粤教版（2019）高中物理 必修第三册 第6章 第3节　电磁感应现象 第4节　电磁波及其应用学案

第三节　电磁感应现象
第四节　电磁波及其应用
学习目标：1.[科学探究]通过观察演示实验，归纳、概括出产生感应电流的条件。　2.[科学态度与责任]了解电磁感应的应用。　3.[科学探究]了解麦克斯韦电磁场理论，观察演示实验了解电磁波的形成和传播。 　4.[物理观念]了解电磁场的物质性。　5.[科学态度与责任]了解电视广播、电视、雷达的工作原理。
一、电磁感应现象的发现
1．电磁感应
法拉第把他发现的磁生电的现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。
2．发现电磁感应现象的意义
(1)使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。
(2)使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代。
二、产生感应电流的条件
1．探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示)：
实验操作 实验现象(有无电流) 实验结论
导体棒平行磁感线运动 无 闭合回路包围的面积变化时，回路中有感应电流；包围的面积不变时，回路中无感应电流
导体棒切割磁感线运动 有
2.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示)：
实验操作 实验现象(有无电流) 实验结论
N(或S)极插入线圈 有 线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流
N(或S)极停在线圈中 无
N(或S)极从线圈中抽出 有
3.模拟法拉第的实验(如图所示)：
实验操作 实验现象(线圈B中有无电流) 实验结论
开关闭合瞬间 有 线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流；线圈B中磁场不变时，线圈B中无感应电流
开关断开瞬间 有
开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动 无
开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片 有
4.感应电流产生的条件：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
三、电磁感应的应用
1．汽车防抱死制动系统(ABS)
(1)ABS系统的作用：为了防止汽车紧急制动时，因车轮被抱死，从而发生侧滑。
(2)ABS系统的组成：由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀组成。其中轮速传感器是利用电磁感应现象测量车轮转速的。
2．无线充电技术：又称为非接触式感应充电，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。具有安全、耐用、方便等特点，还可应用于生物医疗。
四、电磁场与电磁波
英国物理学家麦克斯韦在研究了法拉第电磁感应现象之后，提出了电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，称为电磁场。变化的电磁场在空间中的传播形成了电磁波。
五、电磁场的物质性
1．电磁场可以使电荷移动，即可以对电荷做功，这说明电磁场具有能量。
2．俄国物理学家列别捷夫测量出光对被照射物体有压力，用实验证明了由电磁场理论预言的光压。这表明电磁场具有与其他物质相互作用的属性。
3．电磁场虽然没有静止质量，但爱因斯坦提出的质能关系，揭示出电磁场具有能量而具有运动质量。光压现象也说明了磁场是有质量的，因为有质量的物质才能对其他物体表现出压力作用。
六、电磁波的技术应用
1．电视广播：利用电磁波将电视信号先传送给地球同步卫星，然后由通信卫星将信号转发回地面，大大增加了信号的覆盖面积。
2．雷达：雷达是利用电磁波进行测距、定位的仪器，主要由发射机、接收机和显示器等部分组成。
3．移动电话：无线电话、无线对讲机、移动电话均是通过电磁波实现信号的发射与接收的。每台手机都是一个小型电磁波发射台，将用户的声音或数字信息转变为高频信号发射到空中，同时它又相当于一个收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方发射来的信息。
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)有电流即生磁场。 (√)
(2)雷达用的是中波波段的无线电波。 (×)
(3)穿过闭合回路的磁通量发生变化，一定产生感应电流。 (√)
(4)移动电话是利用无线电波进行通信的。 (√)
(5)线框不闭合，即使穿过线框的磁通量变化，线框中也没有感应电流。 (√)
2．关于产生感应电流的条件，下列说法中正确的是(　　)
A．只要闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定有感应电流
B．只要闭合电路中有磁通量，闭合电路中就有感应电流
C．只要导体做切割磁感线运动，就有感应电流产生
D．只要穿过闭合电路的磁感线条数发生变化，闭合电路中就有感应电流
D　[只有穿过闭合电路的磁通量发生变化时，才会产生感应电流，D正确。]
3．手机是现代人们最常用的通信工具之一，手机间通话和收发信息是利用(　　)
A．电磁波传送　 B．超声波传送
C．光纤传送 D．空气传送
A　[手机相当于一个小型电磁波发射台，又相当于一个接收台，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方送来的信息。选项A正确。]
产生感应电流的条件及方法
如图所示，有一个导体框，导体棒ab可在导体框上移动，导体框平面与匀强磁场方向垂直。当导体棒ab向右运动时，闭合回路中是否有感应电流产生？当导体棒ab相对导体框静止，整体向右移动时，回路中是否有感应电流产生？
提示：穿过回路的面积变化，磁通量发生变化，有感应电流产生。此时穿过回路中的磁通量没有变化，没有感应电流产生。
1．感应电流产生的条件
穿过闭合回路的磁通量发生变化，无论是闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，还是穿过回路的磁场或回路的面积发生变化，都会引起穿过闭合回路的磁通量发生变化，在回路中就会有感应电流产生。其条件可以归纳为两个：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化。主要体现在“变化”上，回路中有没有磁通量穿过不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多么大，都不会产生感应电流。
2．产生感应电流的方法
(1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动
如图甲所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生。
甲　　　 　　　　　乙
(2)磁铁在线圈中运动
