13.3電磁感應現(xiàn)象及應用-2023-2024學年高二物理（人教版2019必修第三冊）（解析版）

第十三章電磁感應與電磁波初步第3節(jié)電磁感應現(xiàn)象及應用課程標準學習目標了解電磁感應現(xiàn)象，了解產(chǎn)生感應電流的條件。知道電磁感應現(xiàn)象的應用及其對現(xiàn)代社會的影響。1.知道什么是電磁感應現(xiàn)象.2.通過試驗探究感應電流產(chǎn)生的條件.3.了解電磁感應現(xiàn)象的應用．（一）課前閱讀：1．試驗：探究感應電流產(chǎn)生的條件(1)試驗一：如圖所示，導體棒AB做切割磁感線運動時，線路中電流產(chǎn)生，而導體棒AB順著磁感線運動時，線路中電流產(chǎn)生．(均選填“有”或“無”)(2)試驗二：如圖所示，當條形磁體插入或拔出線圈時，線圈中電流產(chǎn)生，但條形磁體在線圈中靜止不動時，線圈中電流產(chǎn)生．(均選填“有”或“無”)(3)試驗三：如圖所示，將小線圈A插入大線圈B中不動，當開關S閉合或斷開時，電流表中電流通過；若開關S始終閉合，當轉(zhuǎn)變滑動變阻器的阻值時，電流表中電流通過；而開關S始終閉合，滑動變阻器的滑動觸頭不動時，電流表中電流通過．(均選填“有”或“無”)(4)歸納總結：試驗一：導體棒做切割磁感線運動，回路的有效面積發(fā)生變化，從而引起了磁通量的變化，產(chǎn)生了感應電流．試驗二：磁體插入或拔出線圈時，線圈中的磁場發(fā)生變化，從而引起了磁通量的變化，產(chǎn)生了感應電流．試驗三：開關閉合、斷開或滑動變阻器的滑動觸頭移動時，小線圈A中電流變化，從而引起穿過大線圈B的磁通量變化，產(chǎn)生了感應電流．三個試驗共同特點是：產(chǎn)生感應電流時閉合回路的磁通量都發(fā)生了變化．答案(1)有無(2)有無(3)有有無（二）基礎梳理一、劃時代的發(fā)覺1．“電生磁”的發(fā)覺：1820年，奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應．2．“磁生電”的發(fā)覺1831年，法拉第發(fā)覺了電磁感應現(xiàn)象．3．電磁感應：法拉第把他發(fā)覺的磁生電的現(xiàn)象叫作電磁感應，產(chǎn)生的電流叫作感應電流．【拓展補充】如圖所示，條形磁體A沿豎直方向插入線圈B的過程中，電流表G的指針(選填“不偏轉(zhuǎn)”或“偏轉(zhuǎn)”)；若條形磁體A在線圈B中保持不動，電流表G的指針(選填“不偏轉(zhuǎn)”或“偏轉(zhuǎn)”)．答案偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)二、產(chǎn)生感應電流的條件1．試驗：探究感應電流產(chǎn)生的條件探究一：如圖甲試驗中，讓導體棒在磁場中保持相對靜止時或者平行于磁場運動時，無論磁場多強，閉合回路中都沒有電流，當導體ab做切割磁感線運動時，閉合回路中有電流產(chǎn)生．探究二：如圖乙，當線圈A的電流不變時，線圈B所在的回路中沒有電流產(chǎn)生；當線圈A的電流變化時，線圈B所在回路中就有了電流．2．產(chǎn)生感應電流的條件：當穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化時，閉合導體回路中就產(chǎn)生感應電流．【即學即練】推斷下列說法的正誤.(1)只要閉合電路內(nèi)有磁通量，閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生．(×)(2)穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化時，線圈內(nèi)部就肯定有感應電流產(chǎn)生．(√)(3)閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時，電路中會產(chǎn)生感應電流．(√)(4)不論電路是否閉合，只要電路中磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應電流．(×)三、電磁感應現(xiàn)象的應用生產(chǎn)、生活中廣泛使用的變壓器、電磁爐等都是依據(jù)電磁感應制造的．【拓展補充】法拉第用過的線圈法拉第對科學的寵愛以及對科學爭辯持之以恒、堅韌不拔的態(tài)度是他獲得巨大成就的重要緣由之一。磁通量的變化磁通量的變化大致可分為以下幾種狀況：(1)磁感應強度B不變，有效面積S發(fā)生變化．如圖(a)所示．(2)面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化．如圖(b)所示．(3)磁感應強度B和面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變化．