第6章　第3節(jié)　電磁感應(yīng)現(xiàn)象-高中物理 必修第3冊(配粵教版)

第三節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象[核心素養(yǎng)·明目標]核心素養(yǎng)學習目標物理觀念知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象及產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，能解釋電磁感應(yīng)的相關(guān)現(xiàn)象科學思維理解產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，能處理相關(guān)的問題科學探究通過實驗探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，學會歸納總結(jié)法，能與他人交流合作完成實驗科學態(tài)度與責任體會電磁技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展帶來的影響，體驗人類對自然界的認識是不斷發(fā)展的，培養(yǎng)學科學、用科學的積極態(tài)度知識點一電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1．奧斯特夢圓“電生磁”：1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。2．法拉第心系“磁生電”：(1)1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流。(2)法拉第的概括。法拉第把引起感應(yīng)電流的原因概括為五類：①變化的電流；②變化的磁場；③運動的恒定電流；④運動的磁鐵；⑤在磁場中運動的導體。(3)電磁感應(yīng)與感應(yīng)電流。法拉第把他發(fā)現(xiàn)的磁生電的現(xiàn)象叫作電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流。(4)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的意義。①使人們對電與磁內(nèi)在聯(lián)系的認識更加完善，宣告了電磁學作為一門統(tǒng)一學科的誕生。②使人們找到了磁生電的條件，開辟了人類的電氣化時代。知識點二產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流。電磁感應(yīng)只指“磁生電”，不指“電生磁”。思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(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)閉合電路的部分導體在磁場中運動就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。 (×)知識點三電磁感應(yīng)的應(yīng)用1．汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)(1)組成：ABS由輪速傳感器、電子控制模塊和電磁閥三個部分組成，其中輪速傳感器是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來測量車輪的轉(zhuǎn)速的。(2)原理：①如圖所示，鐵質(zhì)齒輪P與車輪同步轉(zhuǎn)動，它的右側(cè)有一個繞著線圈的磁鐵，當每個輪齒在接近和離開磁鐵時，穿過線圈的磁通量會發(fā)生變化，線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電流。②隨著各個輪齒的運動，磁通量的變化會使線圈中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流。③電流由電流檢測器D檢測，并送到電子控制模塊以控制電磁閥，為制動器提供合適的制動力，有效避免了汽車后輪側(cè)滑的現(xiàn)象。2．無線充電技術(shù)(1)概念：無線充電，又稱非接觸式感應(yīng)充電，是利用供電設(shè)備直接將電能傳送給用電器的技術(shù)。(2)原理：充電器與用電器之間通過電感耦合傳送電能。充電器中有發(fā)射線圈，給線圈一定頻率的交變電流，通過電磁感應(yīng)，用電器的接收線圈中產(chǎn)生的電流給電池充電。(3)優(yōu)點：無線充電具有安全、耐用、方便等優(yōu)點?？键c科學探究：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件試探究：(1)只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就一定有感應(yīng)電流嗎？(2)某一時刻穿過閉合回路的磁通量為零時，回路一定無感應(yīng)電流對嗎？提示：(1)不是，還必須是組成閉合電路。(2)不一定，如果穿過閉合回路的磁通量正在變化，只是某一時刻磁通量為零，則回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。1．實驗探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(1)閉合電路的部分導體切割磁感線在初中學過，當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(yīng)電流，如圖所示。導體棒左右平動、前后平動、上下平動，觀察電流計的指針，把觀察到的現(xiàn)象記錄在表1中。表1導體棒的運動表針的擺動方向?qū)w棒的運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，導體棒切割磁感線，才有感應(yīng)電流產(chǎn)生；前后平動、上下平動，導體棒都不切割磁感線，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(2)向線圈中插入磁鐵，把磁鐵從線圈中抽出如圖所示，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。觀察電流計的指針，把觀察到的現(xiàn)象記錄在表2中。表2磁鐵的運動表針的擺動方向磁鐵的運動表針的擺動方向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動時，才有感應(yīng)電流產(chǎn)生；磁鐵相對線圈靜止時，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(3)模擬法拉第的實驗如圖所示，線圈A通過滑動變阻器和開關(guān)連接到電源上，線圈B的兩端與電流計連接，把線圈A裝在線圈B的里面。觀察以下四項操作中線圈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：只有當線圈A中電流變化時，線圈B中才有感應(yīng)電流產(chǎn)生。2．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。3．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變化。【典例】線圈在長直導線電流的磁場中做如圖所示的運動：A向右平動，B向下平動，C繞軸轉(zhuǎn)動(ad邊向里)，D垂直于紙面向紙外做平動，E向上平動(E線圈有個缺口)，判斷線圈中有沒有感應(yīng)電流。ABCDE[解析]在直導線電流磁場中的五個線圈，原來磁通量都是垂直紙面向里的。對直線電流來說，離電流越遠，磁場就越弱。A向右平動，穿過線圈的磁通量沒有變化，故線圈中沒有感應(yīng)電流。B向下平動，穿過線圈的磁通量減少，必產(chǎn)生感應(yīng)電流。C繞軸轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量變化(開始時減少)，必產(chǎn)生感應(yīng)電流。D離紙面越遠，線圈中磁通量越少，線圈中有感應(yīng)電流。