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

第三節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象[核心素養(yǎng)·明目標(biāo)]核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)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(xué)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(xué)探究通過實(shí)驗(yàn)探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，學(xué)會(huì)歸納總結(jié)法，能與他人交流合作完成實(shí)驗(yàn)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任體會(huì)電磁技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響，體驗(yàn)人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)是不斷發(fā)展的，培養(yǎng)學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的積極態(tài)度知識(shí)點(diǎn)一電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1．奧斯特夢(mèng)圓“電生磁”：1820年，丹麥物理學(xué)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(guó)物理學(xué)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(chǎng)；③運(yùn)動(dòng)的恒定電流；④運(yùn)動(dòng)的磁鐵；⑤在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)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(duì)電與磁內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn)識(shí)更加完善，宣告了電磁學(xué)作為一門統(tǒng)一學(xué)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(shí)代。知識(shí)點(diǎn)二產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件只要穿過閉合導(dǎo)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(cuò)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(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。 (×)知識(shí)點(diǎn)三電磁感應(yīng)的應(yīng)用1．汽車防抱死制動(dòng)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(gè)部分組成，其中輪速傳感器是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來(lái)測(cè)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(dòng)，它的右側(cè)有一個(gè)繞著線圈的磁鐵，當(dāng)每個(gè)輪齒在接近和離開磁鐵時(shí)，穿過線圈的磁通量會(huì)發(fā)生變化，線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電流。②隨著各個(gè)輪齒的運(yùn)動(dòng)，磁通量的變化會(huì)使線圈中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流。③電流由電流檢測(cè)器D檢測(cè)，并送到電子控制模塊以控制電磁閥，為制動(dòng)器提供合適的制動(dòng)力，有效避免了汽車后輪側(cè)滑的現(xiàn)象。2．無(wú)線充電技術(shù)(1)概念：無(wú)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(diǎn)：無(wú)線充電具有安全、耐用、方便等優(yōu)點(diǎn)?？键c(diǎn)科學(xué)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(shí)刻穿過閉合回路的磁通量為零時(shí)，回路一定無(wú)感應(yīng)電流對(duì)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(shí)刻磁通量為零，則回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。1．實(shí)驗(yàn)探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(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(dòng)時(shí)，電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，如圖所示。導(dǎo)體棒左右平動(dòng)、前后平動(dòng)、上下平動(dòng)，觀察電流計(jì)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(dòng)表針的擺動(dòng)方向?qū)w棒的運(yùn)動(dòng)表針的擺動(dòng)方向向右平動(dòng)向左向后平動(dòng)不擺動(dòng)向左平動(dòng)向右向上平動(dòng)不擺動(dòng)向前平動(dòng)不擺動(dòng)向下平動(dòng)不擺動(dòng)結(jié)論：只有左右平動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒切割磁感線，才有感應(yīng)電流產(chǎn)生；前后平動(dòng)、上下平動(dòng)，導(dǎo)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(gè)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(jì)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(dòng)表針的擺動(dòng)方向磁鐵的運(yùn)動(dòng)表針的擺動(dòng)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(dòng)S極停在線圈中不擺動(dòng)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(duì)線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，才有感應(yīng)電流產(chǎn)生；磁鐵相對(duì)線圈靜止時(shí)，沒有感應(yīng)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(dòng)變阻器和開關(guān)連接到電源上，線圈B的兩端與電流計(jì)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(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片不動(dòng)無(wú)電流產(chǎn)生開關(guān)閉合時(shí)，迅速移動(dòng)滑動(dòng)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(shí)，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?！镜淅烤€圈在長(zhǎng)直導(dǎo)線電流的磁場(chǎng)中做如圖所示的運(yùn)動(dòng)：A向右平動(dòng)，B向下平動(dòng)，C繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)(ad邊向里)，D垂直于紙面向紙外做平動(dòng)，E向上平動(dòng)(E線圈有個(gè)缺口)，判斷線圈中有沒有感應(yīng)電流。