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高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电磁感应现象及应用导学案及答案
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电磁感应现象及应用导学案及答案，文件包含人教版2019高中物理必修三新教材同步第13章3电磁感应现象及应用--教师版docx、人教版2019高中物理必修三新教材同步第13章3电磁感应现象及应用--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共36页， 欢迎下载使用。
物理观念
1.进一步认识磁通量的概念,能结合实例对磁通量的变化进行定性的判断和定量计算。
科学探究
1.经历感应电流产生条件的探究活动,提高分析论证能力。
科学思维
1.通过模仿法拉第的实验,归纳得出产生感应电流的条件。学会通过现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法,认识实验观察能力和逻辑思维能力在科学探究过程中的主要作用。
科学态度与责任
1.了解电磁感应现象曲折的发现过程,学习法拉第坚持理想信念、不畏艰辛、勇于探索的科学精神。
2.了解电磁感应现象发现的重大历史意义和电磁感应现象的广泛应用,体会科学、技术对人类文明的推动作用。
一、划时代的发现
1．1820年,丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系．
2．1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应．产生的电流叫作感应电流．
二、感应电流的产生条件
1.(1)导体棒在磁场中运动
(2)磁体在线圈中运动
(3)模拟法拉第的实验
2.感应电流产生的条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流。
三、电磁感应现象的应用
根据电磁感应现象制造的发电机开辟了人类社会的电气化时代。生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的。
情境链接
如图所示,怎样利用条形磁体在螺线管内产生感应电流?
答案 条形磁体插入或拔出螺线管;条形磁体不动,螺线管靠近或远离条形磁体。
教材拓展
阅读教材第114页“问题”,当导体做切割磁感线运动时,导体中就会产生感应电流,试分析该过程中的能量转化情况,并提出一种增大感应电流的方法。
答案 导体的动能转化为电能,电能最终转化为导体的内能;增大导体的动能,即导体做加速切割磁感线运动。
1．判断下列说法的正误．
(1)有电流即产生磁场。( √ )
(2)有磁场即产生电流。( × )
解析：当磁场、电路满足一定条件时,才能产生电流。
(3)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。( × )
解析：闭合电路中的磁通量不变化,是不会产生感应电流的。
(4)穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生( × )
解析：磁通量发生变化,而螺线管回路不闭合,是不会产生感应电流的。
(5)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。( × )
解析：只有闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时,闭合回路中才会产生感应电流。
(6)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。( √ )
2．练一练
（1）如图1所示，条形磁铁A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针________(选填“不偏转”或“偏转”)；若条形磁铁A在线圈B中保持不动，电流表G的指针________(选填“不偏转”或“偏转”)．
图1
答案 偏转 不偏转
一、磁通量的变化
磁通量的变化大致可分为以下几种情况：
(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图2(a)所示．
(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示．
(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示．
图2
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT 例1 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图3所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
图3
A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定
答案 C
解析 设闭合线框在位置1时穿过闭合线框的磁通量为Φ1，在位置2时穿过闭合线框的磁通量为Φ2，导线MN中的电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处强，故Φ1>Φ2.将闭合线框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，穿过闭合线框的磁感线反向，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)，故C正确．
针对训练1 磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”．在图4所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0.下列判断正确的是( )
图4
A．Φ1最大 B．Φ2最大
C．Φ3最大 D．Φ1、Φ2、Φ3相等
答案 A
解析 磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少，从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多，所以Φ1最大，故A正确，B、C、D错误．
二、电磁感应现象与电流的磁效应
导学探究
想一想,电磁炮和家用电磁炉各自是根据什么工作的呢?
