人教版高中物理必修三 （電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用）新課件

第3節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用

核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究1.知道什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2.理解磁通量的變化。3.理解探究感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的實(shí)驗(yàn)，并理解感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。4.掌握運(yùn)用感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件判斷感應(yīng)電流能否產(chǎn)生。1.理解從電生磁到磁生電的科學(xué)探究方法。2.探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件的實(shí)驗(yàn)方法。1.通過實(shí)驗(yàn)探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。2.知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，體會人類探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。知識點(diǎn)一劃時代的發(fā)現(xiàn)上圖是法拉第發(fā)明的發(fā)電機(jī)。圓盤發(fā)電機(jī)，首先向人類揭開了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的序幕。試想：電是怎么生成的？結(jié)合奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)現(xiàn)象，猜想，電能生磁，磁能生電嗎？[觀圖助學(xué)]1.1820年，丹麥物理學(xué)家________發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線能使小磁針偏轉(zhuǎn)，說明電流產(chǎn)生________，這種作用稱為電流的________，即“電能生磁”。2.1831年，19世紀(jì)偉大的物理學(xué)家________發(fā)現(xiàn)了____________現(xiàn)象，即“磁能生電”。3.由磁得到電的現(xiàn)象叫作________________。在________________中產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流。4.劃時代的發(fā)現(xiàn)的意義：為電和磁的統(tǒng)一創(chuàng)造了條件，推動人類進(jìn)入電氣化時代。奧斯特磁場磁效應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象[思考判斷](1)首先發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是奧斯特。(

)(2)電磁感應(yīng)現(xiàn)象是把電轉(zhuǎn)變?yōu)榇诺倪^程。(

)(3)電磁感應(yīng)是一種在變化、運(yùn)動過程中才會出現(xiàn)的現(xiàn)象。(

)××√[觀圖助學(xué)]

如圖所示，把一條大約10m長的電線的兩端連在一個靈敏電流表的兩個接線柱上，形成閉合電路。兩個同學(xué)迅速搖動這條電線，可以發(fā)電嗎？簡述你的理由。你認(rèn)為兩個同學(xué)沿哪個方向站立時，發(fā)電的可能性比較大？知識點(diǎn)二產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1.能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的三個典型的實(shí)驗(yàn)是 (1)條形磁鐵和線圈發(fā)生____________。 (2)閉合電路中的部分導(dǎo)體____________。 (3)改變原線圈中電流，在副線圈中產(chǎn)生____________。相對運(yùn)動切割磁感線感應(yīng)電流2.法拉第把可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)的情況概括為 (1)________的電流。 (2)________的磁場。 (3)________的恒定電流。 (4)________的磁鐵。 (5)在磁場中運(yùn)動的________等。變化變化運(yùn)動運(yùn)動導(dǎo)體3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論只要穿過________電路的________發(fā)生變化，________電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。閉合磁通量閉合[思考判斷](1)只要閉合電路內(nèi)有磁通量，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(

)(2)閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時，電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。(

)(3)閉合線圈和磁場發(fā)生相對運(yùn)動時，一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流。(

)(4)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，電路中一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流。(

)×√×√[觀察探究] (1)如圖所示，平面S在垂直于磁場方向上的投影面積為S′。若有n條磁感線穿過S′，則穿過面積S的磁感線有多少條？核心要點(diǎn)對磁通量變化的理解(2)若磁場增強(qiáng)，即B增大，穿過面積S的磁感線條數(shù)是否增多？穿過面積S的磁通量如何變化？答案(1)n條(2)B增大時，穿過面積S的磁感線條數(shù)增多，穿過面積S的磁通量增大[探究歸納]1.引起磁通量變化的原因 (1)當(dāng)B不變，有效面積S變化時，ΔΦ＝B·ΔS。 (2)當(dāng)B變化，S不變時，ΔΦ＝ΔB·S。 (3)B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此時ΔΦ≠ΔB·ΔS。2.磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ的比較 (1)Φ是狀態(tài)量，是閉合回路在某時刻(某位置)穿過回路的磁感線的條數(shù)，當(dāng)磁場與回路平面垂直時Φ＝BS。 (2)ΔΦ是過程量，它表示回路從某一時刻到另一時刻磁通量的改變量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1。[試題案例][例1]如圖所示，一環(huán)形線圈沿條形磁鐵的軸線，從磁鐵N極的左側(cè)A點(diǎn)運(yùn)動到磁鐵S極的右側(cè)B點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)關(guān)于磁鐵的中心對稱，則在此過程中，穿過環(huán)形線圈的磁通量將(