ABCDE[解析]在直導(dǎo)線電流磁場(chǎng)中的五個(gè)線圈，原來(lái)磁通量都是垂直紙面向里的。對(duì)直線電流來(lái)說，離電流越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)就越弱。A向右平動(dòng)，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(dòng)，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(dòng)，穿過線圈的磁通量變化(開始時(shí)減少)，必產(chǎn)生感應(yīng)電流。D離紙面越遠(yuǎn)，線圈中磁通量越少，線圈中有感應(yīng)電流。E向上平動(dòng)，穿過線圈的磁通量增加，但由于線圈沒有閉合，因此無(wú)感應(yīng)電流。[答案]A、E中無(wú)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(wú)。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．下圖中能在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()ABCDB[A選項(xiàng)中，電路沒有閉合，無(wú)感應(yīng)電流；B選項(xiàng)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(xiàng)中，穿過線圈的磁感線相互抵消，Φ恒為零，無(wú)感應(yīng)電流；D選項(xiàng)中，磁通量不發(fā)生變化，無(wú)感應(yīng)電流，B符合題意。]2．(多選)如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩條平行的金屬導(dǎo)軌，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直。導(dǎo)軌上有兩條可沿導(dǎo)軌自由移動(dòng)的金屬棒ab、cd，與導(dǎo)軌接觸良好。這兩條金屬棒ab、cd的運(yùn)動(dòng)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(wú)法確定AB[只要金屬棒ab、cd的運(yùn)動(dòng)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選項(xiàng)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(chǎng)對(duì)電流產(chǎn)生力的作用B．變化的磁場(chǎng)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(chǎng)B[磁場(chǎng)對(duì)電流產(chǎn)生力的作用屬于通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(chǎng)屬于電流的磁效應(yīng)；變化的磁場(chǎng)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(dǎo)線ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，各情況下導(dǎo)線都在紙面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，那么下列判斷中正確的是()甲乙丙丁A．都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流B．都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流C．甲、丙會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，乙、丁不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流D．甲、乙不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，丙、丁會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流C[題圖中甲、丙兩圖中導(dǎo)線ab都在垂直切割磁感線，又因電路閉合，故甲、丙會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流；乙、丁兩圖中導(dǎo)體不切割磁感線，故乙、丁不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C項(xiàng)正確。]3．如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框，在下列四種情況下，線框中會(huì)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(chǎng)中左右運(yùn)動(dòng)B．線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場(chǎng)中上下運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)后，穿過線框的磁通量不斷發(fā)生變化，所以會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，C項(xiàng)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(gè)金屬薄圓盤水平放置在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(dòng)；(2)如圖(b)圓盤以某一水平直徑為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。[解析](1)當(dāng)圓盤繞過圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)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(dāng)圓盤以某一水平直徑為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(shí)，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(gè)典型應(yīng)用？提示：(1)計(jì)算機(jī)磁盤與磁記錄。(2)無(wú)線充電。(3)動(dòng)圈式話筒。法拉第與電氣化時(shí)代法拉第出生于英國(guó)的一個(gè)鐵匠家庭，曾經(jīng)在一家書店當(dāng)過學(xué)徒。他利用這個(gè)條件，讀了很多科學(xué)書籍，從中獲得了豐富的知識(shí)。他喜歡做實(shí)驗(yàn)，還積極參加科學(xué)報(bào)告會(huì)。1813年，22歲的法拉第毛遂自薦，成了著名化學(xué)家戴維的助理實(shí)驗(yàn)員。法拉第生活的時(shí)代，正值第一次產(chǎn)業(yè)革命完成。蒸汽機(jī)的普遍應(yīng)用催生了資本主義大工業(yè)，人類進(jìn)入了工業(yè)文明時(shí)期，而電力應(yīng)用的前景已初見端倪。這是一個(gè)需要巨人并產(chǎn)生巨人的時(shí)代，法拉第生逢其時(shí)。當(dāng)時(shí)的英國(guó)走在科學(xué)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(jià)的電力。他說：“我因?yàn)閷?duì)當(dāng)時(shí)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(xué)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(dāng)年的日記中不時(shí)出現(xiàn)“未顯示作用”“毫無(wú)反應(yīng)”“不行”等詞語(yǔ)，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(xué)家頭腦的思想和理論中，有多少被他們自己嚴(yán)格的批判和無(wú)情的質(zhì)疑消滅了。就是最有成就的科學(xué)家，得以實(shí)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(jiān)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(rèn)為電磁相互作用是通過介質(zhì)來(lái)傳遞的，并把這種介質(zhì)叫作“場(chǎng)”，他還以驚人