答案 电磁炮的工作原理是电流的磁效应,家用电磁炉的工作原理是电磁感应。
知识深化
二者的关系
1.区别:“动电生磁”是指运动电荷周围产生磁场;“动磁生电”是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流。
2.联系:二者都是反映了电流与磁场之间的关系。
例2 如图所示是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情境。当探测线圈靠近金属物体时,在金属探测器中就会产生电流,如果能检测出这种变化,就可以判定探测线圈附近有金属物体了。下列选项能反映出金属探测器工作原理的是( )
答案 B
解析 探测器靠近金属物体时,相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线,从而产生了电流。选项B是导体棒切割磁感线,选项C是通电导体在磁场中受力运动,选项A、D是电流的磁效应。B正确。
电磁感应现象单指磁场产生电流的现象,而电流的磁效应是指电流产生磁场。
针对训练2 (多选)下列说法正确的是( )
A.发现电磁感应现象的科学家是奥斯特,发现电流磁效应的科学家是法
拉第
B.奥斯特的思维和实践没有突破当时人类对电和磁认识的局限性
C.产生感应电流的原因都与变化或运动有关
D.电磁感应现象的发现使人们找到了“磁生电”的方法,开辟了人类的电气化时代
答案 CD
解析 奥斯特发现了电流的磁效应,他的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性,发现电磁感应现象的科学家是法拉第,A、B错误。产生感应电流的原因都与变化或运动有关;电磁感应现象的发现,宣告了电磁学的诞生,开辟了人类的电气化时代,C、D正确。
三、感应电流产生的条件
导学探究
1．实验：探究感应电流产生的条件
(1)如图5所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中________电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中________电流产生．(均选填“有”或“无”)
图5
(2)如图6所示，当条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中________电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中________电流产生．(均选填“有”或“无”)
图6
(3)如图7所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中________电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中________电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中________电流通过．(均选填“有”或“无”)
图7
答案 (1)有 无 (2)有 无 (3)有 有 无
知识深化
1．归纳总结：
实验一中：导体棒切割磁感线运动，回路面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．
实验二中：磁铁插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．
实验三中：开关闭合、断开、滑动变阻器的滑动触头移动时，A线圈中电流变化，从而引起穿过B的磁通量变化，产生了感应电流．
三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化．
2．产生感应电流的条件
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生感应电流。
3．感应电流有无的判断
引起感应电流的表面因素很多,但本质的原因是磁通量的变化。只要穿过闭合电路的磁通量变化,闭合电路中就有感应电流产生。
穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下四种情况:
特别提示 电路为闭合电路,穿过电路的磁通量发生变化。两条必须同时满足,才能产生感应电流。
4．感应电流产生条件的理解
不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化．
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT 例3 (多选)下图中能产生感应电流的是( )
答案 BD
解析 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，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合电路的磁通量减小，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.
针对训练3 (多选)如图8所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是( )
图8
A．开关S闭合的瞬间
B．开关S闭合后，电路中电流稳定时
C．开关S闭合后，滑动变阻器滑片滑动的瞬间
D．开关S断开的瞬间
答案 ACD
判断是否产生感应电流的技巧
1.电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件,二者缺一不可。
2.磁通量发生变化,其主要内涵体现在“变化”上,磁通量很大,但若没有变化,也不会产生感应电流,开始磁通量是零,但如果变化,仍然可以产生感应
电流。
3.产生感应电流的实质是其他形式的能转化为电能。
针对训练4 线圈在长直导线电流的磁场中做如图9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．
图9
答案 A、E中无感应电流 B、C、D中有感应电流
解析 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.
1．(电磁感应现象的认识)(2018·南通市高二上学期调研)下列现象中，属于电磁感应现象的是( )
A．通电线圈在磁场中转动
B．因闭合线圈在磁场中运动而产生电流
C．磁铁吸引小磁针
D．小磁针在通电导线附近发生偏转
答案 B
解析 闭合线圈在磁场中由于磁通量的变化而产生电流的现象叫电磁感应，B正确；A中通电线圈在磁场中转动是因为受磁场力作用，A错误；D是电流的磁效应，D错误；C中磁铁吸引小磁针是磁场的作用，C错误．
2．(磁通量的变化)如图10所示，ab是水平面上一个圆环的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，则穿过圆环的磁通量将( )
图10
A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．始终为零 D．不为零，但保持不变
答案 C
