13.3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用（導(dǎo)學(xué)案）高二物理（人教版2019）

第3節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象曲折的發(fā)現(xiàn)過程，學(xué)習(xí)法拉第堅(jiān)持理想信念、不畏艱辛、勇于探索的科學(xué)精神。2、經(jīng)歷感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的探究活動(dòng)，提高分析論證能力。3、通過模仿法拉第的實(shí)驗(yàn)，歸納得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。學(xué)會(huì)通過現(xiàn)象分析歸納事物本質(zhì)特征的科學(xué)思維方法，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)觀察能力與邏輯思維能力在科學(xué)探究過程中的重要作用。4、了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的重大歷史意義和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的廣泛應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)、技術(shù)對(duì)人類文明的推動(dòng)作用。【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】學(xué)習(xí)重點(diǎn)：歸納總結(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，學(xué)習(xí)法拉第等科學(xué)家堅(jiān)持理想信念、勇于探索和創(chuàng)新的科學(xué)精神。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：通過設(shè)計(jì)、模仿法拉第的實(shí)驗(yàn)，通過觀察和分析，將原來淺顯已知的產(chǎn)生感應(yīng)電流的非充要條件（閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)），提升為產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件——穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化?！局R(shí)回顧】1、閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。2、產(chǎn)生穩(wěn)定電流的條件：①閉合回路，②有電壓。3、磁通量的計(jì)算式：Φ＝BS?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1、可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的情況有：變化的電流，變化的磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的恒定電流，運(yùn)動(dòng)的磁鐵，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。2、發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，閉合回路中的磁通量Φ＝BS發(fā)生了變化。3、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：①閉合回路，②磁通量變化?！菊n堂探究】新課導(dǎo)入思考：在初中物理中，大家學(xué)習(xí)過的，導(dǎo)體在什么情況下產(chǎn)生感應(yīng)電流？這產(chǎn)生感應(yīng)電流的唯一方法嗎？還有其他方法嗎？這些方法有什么內(nèi)在聯(lián)系？閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流?！疽曨l】奧斯特實(shí)驗(yàn)。第一部分劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)法拉第第一個(gè)成功實(shí)現(xiàn)由磁產(chǎn)生電的實(shí)驗(yàn)：法拉第線圈由此可知，電磁感應(yīng)不是穩(wěn)態(tài)效應(yīng)，而是動(dòng)態(tài)效應(yīng)。“磁生電”現(xiàn)象的本質(zhì)特征是：變化、運(yùn)動(dòng)。思考：哪些情況可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象？變化的電流變化的磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的恒定電流運(yùn)動(dòng)的磁鐵在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體【視頻】科拉頓實(shí)驗(yàn)。第二部分產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件思考1：下列實(shí)驗(yàn)中，哪一個(gè)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流？AB靜止AB沿磁感線運(yùn)動(dòng)AB切割磁感線無電流無電流有電流思考2：當(dāng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)與磁場(chǎng)相關(guān)的哪個(gè)物理量發(fā)生了變化呢？AB切割磁感線時(shí)，磁場(chǎng)沒有變化，變化的只有電路ABCD的面積。也就是說，穿過電路ABCD的磁通量發(fā)生了變化。實(shí)驗(yàn)1：探究導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（有無電流）分析論證導(dǎo)體棒靜止無電流閉合電路在磁場(chǎng)中圍成的面積變化時(shí)，電路中有電流產(chǎn)生；圍成的面積不變時(shí)，電路中無電流產(chǎn)生。導(dǎo)體棒平行磁感線運(yùn)動(dòng)無電流導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)有電流實(shí)驗(yàn)2：探究條形磁體插入螺線管時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。