)A.先增大，后減小B.先減小，后增大C.先增大，后減小，再增大，再減小D.先減小，后增大，再減小，再增大答案A[例2]如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與水平方向的夾角為30°，圖中實(shí)線位置有一面積為S的矩形線圈處于磁場中，并繞著它的一條邊從水平位置Ⅰ轉(zhuǎn)到豎直位置(圖中虛線位置Ⅱ)。則在此過程中磁通量的變化量的大小為(

)解析取線圈在水平位置時穿過線圈的磁通量為正，線圈處于豎直位置，磁感線從線圈另一面穿過，答案C[針對訓(xùn)練1]如圖所示，通電直導(dǎo)線右邊有一個矩形線框，線框平面與直導(dǎo)線共面，若使線框逐漸遠(yuǎn)離(平動)通電導(dǎo)線，則穿過線框的磁通量將(

) A.逐漸增大 B.逐漸減小 C.保持不變 D.不能確定

解析線框遠(yuǎn)離導(dǎo)線時，穿過線框的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，線框的面積不變，所以穿過線框的磁通量減小。

答案B[針對訓(xùn)練2]邊長l＝10cm的正方形線框固定在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與線框平面間的夾角θ＝30°，如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化的規(guī)律為B＝(2＋3t)T，則第3s內(nèi)穿過線框的磁通量的變化量ΔΦ為多少？解析第3s內(nèi)就是從2s末到3s末，所以2s末的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1＝(2＋3×2)T＝8T，3s末的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2＝(2＋3×3)T＝11T，則ΔΦ＝ΔBSsinθ＝(11－8)×0.12×sin30°Wb＝1.5×10－2Wb。答案1.5×10－2Wb[觀察探究]1.如圖所示，有一個線圈與一個靈敏電流計(jì)連成閉合電路。將一條形磁鐵的一部分插入線圈中。(1)當(dāng)條形磁鐵向右運(yùn)動時，電流計(jì)的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？(2)當(dāng)線圈向左運(yùn)動時，電流計(jì)的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？答案(1)偏轉(zhuǎn)(2)偏轉(zhuǎn)核心要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件2.甲圖，當(dāng)導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動時；乙圖，當(dāng)條形磁鐵插入或拔出線圈時；丙圖，當(dāng)電鍵斷開或閉合，或移動滑動變阻器的滑片時。電流表指針均有擺動，這說明什么問題，三種情況下存在著什么共同的規(guī)律？答案電流表指針均有擺動，說明三種情況下均產(chǎn)生了感應(yīng)電流。共同點(diǎn)是三種情況下，閉合線圈的磁通量均發(fā)生變化。[探究歸納]1.閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線在初中學(xué)過，當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時，電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，如圖所示。導(dǎo)體棒左右平動、前后平動、上下平動，觀察電流表的指針，把觀察到的現(xiàn)象記錄在表1中。表1導(dǎo)體棒的運(yùn)動表針的擺動方向?qū)w棒的運(yùn)動表針的擺動方向向右平動向左向后平動不擺動向左平動向右向上平動不擺動向前平動不擺動向下平動不擺動結(jié)論：只有左右平動時，導(dǎo)體棒切割磁感線，才有電流產(chǎn)生；前后平動、上下平動，導(dǎo)體棒都不切割磁感線，沒有電流產(chǎn)生2.向線圈中插入磁鐵，把磁鐵從線圈中拔出如圖所示，把磁鐵的某一個磁極向線圈中插入，或從線圈中抽出，或靜止地放在線圈中。觀察電流表的指針，把觀察到的現(xiàn)象記錄在表2中。表2磁鐵的運(yùn)動表針的擺動方向磁鐵的運(yùn)動表針的擺動方向N極插入線圈向右S極插入線圈向左N極停在線圈中不擺動S極停在線圈中不擺動N極從線圈中抽出向左S極從線圈中抽出向右結(jié)論：只有磁鐵相對線圈運(yùn)動時，才有電流產(chǎn)生；磁鐵相對線圈靜止時，沒有電流產(chǎn)生3.模擬法拉第的實(shí)驗(yàn)如圖所示，線圈A通過滑動變阻器和開關(guān)連接到電源上，線圈B的兩端與電流表連接，把線圈A裝在線圈B的里面.觀察以下四項(xiàng)操作中線圈B中是否有電流產(chǎn)生。把觀察到的現(xiàn)象記錄在表3中。表3操作現(xiàn)象開關(guān)閉合瞬間有電流產(chǎn)生開關(guān)斷開瞬間有電流產(chǎn)生開關(guān)閉合時，滑動變阻器的滑片不動無電流產(chǎn)生開關(guān)閉合時，迅速移動滑動變阻器的滑片有電流產(chǎn)生結(jié)論：只有當(dāng)線圈A中電流變化時，線圈B中才有電流產(chǎn)生4.結(jié)論不論用什么方法，不論何種原因，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。[試題案例][例3]如圖為研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置。下列哪種情況下電流表指針不會偏轉(zhuǎn)(

