2024-2025學(xué)年新教材高中物理第13章電磁感應(yīng)與電磁波初步3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用學(xué)案新人教版必修第三冊

PAGE8-3.電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]理解產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2.[科學(xué)思維]會依據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件推斷感應(yīng)電流的有無。3.[科學(xué)探究]通過視察試驗現(xiàn)象，分析歸納在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。4.[科學(xué)看法與責(zé)任]通過探究產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件，體驗由試驗發(fā)覺規(guī)律的樂趣，養(yǎng)成探究物理規(guī)律的良好習(xí)慣。閱讀本節(jié)教材，回答第114頁“問題”并梳理必要學(xué)問點。教材P114問題提示：不是唯一方法，這些方法的實質(zhì)是磁通量的變更。一、劃時代的發(fā)覺1．電流的磁效應(yīng)引起的思索：既然電流能夠產(chǎn)生磁場，那么，為什么不能用磁體使導(dǎo)線中產(chǎn)生電流呢？2．法拉第的探究：經(jīng)驗了長達(dá)10年的探究，經(jīng)驗了一次次失敗，最終領(lǐng)悟到，“磁生電”是一種在變更、運動的過程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)。3．電磁感應(yīng)：由磁產(chǎn)生電的現(xiàn)象。4．感應(yīng)電流：由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流。二、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1．探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(1)試驗裝置(2)試驗過程開關(guān)和變阻器的狀態(tài)線圈B中是否有電流開關(guān)閉合瞬間有開關(guān)斷開瞬間有開關(guān)閉合時，滑動變阻器不動無開關(guān)閉合時，快速移動滑動變阻器的滑片有2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變更時，閉合導(dǎo)體回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電流。三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用1．最早的發(fā)電機(jī)：法拉第的圓盤發(fā)電機(jī)。2．電廠里的發(fā)電機(jī)、生產(chǎn)和生活中廣泛運用的變壓器、電磁爐等都是依據(jù)電磁感應(yīng)制造的。1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 (√)(2)法拉第完成了“由磁產(chǎn)生電”的設(shè)想。 (√)(3)閉合電路中的磁通量發(fā)生變更就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。 (√)(4)只要電路中磁通量發(fā)生變更，就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 (×)2．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．變更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．電流四周產(chǎn)生磁場B[電磁感應(yīng)現(xiàn)象指的是處在變更的磁場中的閉合回路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，選項B正確。]3．(多選)如圖所示，線框ABCD從有界的勻強(qiáng)磁場區(qū)域穿過，下列說法正確的是()A．進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中，ABCD中有感應(yīng)電流B．在勻強(qiáng)磁場中加速運動時，ABCD中有感應(yīng)電流C．在勻強(qiáng)磁場中勻速運動時，ABCD中沒有感應(yīng)電流D．離開勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中，ABCD中沒有感應(yīng)電流AC[從磁通量有無“變更”來推斷產(chǎn)生感應(yīng)電流與否，能抓住要點得出正確結(jié)論。若從切割磁感線的角度考慮問題，需留意全面比較閉合電路各部分切割的狀況。在有界的勻強(qiáng)磁場中，經(jīng)常須要考慮閉合回路進(jìn)磁場、出磁場和在磁場中運動的狀況，線框ABCD在勻強(qiáng)磁場中無論勻速，還是加速運動，穿過線框ABCD的磁通量都沒有發(fā)生變更。故A、C正確。]磁通量的變更1.