如圖(c)所示．【典例精析】例1．如圖所示，在條形磁體外面套著一圓環(huán)，當圓環(huán)由磁體N極向下平移到磁體S極的過程中，圓環(huán)所在處的磁感應強度和穿過圓環(huán)的磁通量變化的狀況是()A．磁感應強度和磁通量都漸漸增大B．磁感應強度和磁通量都漸漸減小C．磁感應強度先減弱后增加，磁通量先增大后減小D．磁感應強度先增加后減弱，磁通量先減小后增大答案C解析當圓環(huán)由磁體N極向下平移到磁體S極的過程中，磁感應強度先減弱后增加；磁鐵內(nèi)部磁感線與外部磁感線的總數(shù)相等，所以穿過圓環(huán)的磁感線條數(shù)肯定是內(nèi)部大于外部，則外部磁感線條數(shù)越多，總磁通量越小，所以穿過圓環(huán)的磁通量先增大后減?。蔬xC.例2．如圖所示，通電直導線右邊有一個矩形線框，線框平面與直導線共面，若使線框漸漸遠離(平動)通電導線，則穿過線框的磁通量將()A．漸漸增大 B．漸漸減小C．保持不變 D．不能確定答案B解析線框遠離導線時，穿過線框的磁感應強度減小，線框的面積不變，所以穿過線框的磁通量減?。蔬xB.二、感應電流產(chǎn)生條件的理解不論什么狀況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必定會產(chǎn)生感應電流；反之，只要產(chǎn)生了感應電流，那么電路肯定是閉合的，且穿過該電路的磁通量也肯定發(fā)生了變化．【典例精析】例3．(多選)如圖所示，下列狀況能產(chǎn)生感應電流的是()A．如圖甲所示，導體棒AB順著磁感線運動B．如圖乙所示，條形磁體插入或抽出線圈C．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S始終閉合D．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S始終閉合，轉(zhuǎn)變滑動變阻器接入電路的阻值答案BD解析導體棒順著磁感線運動，沒有切割磁感線，穿過閉合電路的磁通量沒有發(fā)生變化，無感應電流，故選項A錯誤；條形磁體插入線圈時線圈中的磁通量增加，抽出線圈時線圈中的磁通量削減，都產(chǎn)生感應電流，故選項B正確；開關S始終閉合，回路中為恒定電流，螺線管A產(chǎn)生的磁場穩(wěn)定，螺線管B中的磁通量無變化，線圈中不產(chǎn)生感應電流，故選項C錯誤；開關S始終閉合，滑動變阻器接入電路的阻值變化，回路中的電流變化，螺線管A產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，螺線管B中磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電流，故選項D正確．例4．(多選)下圖中能產(chǎn)生感應電流的是()答案BD解析A選項中，電路沒有閉合，無感應電流；B選項中，面積增大，通過閉合電路的磁通量增大，有感應電流；C選項中，穿過圓環(huán)的磁感線相互抵消，磁通量恒為零，無感應電流；D選項中，穿過閉合電路的磁通量減小，有感應電流．1．閉合回路面積S的變化引起磁通量的變化如圖所示，導體做切割磁感線運動使面積發(fā)生變化而轉(zhuǎn)變了穿過回路的磁通量。2．磁感應強度的變化引起磁通量的變化圖甲是通過磁極的運動轉(zhuǎn)變穿過回路的磁通量；圖乙是通過轉(zhuǎn)變原線圈中的電流從而轉(zhuǎn)變磁場的強弱，進而轉(zhuǎn)變穿過回路的磁通量。3．磁場和閉合線圈的夾角發(fā)生變化，從而引起磁通量發(fā)生變化如圖所示，閉合線圈在勻強磁場中繞軸OO′轉(zhuǎn)動的過程。試驗1閉合電路的部分導體切割磁感線如圖所示，導體棒左右平動、前后平動、上下平動，觀看電流表的指針，觀看是否有感應電流產(chǎn)生。試驗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。觀看電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。試驗3模擬法拉第的試驗如圖所示，線圈A通過滑動變阻器和開關連接到電源上，線圈B的兩端與電流表連接，把線圈A裝在線圈B的里面。開關閉合瞬間；開關斷開瞬間；開關閉合時，滑動變阻器滑片不動；開關閉合時，快速移動滑動變阻器的滑片。觀看線圈B中是否有電流產(chǎn)生。結論不論用什么方法，不論何種緣由，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電流產(chǎn)生。一、單選題1．探雷器是探測地雷的儀器。手持探雷器的長柄線圈在地面掃過，線圈中有變化的電流，假如地下埋著金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷，探測器就會報警。這種儀器的工作原理是利用（