如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。
(3)改变螺线管AB中的电流
如图丙所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过。
丙
【例1】　如图所示，矩形线框在磁场中做各种运动，能够产生感应电流的是(　　)
A　　　　B　　　　C　　　D
B　[感应电流产生条件为：①磁通量发生变化；②闭合回路。A、C、D中穿过矩形线框的磁通量都不变，故不产生感应电流。]
判断是否产生感应电流的方法
(1)看回路是否闭合，只有在电路闭合时才有可能产生感应电流。
(2)确定磁场方向与回路平面之间的方向关系，即磁场方向与回路平面垂直、平行或成一角度。
(3)判断穿过回路的磁感线的条数是否发生变化，如果变化则产生感应电流，否则不产生感应电流。
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
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
D　[产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，线圈和电流表已经组成闭合回路，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就产生感应电流，电流表指针就偏转。在选项A、B、C三种情况下，线圈和磁铁发生相对运动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；而当磁铁插在线圈中不动时，线圈中虽然有磁通量，但磁通量不变化，不产生感应电流。]
对麦克斯韦电磁场理论及电磁波的理解
据悉一架从斯洛文尼亚飞往萨拉热窝的飞机突然警报长鸣，不得不紧急迫降，调查者们在行李舱里发现了一个处于开机状态的手机。为什么我们在乘坐飞机时，空姐都会提醒我们要关闭手机呢？
提示：每个处于工作状态的手机都是一个无线电台，它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中，而飞机也是靠电磁波导航的，所以在飞机上使用手机，就会干扰正常的电磁波导航信号，影响飞机的正常飞行。
1．麦克斯韦电磁场理论
2．电磁场
如果在空间某处产生了周期性变化的电场，就会在周围空间引起周期性变化的磁场，而这个周期性变化的磁场又在较远的空间引起新的周期性变化的电场。变化的电场和变化的磁场相互联系，形成了一个不可分割的统一体——电磁场。麦克斯韦电磁场理论中的“均匀变化”指的是在相等的时间内磁感应强度或电场强度的变化量相同；“振荡”是指周期性变化并且变化是不均匀的。
3．电磁波
(1)在真空中电磁波的传播速度等于光速，光是一种电磁波。
(2)电磁场中以电场和磁场的形式贮存着能量——电磁能。电磁波的传播过程就是能量传递的过程。
【例2】　(多选)按照麦克斯韦电磁场理论，以下说法中正确的是(　　)
A．恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场
B．变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场
C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场
D．均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场
BD　[对此理论全面正确的理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化磁场，也可以产生不变化的磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确答案为B、D。]
均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)，不均匀变化的电场(磁场)产生变化的磁场(电场)，周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的磁场(电场)。
2．(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是(　　)
A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
B．周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场
C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
AB　[变化的磁场周围产生电场， 当电场中有闭合回路时，回路中有电流。若无闭合回路，电场仍然存在，A正确；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错。]
1．下列情况中不能产生感应电流的是(　　)
甲　　　　　　　　　　　乙
丙
A．在甲图中导体AB在垂直于磁感线方向运动
B．在乙图中，条形磁铁插入和离开磁场的过程
C．在乙图中，磁铁静止在线圈中
D．在丙图中，打开和闭合开关的时候
C　[在甲图中导体AB在垂直于磁感线方向运动，切割磁感线，能产生感应电流，不符合题意，故A错误；在乙图中，条形磁铁插入和离开磁场的过程，磁通量变化，能产生感应电流，不符合题意，故B错误；在乙图中，磁铁静止在线圈中，磁通量不变，不能产生感应电流，符合题意，故C正确； 在丙图中，打开和闭合开关的时候，电流变化导致电流产生的磁场变化，从而副线圈中的磁通量变化，能产生感应电流，不符合题意，故D错误。]
2．如图甲所示为法拉第在研究电磁感应时用过的线圈，其工作原理如图乙所示，则实验中不会使电流表指针发生偏转的是(　　)
甲　　　　　　　　　　乙
A．保持开关闭合　 B．开关闭合瞬间
C．开关断开瞬间 D．移动变阻器滑片
A　[开关闭合状态下，线圈中电流恒定，穿过线圈的磁通量不发生变化，没有感应电流，电流表指针不会发生偏转，故A正确；当开关接通的瞬间、开关断开的瞬间或者移动变阻器滑片时，线圈中磁通量发生变化，产生感应电流，指针发生偏转，故B、C、D错误。]
3．在下列装置中，既能发射又能接收电磁波的是(　　)
A．收音机 B．移动电话
C．固定电话 D．电视机
B　[收音机和电视机只能接收电磁波，固定电话接收和发送的是电流信号，只有移动电话可发射和接收电磁波。]
4．(多选)在飞机上使用下列哪些物品会干扰飞机的通讯系统(　　)
A．手机 B．MP3
C．手提电脑 D．单放机
AC　[飞机通讯系统依靠电磁波来工作，所以手机、手提电脑在使用时，也会辐射较强的电磁波，所以A、C不可用。]
5．如图为“探究感应电流与磁通量变化的关系”的实验装置，当闭合开关瞬间，电流表指针偏转；闭合开关后保持滑动变阻器的滑动片位置不变时，电流表指针 ；闭合开关后将线圈A从线圈B中快速抽出时电流表指针 (均选填“偏转”或“不偏转”)。
[解析]　闭合开关后保持变阻器的滑动头位置不变时，A中电流不变，穿过B线圈中磁通量不变，没有感应电流产生，指针不会偏转。当闭合开关后将线圈A从线圈B中快速抽出时，因A线圈中有电流通过，产生磁场，磁场也穿过B线圈，而B线圈的磁通量会减小，产生感应电流，则电流表中有电流，指针会偏转。
[答案]　不偏转　偏转