閉合回路面積S的變更引起磁通量的變更。如圖所示是導(dǎo)體做切割磁感線運動使面積發(fā)生變更而變更了穿過回路的磁通量。2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的變更引起磁通量的變更。如圖甲是通過磁極的運動變更穿過回路的磁通量；圖乙通過變更原線圈中的電流從而變更磁場的強(qiáng)弱，進(jìn)而變更穿過回路的磁通量。甲乙3．磁場和閉合電路的面積都不發(fā)生變更，二者的夾角發(fā)生變更，從而引起穿過線圈的磁通量發(fā)生變更。如圖所示，閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞軸OO′轉(zhuǎn)動的過程。【例1】如圖所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd在瘦長磁鐵N極旁邊下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，由圖中的位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在這個過程中，線圈中的磁通量()A．是增加的 B．是削減的C．先增加．后削減 D．先削減，后增加D[要知道線圈在下落過程中磁通量的變更狀況，就必需知道條形磁鐵在磁極旁邊磁感線的分布狀況，條形磁鐵在N極旁邊磁感線的分布狀況如圖所示，由圖可知線圈中磁通量是先削減，后增加，選項D正確。]由公式Φ＝BScosθθ為線圈與磁感線的夾角，可以看出Φ的變更是由B、S或θ的變更引起的，因此在求磁通量的變更時要先弄清Φ的變更是由哪一個量的變更引起的，然后依據(jù)此量的變更狀況分析磁通量的變更狀況。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．如圖所示，通電螺線管水平固定，OO′為其軸線，a、b、c三點在該軸線上，在這三點處各放一個完全相同的小圓環(huán)，且各圓環(huán)平面垂直于OO′軸。則關(guān)于這三點的磁感應(yīng)強(qiáng)度Ba、Bb、Bc的大小關(guān)系及穿過三個小圓環(huán)的磁通量Φa、Φb、Φc的大小關(guān)系，下列推斷正確的是()A．Ba＝Bb＝Bc，Φa＝Φb＝ΦcB．Ba＞Bb＞Bc，Φa＜Φb＜ΦcC．Ba＞Bb＞Bc，Φa＞Φb＞ΦcD．Ba＞Bb＞Bc，Φa＝Φb＝ΦcC[由通電螺線管的磁場分布特點可知，a、b、c三點的磁感應(yīng)強(qiáng)度Ba、Bb、Bc的大小關(guān)系為Ba＞Bb＞Bc；三個小圓環(huán)的面積相同，依據(jù)磁通量的定義Φ＝BS可知，Φa＞Φb＞Φc，所以A、B、D錯誤，C正確。]感應(yīng)電流的有無推斷(老師用書獨具)教P115“思索與探討”答案提示：磁通量。甲乙丙保持線框平面始終與磁感線垂直，圖甲中線框在磁場中上下運動；圖乙中線框在磁場中左右運動；如圖丙所示，有一個線圈與一個靈敏電流計連成閉合電路，將一條形磁鐵的一部分插入線圈中。(科學(xué)探究)(1)保持線框平面始終與磁感線垂直，線框在磁場中上下運動(圖甲)。線框中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？(2)保持線框平面始終與磁感線垂直，線框在磁場中左右運動(圖乙)，線框中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？(3)條形磁鐵向左右運動時(丙圖)，電流計的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？為什么？提示：(1)圖甲中，線框在磁場中上下運動的過程中，導(dǎo)體沒有切割磁感線，穿過線框的磁通量沒有發(fā)生變更，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生。(2)圖乙中，線框在磁場中左右運動的過程中，盡管導(dǎo)體切割磁感線，但是整個線框都處在磁場中，穿過線框的磁通量沒發(fā)生變更，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生。(3)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。閉合螺線管線圈中磁通量發(fā)生變更。1．感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件(1)閉合電路。(2)磁通量發(fā)生變更。2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的常見類型(1)導(dǎo)線ab切割磁感線時，閉合回路產(chǎn)生的電流(如圖甲所示)。(2)磁鐵插入和拉出線圈時，回路中產(chǎn)生的電流(如圖乙所示)。(3)如圖丙所示，當(dāng)開關(guān)S閉合或斷開時，回路B中產(chǎn)生電流。當(dāng)開關(guān)閉合，滑動變阻器滑片向上或向下滑時，回路B中產(chǎn)生電流?！纠?】線圈在長直導(dǎo)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．從紙面對紙外做平動，E.向上平動(線圈有個缺口)，推斷線圈中有沒有感應(yīng)電流？ABCDE思路點撥：依據(jù)導(dǎo)線四周的磁感線分布以及產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件即可推斷各圖中感應(yīng)電流的有無。