)A.閉合開關(guān)的瞬間B.閉合開關(guān)后，電路中電流穩(wěn)定時C.閉合開關(guān)后，移動滑動變阻器的滑片時D.閉合開關(guān)后，把線圈A從線圈B中拉出時解析電流表指針不偏轉(zhuǎn)，說明電流表與B線圈組成的電路中無電流，根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，只需要檢查B線圈中磁通量是否變化即可。閉合開關(guān)時，電路中的電流從無到有，A中的磁場從無到有，故穿過B的磁通量發(fā)生變化，電流表中有電流流過；當(dāng)電路中電流穩(wěn)定時，穿過B的磁通量不再發(fā)生變化，電流表中無電流流過；移動滑動變阻器的滑片時，會造成A中電流大小變化，能引起B(yǎng)的磁通量變化，電流表中有電流流過；把線圈A從線圈B中拉出時，穿過B的磁通量減少，電流表中有電流流過。故只有選項(xiàng)B符合要求。答案B[針對訓(xùn)練3](多選)某學(xué)生做觀察電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)時，將電流表、線圈A和B、蓄電池、開關(guān)，用導(dǎo)線連接成如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)，下列說法正確的是(

)A.線圈A插入線圈B的過程中，有感應(yīng)電流B.線圈A從線圈B拔出的過程中，有感應(yīng)電流C.線圈A停在線圈B中，有感應(yīng)電流D.線圈A拔出線圈B的過程中，線圈B的磁通量在減小解析由感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件知選項(xiàng)A、B正確，C錯誤；在線圈A從線圈B拔出的過程中，線圈B的磁通量減小，選項(xiàng)D正確。答案ABD[觀察探究]1.如圖所示，當(dāng)導(dǎo)體棒ad向右運(yùn)動時，穿過abcd的磁通量有沒有發(fā)生改變？閉合回路中有無感應(yīng)電流？答案磁通量發(fā)生改變，有感應(yīng)電流產(chǎn)生。核心要點(diǎn)對產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件的理解2.保持線框平面始終與磁感線垂直，線框在磁場中上下運(yùn)動(圖甲)，線框在磁場中左右運(yùn)動(圖乙)；線框繞軸線AB轉(zhuǎn)動(圖丙)。線框中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？答案圖甲中，線框在磁場中上下運(yùn)動的過程中，穿過線框的磁通量沒有發(fā)生變化，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生；圖乙中，線框在磁場中左右運(yùn)動的過程中，盡管切割磁感線，但是穿過線框的磁通量沒發(fā)生變化，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生；圖丙中，線框繞軸線AB轉(zhuǎn)動，穿過線框的磁通量發(fā)生改變，有感應(yīng)電流產(chǎn)生。[探究歸納]1.感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：①電路為閉合回路；②穿過閉合回路的磁通量要發(fā)生變化，兩個條件必須同時具備。2.對條件的理解：導(dǎo)體回路閉合、磁通量變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩個必要條件，缺一不可。而導(dǎo)體回路中有沒有磁通量不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，如果穿過導(dǎo)體回路的磁通量很大但不發(fā)生變化，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。[試題案例][例4]如選項(xiàng)圖所示，A中線圈有一小缺口，B、D中勻強(qiáng)磁場區(qū)域足夠大，C中通電導(dǎo)線位于水平放置的閉合線圈某一直徑的正上方。其中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(

