高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第三节 电磁感应现象课前预习ppt课件

第三节　电磁感应现象

[核心素养·明目标]

知识点一　电磁感应现象的发现

1．奥斯特梦圆“电生磁”：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。

2．法拉第心系“磁生电”：

(1)1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。产生的电流叫作感应电流。

(2)法拉第的概括。法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：

①变化的电流；

②变化的磁场；

③运动的恒定电流；

④运动的磁铁；

⑤在磁场中运动的导体。

(3)电磁感应与感应电流。

法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。

(4)发现电磁感应现象的意义。

①使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。

②使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代。

知识点二　产生感应电流的条件

只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。

　电磁感应只指“磁生电”，不指“电生磁”。

思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。 (×)

(2)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。 (×)

知识点三　电磁感应的应用

1．汽车防抱死制动系统(ABS)

(1)组成：ABS由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀三个部分组成，其中轮速传感器是利用电磁感应现象来测量车轮的转速的。

(2)原理：

①如图所示，铁质齿轮P与车轮同步转动，它的右侧有一个绕着线圈的磁铁，当每个轮齿在接近和离开磁铁时，穿过线圈的磁通量会发生变化，线圈中出现感应电流。

②随着各个轮齿的运动，磁通量的变化会使线圈中产生相应的感应电流。

③电流由电流检测器D检测，并送到电子控制模块以控制电磁阀，为制动器提供合适的制动力，有效避免了汽车后轮侧滑的现象。

2．无线充电技术

(1)概念：无线充电，又称非接触式感应充电，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。

(2)原理：充电器与用电器之间通过电感耦合传送电能。充电器中有发射线圈，给线圈一定频率的交变电流，通过电磁感应，用电器的接收线圈中产生的电流给电池充电。

(3)优点：无线充电具有安全、耐用、方便等优点。

考点　科学探究：产生感应电流的条件

1．实验探究感应电流产生的条件

(1)闭合电路的部分导体切割磁感线

在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图所示。

导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流计的指针，把观察到的现象记录在表1中。

表1

(2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中抽出

如图所示，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，或从线圈中抽出，或静止地放在线圈中。观察电流计的指针，把观察到的现象记录在表2中。

表2

(3)模拟法拉第的实验

如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流计连接，把线圈A装在线圈B的里面。观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。

表3

2．结论

不论用什么方法，不论何种原因，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。

3．产生感应电流的条件

(1)闭合电路；(2)磁通量发生变化。

【典例】　线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：A向右平动，B向下平动，C绕轴转动(ad边向里)，D垂直于纸面向纸外做平动，E向上平动(E线圈有个缺口)，判断线圈中有没有感应电流。

A　　　B　　C　　D　　　E

[解析]　在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的。对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱。

A向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故线圈中没有感应电流。

B向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流。

C绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化(开始时减少)，必产生感应电流。

D离纸面越远，线圈中磁通量越少，线圈中有感应电流。

E向上平动，穿过线圈的磁通量增加，但由于线圈没有闭合，因此无感应电流。

[答案]　A、E中无感应电流；B、C、D中有感应电流

判断是否产生感应电流的关键是明确电路是否闭合，分清磁感线的疏密分布，从而判断磁通量是否变化，而不是看磁通量的有无。

[跟进训练]

1．下图中能在回路中产生感应电流的是(　　)

A　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　D

B　[A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，通过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流，B符合题意。]

2．(多选)如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直。导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好。这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流产生，则可能(　　)

A．v1＞v2　　　 B．v1＜v2

C．v1＝v2 D．无法确定

AB　[只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。故选项A、B正确。]

1．下列现象中属于电磁感应现象的是(　　)

A．磁场对电流产生力的作用

B．变化的磁场使闭合电路中产生电流

C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化

D．电流周围产生磁场

B　[磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；电流周围产生磁场属于电流的磁效应；变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象，故正确答案为B。]

2．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，如图所示，各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是(　　)

甲　　　　乙

丙　　　　丁

A．都会产生感应电流

B．都不会产生感应电流

C．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流

D．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流

C　[题图中甲、丙两图中导线ab都在垂直切割磁感线，又因电路闭合，故甲、丙会产生感应电流；乙、丁两图中导体不切割磁感线，故乙、丁不会产生感应电流，故C项正确。]

3．如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是(　　)

A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动

B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动

C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动

D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动

C　[四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，线圈按A、B、D三种情况移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流，C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以会产生感应电流，C项正确。]

4．(新情境题，以“金属薄圆盘”为背景，考查产生感应电流的条件)如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中。

问题：下列情况能不能使圆盘中产生感应电流？

(a)　　　　　　　　　　(b)

(1)如图(a)圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动；

(2)如图(b)圆盘以某一水平直径为轴匀速转动。

[解析]　(1)当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，无论转到什么位置，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流。

(2)当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动时，穿过圆盘的磁感线条数不断变化，即圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流。

[答案]　见解析

回归本节知识，自我完成以下问题：

1．什么是电磁感应现象及产生感应电流的条件？

提示：因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象。

条件：(1)闭合电路。(2)磁通量发生变化。

2．试写出电磁感应的几个典型应用？

提示：(1)计算机磁盘与磁记录。

(2)无线充电。

(3)动圈式话筒。

法拉第与电气化时代

法拉第出生于英国的一个铁匠家庭，曾经在一家书店当过学徒。他利用这个条件，读了很多科学书籍，从中获得了丰富的知识。他喜欢做实验，还积极参加科学报告会。1813年，22岁的法拉第毛遂自荐，成了著名化学家戴维的助理实验员。

法拉第生活的时代，正值第一次产业革命完成。蒸汽机的普遍应用催生了资本主义大工业，人类进入了工业文明时期，而电力应用的前景已初见端倪。这是一个需要巨人并产生巨人的时代，法拉第生逢其时。当时的英国走在科学技术和工业发展的前列。法拉第看到，伏打电池昂贵、产生的电流小，而自然界中有不少天然磁石。如果可以由磁产生电流，就能获得廉价的电力。他说：“我因为对当时产生电的方法感到不满意，因此急于发现磁与感应电流的关系，觉得电学在这条路上一定可以充分发展。”

在10年的探索中，法拉第遭遇了多次失败。在他当年的日记中不时出现“未显示作用”“毫无反应”“不行”等词语，记录着艰苦的探索历程。法拉第在晚年曾感叹： “世人何尝知道，在那些流过科学家头脑的思想和理论中，有多少被他们自己严格的批判和无情的质疑消灭了。就是最有成就的科学家，得以实现的建议、猜想、愿望和初步判断，也不到十分之一。”

法拉第发现电磁感应现象，与他坚信各种自然现象是相互关联的，各种自然力是统一的、可以互相转化的思想相关。他还认为电磁相互作用是通过介质来传递的，并把这种介质叫作“场”，他还以惊人的想象力创造性地用“力线”(即现代物理学中的“磁感线”)形象地描述“场”的物理图景。

法拉第鄙视金钱、地位和权势。他谦虚、朴实、安于清贫，谢绝了皇家学会会长、皇家研究院院长、伦敦大学教授等职位和头衔，也不肯接受贵族爵位。

1867年8月25日，法拉第坐在书房的椅子上平静地离开了人世。法拉第把一生献给了科学事业。生活在电气化时代的我们，应该永远缅怀法拉第。

　(1)电场线、磁感线是由哪位科学家提出的？

(2)电磁感应现象指什么？

提示：(1)法拉第。

(2)磁生电。