥斯特的思维和实践没有突破当时人类对电和磁认识的局限性
C．产生感应电流的原因都与变化或运动有关
D．电磁感应现象的发现使人们找到了“磁生电”的方法，开辟了人类的电气化时代
CD [奥斯特发现了电流的磁效应，他的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性，B错误。发现电磁感应现象的科学家是法拉第，A错误。产生感应电流的原因都与变化或运动有关，C正确。电磁感应现象的发现，宣告了电磁学的诞生，开辟了人类的电气化时代，D正确。]
2．磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”。在如图所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0。下列判断正确的是( )
A．Φ1最大
B．Φ2最大
C．Φ3最大
D．Φ1、Φ2、Φ3相等
A [磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少，从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多，穿过S3的磁感线条数最少。]
3．在如图所示的实验中，能在线圈中产生感应电流的情况是( )
A．磁铁静止在线圈上方
B．磁铁静止在线圈右侧
C．磁铁静止在线圈里面
D．磁铁插入或抽出线圈的过程
D [磁铁静止在线圈上方、右侧和里面，穿过闭合电路的磁通量均不发生变化，但磁铁插入或抽出时，磁通量变化，故选项D正确。]
4．如图所示，闭合的矩形线圈abcd放在范围足够大的匀强磁场中，下列哪种情况下线圈中能产生感应电流( )
A．线圈向左平移
B．线圈向上平移
C．线圈以ab为轴旋转
D．线圈不动
C [A、B、D项三种情况穿过线圈的磁通量都不变，线圈中不会产生感应电流，只有C项所述线圈以ab为轴旋转，穿过线圈的磁通量发生改变，线圈中会产生感应电流，选项C正确。]