磁鐵的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（有無電流）分析論證插入線圈有電流線圈中的磁場(chǎng)變化時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流；線圈中的磁場(chǎng)不變化時(shí)，線圈中無感應(yīng)電流靜止不動(dòng)無電流從線圈中抽出有電流思考3：如果將條形磁體替換為小通電螺線管，還能有上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎？通電螺線管的磁場(chǎng)分布與條形磁鐵相似，所以用通電螺線管替換條形磁鐵仍有上述現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)3：探究改變小通電螺線管中的電流時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。磁鐵的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（有無電流）分析論證開關(guān)閉合瞬間有電流線圈B中磁場(chǎng)變化時(shí)，線圈B中有感應(yīng)電流；磁場(chǎng)不變時(shí)，線圈B中無感應(yīng)電流開關(guān)斷開瞬間有電流開關(guān)保持閉合，滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng)無電流開關(guān)保持閉合，迅速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片有電流思考4：上述實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形可以歸納為哪些種類？這些種類有哪些共同點(diǎn)？可以分為導(dǎo)線切割磁感線和磁場(chǎng)發(fā)生變化兩類。導(dǎo)線切割磁感線：B不變，S變磁場(chǎng)發(fā)生變化：S不變，B變共同點(diǎn)：閉合回路中的磁通量Φ＝BS都發(fā)生了變化。結(jié)論：只要穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體回路中就有感應(yīng)電流。思考5：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？①閉合回路②磁通量變化：正對(duì)面積改變，或磁場(chǎng)的大小改變，或磁場(chǎng)的方向改變第三部分電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用電磁感應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例：發(fā)電機(jī)【視頻】世界第一臺(tái)發(fā)電機(jī)：法拉第盤【視頻】手搖發(fā)電機(jī)發(fā)電?！疽曨l】甩動(dòng)銅線給小燈泡供電。電磁感應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例：電磁爐、變壓器、無線充電。【自我測(cè)評(píng)】1．（2022上·江西上饒·高二校聯(lián)考階段練習(xí)）1921年一個(gè)十分神奇的與電有關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象被法拉第發(fā)現(xiàn)了，出于對(duì)這個(gè)現(xiàn)象的好奇，他對(duì)這種現(xiàn)象潛心研究了十年，終于在1931年發(fā)現(xiàn)了在物理科技史上影響十分重大的電磁感應(yīng)效應(yīng)。下列四幅圖所描述的情境，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（）A．甲圖中，線圈與條形磁鐵中心軸線在同一平面內(nèi)且遠(yuǎn)離磁鐵B．乙圖中，線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)C．丙圖中，條形磁鐵快速穿過有缺口的線圈D．丁圖中，線圈在通電直導(dǎo)線下方以虛線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)【答案】D【詳解】產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：①線圈閉合；②穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化。A．甲圖中，線圈與條形磁鐵中心軸線在同一平面內(nèi)且遠(yuǎn)離磁鐵時(shí)，由于線圈平面與磁場(chǎng)一直平行，使得穿過線圈的磁通量為零，未發(fā)生改變，所以不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，故Ａ錯(cuò)誤；B．乙圖中，線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量保持不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B錯(cuò)誤；C．丙圖中，條形磁鐵快速穿過有缺口的線圈，由于線圈不閉合，所以不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C錯(cuò)誤；D．丁圖中，線圈在通電直導(dǎo)線下方以虛線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生了改變，所以能產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D正確。故選D。2．（2022上·浙江·高三校聯(lián)考階段練習(xí)）某地理老師給同學(xué)們展示了一種磁懸浮地球儀，底座通電時(shí)球體會(huì)懸浮起來（圖甲）。它的內(nèi)部原理是如圖乙所示，底座里面有線圈，球體是磁鐵，球體的頂端是S極，底部是N極，底座通電時(shí)能讓球體懸浮起來。則下列敘述中正確的是（）A．地球儀底座對(duì)桌面的壓力大小等于底座受到的重力B．球體能夠懸浮是利用了電磁感應(yīng)原理C．電路中的a端點(diǎn)須連接直流電源的負(fù)極D．若增加線圈的電流，則球體重新靜止時(shí)受到的斥力將變大【答案】C【詳解】A．地球儀受到重力和通電線圈給它向上的磁場(chǎng)力而處于靜止?fàn)顟B(tài)，底座受向下的重力和磁鐵向下的磁場(chǎng)力以及桌面向上的支持力而平衡，則底座對(duì)桌面的壓力大小大于底座受到的重力，A錯(cuò)誤；B．