）A．靜電屏蔽 B．靜電感應 C．電磁感應 D．電流的磁效應【答案】C【解析】線圈產(chǎn)生的磁場在通過導體時，導體會產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生磁場，反過來影響線圈磁通量，從而影響電流的大小，這種現(xiàn)象稱為電磁感應，故C項正確，ABD錯誤。故選C。2．1820年丹麥物理學家奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應，首次揭示了電與磁的聯(lián)系。某愛好小組也做了類似試驗，他們將一可自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜置于水平桌面上，將另始終導線水平放置在靠近小磁針正上方的位置，忽視磁偏轉(zhuǎn)角的影響，以下說法中正確的是（

）A．將導線沿南北方向放置并通入恒定電流，小磁針肯定會發(fā)生轉(zhuǎn)動B．將導線沿東西方向放置并通入恒定電流，小磁針肯定會發(fā)生轉(zhuǎn)動C．將導線沿南北方向放置并通入恒定電流，增大導線與小磁針之間的距離，小磁針轉(zhuǎn)動的角度會隨之增大D．把導線沿南北方向放置并通入恒定電流，增大電流，小磁針轉(zhuǎn)動的角度會隨之減小【答案】A【解析】A．將導線沿南北方向放置并通入恒定電流時，小磁針所在位置的磁場方向沿東向西，所以小磁針肯定會轉(zhuǎn)動，故A項正確。B．將導線沿東西方向放置并通入恒定電流，磁場方向與地磁場方向可能相同，所以小磁針不肯定會發(fā)生轉(zhuǎn)動，故B項錯誤。C．將導線沿南北方向放置并通入恒定電流，增大導線與小磁針之間的距離，小磁針處的磁場強度減小，所以轉(zhuǎn)動的角度會隨之減小，故C項錯誤。D．把導線沿南北方向放置并通入恒定電流，增大電流，磁場變強，所以小磁針轉(zhuǎn)動的角度會隨之增大，故D項錯誤。故選A。3．在科學爭辯的道路上經(jīng)常會消滅令人惋惜的圓滿。例如，1825年瑞士年輕物理學家科拉頓一個人在爭辯電磁現(xiàn)象時，試驗裝置如圖所示，為避開磁鐵的磁場對小磁針產(chǎn)生影響，他把試驗裝置放在兩個房間，在右邊房間里把磁鐵反復插入線圈，然后跑到左邊房間里觀看，結果沒有看到小磁針偏轉(zhuǎn)。下列說法中正確的是（）A．該試驗線圈中確定沒有電流產(chǎn)生B．通電導線四周產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象叫電磁感應現(xiàn)象C．科拉頓沒看到小磁針偏轉(zhuǎn)，是由于當他跑到另一個房間時，電磁感應過程已經(jīng)結束D．科拉頓沒看到小磁針偏轉(zhuǎn)，是由于該試驗中的磁鐵磁性太弱【答案】C【解析】B．通電導線四周產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象叫電流的磁效應。B錯誤；ACD．將磁鐵插入線圈的過程中，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應電流；電流四周存在磁場，故小磁針會發(fā)生轉(zhuǎn)動。但當科拉頓跑到另一個房間時，電磁感應過程已經(jīng)結束，此時穿過線圈的磁通量不變，線圈中沒有感應電流，所以小磁針不偏轉(zhuǎn)，C正確，AD錯誤。故選C。4．如圖所示，A中線圈有一小缺口，條形磁鐵勻速穿過線圈；B中勻強磁場區(qū)域足夠大，v1>v2；C中通電導線位于水平放置的閉合線圈某始終徑的正上方；D中閉合線圈在無限大勻強磁場中加速運動。其中能產(chǎn)生感應電流的是（）A． B．C． D．【答案】B【解析】A．線圈沒閉合，無感應電流，A錯誤；B．穿過閉合電路的磁通量增大，有感應電流，B正確；C．導線在線圈某始終徑的正上方，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，C錯誤；D．穿過閉合線圈的磁通量恒定，無感應電流，D錯誤。故選B。5．如圖所示，在垂直于紙面對里的勻強磁場中（范圍足夠大），有一個矩形線圈abcd，線圈平面與磁場垂直，O1O2和O3O4都是線圈的對稱軸，應使線圈怎樣運動才能使其中產(chǎn)生感應電流（）A．向左平動 B．向右平動C．繞O1O2轉(zhuǎn)動 D．向上或向下平動【答案】C【解析】ABD．產(chǎn)生感應電流的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，當線圈向左、向右、向上、向下等方向平動時穿過線圈的磁通量均不變，不會產(chǎn)生感應電流，ABD錯誤；C．