E向上平動，穿過線圈的磁通量增加，但由于線圈沒有閉合，因此無感應(yīng)電流。[答案]A、E中無感應(yīng)電流；B、C、D中有感應(yīng)電流判斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的關(guān)鍵是明確電路是否閉合，分清磁感線的疏密分布，從而判斷磁通量是否變化，而不是看磁通量的有無。[跟進訓練]1．下圖中能在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()ABCDB[A選項中，電路沒有閉合，無感應(yīng)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(yīng)電流；C選項中，穿過線圈的磁感線相互抵消，Φ恒為零，無感應(yīng)電流；D選項中，磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流，B符合題意。]2．(多選)如圖所示，在勻強磁場中有兩條平行的金屬導軌，磁場方向與導軌平面垂直。導軌上有兩條可沿導軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導軌接觸良好。這兩條金屬棒ab、cd的運動速度分別是v1、v2，且井字形回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，則可能()A．v1＞v2 B．v1＜v2C．v1＝v2 D．無法確定AB[只要金屬棒ab、cd的運動速度不相等，穿過井字形回路的磁通量就發(fā)生變化，閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選項A、B正確。]1．下列現(xiàn)象中屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是()A．磁場對電流產(chǎn)生力的作用B．變化的磁場使閉合電路中產(chǎn)生電流C．插在通電螺線管中的軟鐵棒被磁化D．電流周圍產(chǎn)生磁場B[磁場對電流產(chǎn)生力的作用屬于通電導線在磁場中的受力情況；插在通電螺線管中的軟鐵棒被磁化屬于電流的磁效應(yīng)；電流周圍產(chǎn)生磁場屬于電流的磁效應(yīng)；變化的磁場使閉合電路中產(chǎn)生電流屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故正確答案為B。]2．閉合電路的一部分導線ab處于勻強磁場中，如圖所示，各情況下導線都在紙面內(nèi)運動，那么下列判斷中正確的是()甲乙丙丁A．都會產(chǎn)生感應(yīng)電流B．都不會產(chǎn)生感應(yīng)電流C．甲、丙會產(chǎn)生感應(yīng)電流，乙、丁不會產(chǎn)生感應(yīng)電流D．甲、乙不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，丙、丁會產(chǎn)生感應(yīng)電流C[題圖中甲、丙兩圖中導線ab都在垂直切割磁感線，又因電路閉合，故甲、丙會產(chǎn)生感應(yīng)電流；乙、丁兩圖中導體不切割磁感線，故乙、丁不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C項正確。]3．如圖所示的勻強磁場中有一個矩形閉合導線框，在下列四種情況下，線框中會產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A．線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中左右運動B．線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中上下運動C．線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線垂直的軸線AB轉(zhuǎn)動D．線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線平行的軸線CD轉(zhuǎn)動C[四種情況中初始位置線框均與磁感線平行，磁通量為零，線圈按A、B、D三種情況移動后，線框仍與磁感線平行，磁通量保持為零不變，線框中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，C中線圈轉(zhuǎn)動后，穿過線框的磁通量不斷發(fā)生變化，所以會產(chǎn)生感應(yīng)電流，C項正確。]4．(新情境題，以“金屬薄圓盤”為背景，考查產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件)如圖所示，一個金屬薄圓盤水平放置在豎直向上的勻強磁場中。問題：下列情況能不能使圓盤中產(chǎn)生感應(yīng)電流？(a)(b)(1)如圖(a)圓盤繞過圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動；(2)如圖(b)圓盤以某一水平直徑為軸勻速轉(zhuǎn)動。[解析](1)當圓盤繞過圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動，無論轉(zhuǎn)到什么位置，圓盤中的磁通量不發(fā)生變化，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流。(2)當圓盤以某一水平直徑為軸勻速轉(zhuǎn)動時，穿過圓盤的磁感線條數(shù)不斷變化，即圓盤中的磁通量發(fā)生變化，圓盤中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。[答案]見解析回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象及產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件？提示：因閉合回路的磁通量變化而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。條件：(1)閉合電路。(2)磁通量發(fā)生變化。2．試寫出電磁感應(yīng)的幾個典型應(yīng)用？提示：(1)計算機磁盤與磁記錄。(2)無線充電。(3)動圈式話筒。法拉第與電氣化時代法拉第出生于英國的一個鐵匠家庭，曾經(jīng)在一家書店當過學徒。他利用這個條件，讀了很多科學書籍，從中獲得了豐富的知識。他喜歡做實驗，還積極參加科學報告會。1813年，22歲的法拉第毛遂自薦，成了著名化學家戴維的助理實驗員。法拉第生活的時代，正值第一次產(chǎn)業(yè)革命完成。蒸汽機的普遍應(yīng)用催生了資本主義大工業(yè)，人類進入了工業(yè)文明時期，而電力應(yīng)用的前景已初見端倪。這是一個需要巨人并產(chǎn)生巨人的時代，法拉第生逢其時。當時的英國走在科學技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的前列。法拉第看到，伏打電池昂貴、產(chǎn)生的電流小，而自然界中有不少天然磁石。如果可以由磁產(chǎn)生電流，就能獲得廉價的電力。他說：“我因為對當時產(chǎn)生電的方法感到不滿意，因此急于發(fā)現(xiàn)磁與感應(yīng)電流的關(guān)系，覺得電學在這條路上一定可以充分發(fā)展?！痹?0年的探索中，法拉第遭遇了多次失敗。在他當年的日記中不時出現(xiàn)“未顯示作用”“毫無反應(yīng)”“不行”等詞語，記錄著艱苦的探索歷程。法拉第在晚年曾感嘆：“世人何嘗知道，在那些流過科學家頭腦的思想和理論中，有多少被他們自己嚴格的批判和無情的質(zhì)疑消滅了。就是最有成就的科學家，得以實現(xiàn)的建議、猜想、愿望和初步判斷，也不到十分之一?！狈ɡ诎l(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與他堅信各種自然現(xiàn)象是相互關(guān)聯(lián)的，各種自然力是統(tǒng)一的、可以互相轉(zhuǎn)化的思想相關(guān)。他還認為電磁相互作用是通過介質(zhì)來傳遞的，并把這種介質(zhì)叫作“場”，他還以驚人