球體能夠懸浮是由于通電線圈對(duì)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)力與重力平衡，B錯(cuò)誤；C．磁體要平衡，由圖乙可知通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向應(yīng)向上，根據(jù)右手螺旋定則可知，電路中的b端點(diǎn)須連接直流電源的正極，a端點(diǎn)須連接直流電源的負(fù)極，C正確；D．若增加線圈的電流，則球體會(huì)懸浮到比原來高的位置重新靜止，新位置受到的斥力仍與球體重力平衡，與原位置相同，D錯(cuò)誤。故選C。3．（2022上·江蘇徐州·高二統(tǒng)考學(xué)業(yè)考試）如圖所示，虛線I和Ⅱ之間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。閉合線圈自高處落下，依次經(jīng)過a、b、c三個(gè)位置。則線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是（）A．位置a和位置b B．位置b和位置c C．位置a和位置c D．三個(gè)位置都有【答案】C【詳解】經(jīng)過位置a和位置c時(shí)通過線圈的磁通量發(fā)生變化，由電磁感應(yīng)定律可知，線圈中有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，經(jīng)過位置b時(shí)，線圈的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流的產(chǎn)生。故選C。4．（2022上·江西撫州·高二江西省臨川第二中學(xué)?？茧A段練習(xí)）利用如圖所示裝置可探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。線圈A通過滑動(dòng)變阻器和開關(guān)S連接到電源上，線圈B的兩端連接到電流計(jì)G上，把線圈A裝在線圈B的里面。某同學(xué)發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)S時(shí)，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，由此可以判斷（）A．?dāng)嚅_開關(guān)S時(shí)，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)B．線圈A向上移動(dòng)時(shí)，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)C．線圈A中鐵芯向上拔出時(shí)，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)D．滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)【答案】D【詳解】ABC．閉合開關(guān)S時(shí)即通過線圈B的磁通量增加，可知當(dāng)穿過線圈B的磁通量增大時(shí)，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)。線圈A向上移動(dòng)時(shí)、線圈A中鐵芯向上拔出時(shí)、斷開開關(guān)S時(shí)，穿過線圈B的磁通量均減小，電流表指針均應(yīng)向左偏轉(zhuǎn)，ABC錯(cuò)誤；D．滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)，通過A的電流增大，則穿過線圈B的磁通量增加，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，D正確；故選D。5．（2022上·福建福州·高二福建省福州第一中學(xué)校考期末）某學(xué)校開展“搖繩發(fā)電”的比賽活動(dòng)。如圖所示，在操場(chǎng)上，將一根長(zhǎng)為20m的銅芯導(dǎo)線兩端與電流傳感器的兩個(gè)接線柱連接，構(gòu)成閉合回路；兩同學(xué)面對(duì)面站立搖動(dòng)這條導(dǎo)線。（忽略地球磁偏角的影響）（1）若增大搖繩的頻率，則電流傳感器的最大示數(shù)將（選填“增大”、“減小”、“不變”）；（2）為了獲得較大電流，兩同學(xué)應(yīng)該站立搖繩。（選填“東西”、“南北”）【答案】增大東西【詳解】（1）[1]若增大搖繩的頻率，則穿過閉合線圈的磁通量變化率增大，電流傳感器的最大示數(shù)將增大。（2）[2]地磁場(chǎng)方向沿南北方向，為使搖繩時(shí)線圈中有較大的磁通量變化率，從而產(chǎn)生較大電流，兩同學(xué)應(yīng)該沿東西方向站立搖繩。5．（2022下·浙江嘉興·高二統(tǒng)考期末）某興趣小組設(shè)計(jì)了一輛“電磁感應(yīng)車”，在一個(gè)車架底座上固定了一塊塑料板，板上固定了線圈和紅、綠兩個(gè)二極管，裝置和連成的電路如圖甲所示。用強(qiáng)磁鐵插入和拔出線圈，電流傳感器記錄了線圈中電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．在t=3s時(shí)刻，線圈中的磁通量最大B．當(dāng)磁鐵從線圈左端插入時(shí)，小車將會(huì)向左運(yùn)動(dòng)C．乙圖顯示了磁鐵先后兩次插入和拔出線圈的過程D．若插入線圈的磁鐵磁性足夠強(qiáng)，紅、綠兩個(gè)二極管會(huì)同時(shí)發(fā)光【答案】C【詳解】A．在t=3s時(shí)刻，線圈中的電流最大，磁通量變化率最大，故A錯(cuò)誤；B．當(dāng)磁鐵從線圈左端插入時(shí)，靠近線圈，導(dǎo)致穿過的磁通量變大，根據(jù)楞次定律，則有感應(yīng)電流產(chǎn)生，小車為阻礙磁鐵靠近，小車將對(duì)磁鐵有向左的力，同時(shí)小車受到向右的力，向右運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；C．乙圖顯示了磁鐵先后兩次插入和拔出線圈的過程，故C正確；D．由于發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦裕褍蓚€(gè)發(fā)光二極管極性相反地并聯(lián)起來，并與線圈串聯(lián)，兩個(gè)發(fā)光二極管不會(huì)同時(shí)發(fā)光，故D錯(cuò)誤。故選C?！緦W(xué)后反思】_________________________________________________________