)解析圖A中線圈沒閉合，無感應(yīng)電流；圖B中閉合電路中的磁通量增大，有感應(yīng)電流；圖C中的導(dǎo)線在圓環(huán)的正上方，不論電流如何變化，穿過線圈的磁感線都相互抵消，磁通量恒為零，也無電流；圖D中回路磁通量恒定，無感應(yīng)電流。故本題只有選項(xiàng)B正確。答案B方法總結(jié)分析是否產(chǎn)生感應(yīng)電流，關(guān)鍵是要分析穿過閉合線圈的磁通量是否發(fā)生變化，而分析磁通量是否有變化，關(guān)鍵要知道磁感線是如何分布的，所以在做這類題時應(yīng)注意：(1)熟記條形磁鐵和蹄形磁鐵內(nèi)、外磁感線分布的立體形狀，它是解決問題的基礎(chǔ)。(2)學(xué)會找特殊位置并分析其變化。利用磁感線判斷磁通量的變化：若線圈所包圍的磁感線穿過線圈平面的方向相同時，條數(shù)增加，磁通量增加；若穿過線圈平面的磁感線方向相反時，某一個方向是多數(shù)的磁感線條數(shù)增加，則磁通量增加，某一個方向是少數(shù)的磁感線條數(shù)增加，則磁通量減少，總之，要用穿過線圈磁感線的凈條數(shù)的增、減判斷磁通量的變化，要用多數(shù)的磁感線的方向作為線圈所包圍的磁場的方向。[例5](多選)如圖所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關(guān)組成閉合電路，在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A，下列各種情況中銅環(huán)A中有感應(yīng)電流的是(

) A.線圈中通以恒定的電流 B.通電過程中，使變阻器的滑片P做勻速移動 C.通電過程中，使變阻器的滑片P做加速移動 D.將開關(guān)突然斷開的瞬間解析線圈中通以恒定的電流，銅環(huán)A中磁通量不變，銅環(huán)A中沒有感應(yīng)電流，A錯誤；變阻器的滑片P做勻速、加速移動時，線圈中電流變化，銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變化，銅環(huán)A中有感應(yīng)電流，B、C正確；將開關(guān)突然斷開的瞬間，線圈中電流變?yōu)榱?，銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變化，銅環(huán)A中有感應(yīng)電流，D正確。答案BCD方法歸納判斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的技巧(1)電路閉合和磁通量發(fā)生變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩個條件，二者缺一不可。(2)磁通量發(fā)生變化，其主要內(nèi)涵體現(xiàn)在“變化”上，磁通量很大若沒有變化也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁通量雖然是零但是在變化時仍然可以產(chǎn)生感應(yīng)電流。(3)磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)，磁通量大小不受線圈匝數(shù)的影響。(4)磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數(shù)的影響，用公式求Φ、ΔΦ時，不必考慮線圈匝數(shù)n。[針對訓(xùn)練4]有一正方形閉合線圈，在足夠大的勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動。圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(

