高中物理粵教版（2023）必修第三冊 6.3 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 學(xué)案

第第頁高中物理粵教版（2023）必修第三冊6.3電磁感應(yīng)現(xiàn)象學(xué)案第三節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象

[學(xué)習(xí)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)探究通過實驗探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，學(xué)會歸納總結(jié)法，能與他人交流合作完成實驗

科學(xué)態(tài)度與責(zé)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(rèn)識是不斷發(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(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；

③運動的恒定電流；

④運動的磁鐵；

⑤在磁場中運動的導(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使人們對電與磁內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn)識更加完善，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代。

知識點二產(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(dāng)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。

考點科學(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(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)體做切割磁感線運動時，電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，如圖所示。

導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(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(dāng)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(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(dǎo)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(yuǎn)，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(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

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(jìn)訓(xùn)練]

1．下圖中能在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()

AB

CD

B[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(qiáng)磁場中有兩條平行的金屬導(dǎo)軌，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直。導(dǎo)軌上有兩條可沿導(dǎo)軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導(dǎo)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＞v2B．v1＜v2

C．v1＝v2D．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(dǎo)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(dǎo)線ab處于勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，各情況下導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(qiáng)磁場中有一個矩形閉合導(dǎo)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(qiáng)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(dāng)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(dāng)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(jī)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(dāng)過學(xué)徒。他利用這個條件，讀了很多科學(xué)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(xué)報告會。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(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(dāng)時的英國走在科學(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，就能獲得廉價的電力。他說：“我因為對當(dāng)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(xué)在這條路上一定可以充分發(fā)展?！?/p>

在10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(xué)家頭腦的思想和理論中，有多少被他們自己嚴(yán)格的批判和無情的質(zhì)疑消滅了。就是最有成就的科學(xué)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?！?/p>

法拉第發(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(rèn)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