13.3电磁感应现象及应用 学案 —【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册（word含答案）

第十三章 第3节　电磁感应现象及应用
【学习目标】
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．经历感应电流产生条件的探究活动，提高分析论证能力。
3．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，认识实验观察能力与逻辑思维能力在科学探究过程中的重要作用。
4．了解电磁感应现象发现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。
【知识梳理】
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)实验一：
实验操作 线圈中是否有电流 分析论证
导体棒静止 无 穿过线圈的磁场不变，线圈的面积发生变化时，线圈中产生感应电流
导体棒平行 磁感线运动 无
导体棒切割 磁感线运动 有
(2)实验二：
开关和变阻器的状态 分析 线圈B中是否有电流 总结
开关闭合瞬间 线圈A的电流突然变大，则穿过线圈B的磁场突然变强 有 线圈B的面积不变，穿过线圈B的磁场发生变化时，会产生感应电流
开关断开瞬间 线圈A的电流突然消失，则穿过线圈B的磁场突然变弱 有
开关闭合时，滑动变阻器不动 线圈A的电流不变，则穿过线圈B的磁场不变 无
开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片 线圈A的电流变化，则穿过线圈B的磁场变化 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。
3．磁通量的变化
(1)面积S发生变化；(2)磁感应强度B发生变化；(3)磁场B与面积S的夹角发生变化。
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。
▲判一判
(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。 (×)
【学习过程】
任务一：磁通量的变化
[例1]如图所示，下列几种情况，试分析线圈中磁通量的变化情况。
(1)甲图：矩形线圈在匀强磁场中上下运动；
(2)乙图：矩形线圈在匀强磁场中左右运动；
(3)丙图：矩形线圈在匀强磁场中绕轴转动；
(4)丁图：弹簧线圈在磁场中收缩。
[变式训练1-1]如图所示，AB是水平面上一个圆的直径，在过AB的竖直平面内有一根通电导线CD，已知CD∥AB。当CD竖直向上平移时，电流磁场穿过圆面积的磁通量将(　　)
A．逐渐增大　 B．逐渐减小
C．始终为0 D．不为0但保持不变
C　[通电直导线产生稳定的磁场，根据安培定则判断可知：在AB的外侧磁感线向下穿过线圈平面，在AB的里侧磁感线向上穿过线圈平面，根据对称性可知，穿过线框的磁感线的总条数为零，磁通量为零，CD竖直向上平移时，穿过这个圆面的磁通量始终为零，保持不变，故A、B、D错误，C正确。]
[变式训练1-2]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。]
[变式训练1-3]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。]
任务二：感应电流的产生
[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。
[变式训练2-1]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。]
[变式训练2-2]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。]
[变式训练2-3] (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。]
[变式训练2-4](多选)某实验转置如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈A和B。如果线圈A中电流i与时间t的关系有以下几种情况，那么在t1~ t2这段时间内，那种情况可以观察到线圈B中有感应电流( )

BCD　[A中的电流是恒定电流，产生的磁场不变，则穿过线圈B的磁通量不变，所以不会产生感应电流。BCD三种情况电流是随时间变化的，产生的磁场变化，则穿过线圈B的磁通发生改变，线圈中会产生感应电流，选项BCD正确。]