當線圈繞O1O2轉(zhuǎn)動時穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，會產(chǎn)生感應電流，C正確。故選C。6．如圖甲所示，單匝矩形線圈abcd垂直固定在勻強磁場中、規(guī)定垂直紙面對里為磁感應強度的正方向，磁感應強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。以順時針方向為電流正方向，以向右方向為安培力正方向，下列關于bc段導線中的感應電流i和受到的安培力F隨時間變化的圖像正確的是（）A． B．C． D．【答案】B【解析】AB．在0~0.5T時間內(nèi)，向內(nèi)的磁場減弱，依據(jù)楞次定律，可知感應電流為順時針方向為正，依據(jù)法拉第電磁感應定律可知感應電動勢E1保持不變，因此回路中的電流保持i1不變；在0.5T~T時間內(nèi)，向內(nèi)的磁場增加，依據(jù)楞次定律，可知感應電流為逆時針方向為負，依據(jù)法拉第電磁感應定律可知感應電動勢E2保持不變且大小為E1的2倍，回路中的電流i2保持不變，且大小為i1的2倍，A錯誤，B正確；CD．由左手定則可知，在0~0.5T時間內(nèi)，bc邊所受安培力水平向右為正，在0.5T~T時間內(nèi)，bc邊所受安培力水平向左為負；依據(jù)可知，在0~0.5T時間內(nèi)，bc邊所受安培力漸漸減?。辉?.5T~T時間內(nèi)，bc邊所受安培力漸漸增加，且在0.5T~T時間內(nèi)安培力的最大值為在0~0.5T時間內(nèi)最大值的4倍，CD錯誤。故選B。二、多選題7．試驗裝置如圖所示，在鐵芯F上圍著兩個線圈A、B。假如線圈A中的電流i和時間t的關系如下圖所示，在這段時間內(nèi)，A、B、C、D四種狀況中，在線圈B中觀看到感應電流的是（）A． B．C． D．【答案】BCD【解析】A．線圈A中通有如A選項圖示的電流，產(chǎn)生恒定的磁場，穿過線圈B的磁通量不發(fā)生變化，線圈B中無感應電流，故A錯誤；B．線圈A中通有如B選項圖示的電流，產(chǎn)生變化的磁場，穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化，線圈B中有感應電流，故B正確；C．線圈A中通有如C選項圖示的電流，產(chǎn)生變化的磁場，穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化，線圈B中有感應電流，故C正確；D．線圈A中通有如D選項圖示的電流，產(chǎn)生變化的磁場，穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化，線圈B中有感應電流，故D正確。故選BCD。8．如下各圖所示，矩形線框在磁場內(nèi)做的各種運動中，能夠產(chǎn)生感應電流的是（）A． B．C． D．【答案】BC【解析】A．能夠產(chǎn)生感應電流的條件為閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，圖中磁通量不變，無感應電流，A錯誤；B．圖中線框磁通量在轉(zhuǎn)變，能產(chǎn)生感應電流，B正確；C．圖中線框磁通量在轉(zhuǎn)變，能產(chǎn)生感應電流，C正確；D．圖中線框磁通量始終為零，無感應電流，D錯誤。故選BC。9．下列各圖所描述的物理情境中，能產(chǎn)生感應電流的是（）A．開關S閉合穩(wěn)定后，線圈N中B．磁鐵向鋁環(huán)A靠近，鋁環(huán)A中C．金屬框從A向B運動，金屬框中D．銅盤在磁場中按圖示方向轉(zhuǎn)動，電阻R中【答案】BCD【解析】A．由閉合電路中產(chǎn)生感應電流的條件可知，開關S閉合穩(wěn)定后，穿過線圈N的磁通量保持不變，線圈N中不產(chǎn)生感應電流，A錯誤；B．磁鐵向閉合的鋁環(huán)A靠近，穿過鋁環(huán)A的磁通量在增大，鋁環(huán)A中產(chǎn)生感應電流，B正確；C．金屬框從A向B運動，穿過金屬框的磁通量時刻在變化，金屬框中產(chǎn)生感應電流，C正確；D．銅盤在磁場中按題圖所示方向轉(zhuǎn)動，銅盤的一部分切割磁感線，與電阻R構成的閉合回路中就產(chǎn)生感應電流，D正確。故選BCD。10．如圖所示線圈abcd在足夠大磁場區(qū)域ABCD中，下列哪種狀況下線圈中有感應電流產(chǎn)生（）A．把線圈變成圓形（周長不變）B．使線圈在磁場中加速平移C．使磁場增加或減弱D．使線圈以過ab的直線為軸旋轉(zhuǎn)【答案】ACD【解析】A．若把線圈變成圓形，則線圈的面積發(fā)生變化，所以線圈中的磁通量發(fā)生變化，線圈中會產(chǎn)生感應電流，故A正確；B．無論線圈在磁場中勻速還是加速平移，磁通量都不變，不會產(chǎn)生感應電流，故B錯誤；C．使磁場增加或減弱，線圈中的磁通量發(fā)生變化，