)解析A中線圈不切割磁感線，所以A中線圈沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故A錯誤；B、C、D中線圈均在切割磁感線，即使切割了磁感線，也不能保證就能產(chǎn)生感應(yīng)電流，比如B和C中的線圈豎直邊切割了磁感線，但閉合線圈的磁通量沒有發(fā)生變化，故B、C中的線圈也沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。故B、C錯誤，D正確。答案D(1)開關(guān)閉合瞬間；(2)開關(guān)閉合穩(wěn)定后；(3)開關(guān)閉合穩(wěn)定后，來回移動滑動變阻器的滑片；(4)開關(guān)斷開瞬間。解析本題主要考查閉合電路中電流變化導(dǎo)致磁場變化從而產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。答案(1)有(2)無(3)有(4)有電磁感應(yīng)與電磁波初步——學(xué)科素養(yǎng)提升

科學(xué)思維1磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場強(qiáng)度的比較[例1]（多選）下列說法中正確的是（）A.電荷在某處不受靜電力的作用，則該處的電場強(qiáng)度為零B.一小段通電導(dǎo)線在某處不受安培力的作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C.把一個試探電荷放在電場中的某點(diǎn)，它受到的靜電力與所帶電荷量的比值表示該點(diǎn)電場的強(qiáng)弱D.把一小段通電導(dǎo)線放在磁場中某處，它所受的磁場力與該小段通電導(dǎo)線的長度和電流乘積的比值表示該處磁場的強(qiáng)弱答案AC[針對訓(xùn)練1]下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和電場強(qiáng)度的方向的說法中，錯誤的是（） A.電場強(qiáng)度的方向與電荷所受靜電力的方向相同 B.電場強(qiáng)度的方向與正電荷所受的靜電力的方向相同 C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與小磁針N極所受磁場力的方向相同 D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與小磁針靜止時N極所指的方向相同解析電場強(qiáng)度的方向就是正電荷所受的靜電力的方向，A錯誤，B正確；磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，就是放在該點(diǎn)的小磁針N極受力的方向，C正確；也就是小磁針靜止時N極所指的方向，D正確。答案A科學(xué)思維2雙向磁場的磁通量的比較磁通量大小的比較和磁通量大小的計(jì)算要注意線圈所在位置處的磁場是單向磁場還是雙向磁場，對條形磁鐵、蹄形磁鐵、環(huán)形電流、通電直導(dǎo)線磁場的分布要熟悉。磁通量，通俗地說，就是穿過某個面的磁感線的凈條數(shù)，所以如果同時有相反兩個方向的磁感線穿過某一線圈，總的磁通量應(yīng)該計(jì)算磁感線的凈條數(shù)。磁通量雖然是標(biāo)量，卻有正負(fù)之分。如圖所示，套在條形磁鐵外部的線圈A和B所在的平面內(nèi)，既有向上的磁感線，又有向下的磁感線，凈條數(shù)應(yīng)該是二者之差。[例2]兩個圓環(huán)A、B如圖所示放置，且半徑RA＞RB，一條形磁鐵的軸線過兩個圓環(huán)的圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，則穿過A、B環(huán)的磁通量ΦA(chǔ)和ΦB的關(guān)系是（） A.ΦA(chǔ)＞ΦB

B.ΦA(chǔ)＝ΦB C.ΦA(chǔ)＜ΦB

D.無法確定解析因?yàn)橛袃蓚€方向的磁感線穿過線圈，磁通量應(yīng)是抵消之后所剩余的磁感線的凈條數(shù)。從上向下看，穿過圓環(huán)A、B的磁感線如圖所示，磁感線有進(jìn)有出，A、B環(huán)向外的磁感線條數(shù)一樣多，但A環(huán)向里的磁感線條數(shù)較多，抵消得多，凈剩條數(shù)少，所以ΦA(chǔ)＜ΦB，故選項(xiàng)C正確。答案C科學(xué)思維3雷達(dá)的原理和應(yīng)用1.雷達(dá)的原理

利用電磁波遇到障礙物發(fā)生反射的特性。2.雷達(dá)的構(gòu)造及特點(diǎn)一般由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、輸出裝置（顯示器）、電源、用于控制雷達(dá)工作和處理信號的計(jì)算機(jī)以及