[解析]在直導(dǎo)線電流磁場中的五個線圈，原來磁通量都是垂直紙面對里的，對直線電流來說，離電流越遠(yuǎn)，磁場就越弱。A．向右平動，穿過線圈的磁通量沒有變更，故線圈中沒有感應(yīng)電流。B．向下平動，穿過線圈的磁通量削減，必產(chǎn)生感應(yīng)電流。C．繞軸轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量變更(起先時削減)，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，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。推斷是否產(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，從而推斷磁通量是否變更，而不是看磁通量的有無。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關(guān)組成閉合回路，在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A，下列各種狀況中銅環(huán)A中沒有感應(yīng)電流的是()A．線圈中通以恒定的電流B．通電時，使變阻器的滑片P做勻速移動C．通電時，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A[線圈中通以恒定的電流時，線圈產(chǎn)生穩(wěn)恒的磁場，穿過銅環(huán)Z的磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生；通電時，使變阻器的滑片P滑動時，無論是勻速還是加速移動，變阻器接入電路的電阻變更，回路中電流變更，線圈產(chǎn)生的磁場變更，穿過銅環(huán)A磁通量變更，產(chǎn)生感應(yīng)電流；將開關(guān)突然斷開的瞬間，線圈產(chǎn)生的磁場從有到無，穿過銅環(huán)A的磁通量減小，產(chǎn)生感應(yīng)電流。故A正確。]1．(多選)下列說法正確的是()A．發(fā)覺電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是奧斯特，發(fā)覺電流磁效應(yīng)的科學(xué)家是法拉第B．奧斯特的思維和實踐沒有突破當(dāng)時人類對電和磁相識的局限性C．產(chǎn)生感應(yīng)電流的緣由都與變更或運動有關(guān)D．電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)覺使人們找到了“磁生電”的方法，開拓了人類的電氣化時代CD[奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)，他的思維和實踐突破了人類對電與磁相識的局限性，B錯誤；發(fā)覺電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是法拉第，A錯誤；產(chǎn)生感應(yīng)電流的緣由都與變更或運動有關(guān)，C正確；電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)覺，宣告了電磁學(xué)的誕生，開拓了人類的電氣化時代，D正確。]2．一個匝數(shù)為n、面積為S的閉合線圈置于水平面上，若線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度在時間t內(nèi)由豎直向下從B1削減到零，再反向增加到B2，則線圈內(nèi)的磁通量的變更量ΔΦ為()A．n(B2－B1)S B．n(B2＋B1)SC．(B2－B1)S D．(B2＋B1)SD[末狀態(tài)的磁通量Φ2＝B2S，初狀態(tài)的磁通量Φ1＝－B1S，因為磁感應(yīng)方向相反，則線圈內(nèi)的磁通量的變更量ΔΦ＝(B2＋B1)S，與線圈匝數(shù)無關(guān)，故D正確，A、B、C錯誤。]3．在如圖所示的試驗中，能在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的狀況是()A．磁鐵靜止在線圈上方B．磁鐵靜止在線圈右側(cè)C．磁鐵靜止在線圈里面D．磁鐵插入或抽出線圈的過程D[磁鐵靜止在線圈上方、右側(cè)和里面，穿過閉合電路的磁通量均不發(fā)生變更，但磁鐵插入或抽出時，磁通量變更，故選項D正確。]4．如圖所示，閉合的矩形線圈abcd放在范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場中，下列哪種狀況下線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流()A．線圈向左平移 B．線圈向上平移C．線圈以ab為軸旋轉(zhuǎn) D．線圈不動C[A、B、D三種狀況穿過線圈的磁通量都不變，線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，只有C所述線圈以ab為軸旋轉(zhuǎn)，穿過線圈的磁通量發(fā)生變更，線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項C正確。]5．情境：如圖所