解析 利用安培定则判断直线电流产生的磁场，作出俯视图，考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿进圆环的磁感线的条数与穿出圆环的磁感线条数总是相等的，故磁通量始终为零，故选C项．
3．(磁通量的变化)如图11所示，一环形线圈沿条形磁铁的轴线，从磁铁N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点，A、B两点关于磁铁的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将( )
图11
A．先增大，后减小
B．先减小，后增大
C．先增大，后减小、再增大，再减小
D．先减小，后增大、再减小，再增大
答案 A
4．(产生感应电流的条件)(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关，用导线连接成如图12所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是( )
图12
A．线圈A插入线圈B的过程中，有感应电流
B．线圈A从线圈B中拔出过程中，有感应电流
C．线圈A停在线圈B中，有感应电流
D.线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小
答案 ABD
解析 由感应电流产生的条件知A、B选项都正确，C项错误；在线圈A从线圈B拔出的过程中，线圈B的磁通量减小，D项正确．
5．(产生感应电流的条件)如选项图所示的匀强磁场中有一闭合矩形导线框，则在图示时刻能产生感应电流的是( )
答案 B
解析 A、D选项中线框内的磁通量始终不变化，C选项中线框内的磁通量始终等于零，故均没有感应电流产生；B选项中，线框内的磁感线减少，磁通量发生变化，能产生感应电流．
考点一 电磁感应现象的发现与认识
1．许多科学家在物理学发展中做出了重要贡献，下列表述中正确的是( )
A．牛顿测出引力常量
B．法拉第发现电磁感应现象
C．安培发现了电流的磁效应
D．奥斯特总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律
答案 B
2．在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )
A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表示数的变化
B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，一段时间后观察电流表示数的变化
C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表示数的变化
D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表示数的变化
答案 D
解析 同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件，电路中才会产生感应电流，A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化，并不满足产生感应电流的条件，故A、B错误；磁铁插入线圈时，虽有短暂电流产生，但未能及时观察，故C错误；在给线圈通电、断电瞬间，会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确．
考点二 磁通量变化情况的判断
3．如图1所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场方向同心放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过大、小两环的磁通量，则有( )
图1
A．Φ1>Φ2
B．Φ1<Φ2
C．Φ1＝Φ2
D．无法确定
答案 C
解析 对于大环和小环来说，磁感线的净条数没有变化，故C正确．
4.如图2所示，在同一平面内有四根彼此绝缘的直导线，分别通有大小相同、方向如图所示的电流，要使由四根直导线所围成的面积内的磁通量增加，则应切断哪一根导线中的电流( )
图2
A．切断i1 B．切断i2
C．切断i3 D．切断i4
答案 D
解析 根据安培定则判断出四根通电直导线中电流在所围面积内的磁场方向，可知只有i4中电流产生的磁场垂直于纸面向外，则要使磁通量增加，应切断i4.
5.如图3所示，固定的长直导线中通有恒定电流，一矩形线框从abcd位置向右平移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是 (线框平行于纸面)( )
图3
A．一直增加
B．一直减少
C．先增加后减少
D．先增加，再减少到零，然后再增加，然后再减少
答案 D
解析 离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小，故D正确．
考点三 有无感应电流的判断
6．(多选)下列选项中的操作能使如图4所示的三种装置产生感应电流的是( )
图4
A．甲图中，使导体棒AB顺着磁感线运动
B．乙图中，使条形磁铁插入或拔出线圈
C．丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A插入大螺线管B中不动
D．丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A插入大螺线管B中不动，移动滑动变阻器的滑片
答案 BD
解析 题图甲中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故A错误；题图乙中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，线圈中都能产生感应电流，故B正确；题图丙中开关S保持闭合，回路中为恒定电流，小螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，无感应电流，故C错误；题图丙中开关S保持闭合，小螺线管A插入大螺线管B中不动，移动滑动变阻器的滑片使闭合回路中的电流变化，从而使小螺线管A产生的磁场变化，故大螺线管B中的磁通量变化，有感应电流，故D正确．
7．(2018·南通中学高二上学期期中)如图所示，矩形线框在足够大的匀强磁场中做的各种运动中，能够产生感应电流的是( )
答案 B
解析 由题图可知，矩形线框中磁通量变化的只有B图，因此只有B图能产生感应电流，故选B.
8.(多选)(2018·广南县一中高二上学期月考)如图5所示，线圈abcd在磁场区域ABCD中，下列哪种情况下线圈中有感应电流产生( )
图5
A．把线圈变成圆形(周长不变)
B．使线圈在磁场中加速平移
C．使磁场增强或减弱
D．使线圈以过ab的直线为轴旋转
答案 ACD
解析 把线圈变成圆形(周长不变)，线圈面积变大，通过线圈的磁通量增大，线圈中有感应电流产生，A正确；使线圈在磁场中加速平移，通过线圈的磁通量不变，线圈中没有感应电流产生，B错误；使磁场增强或减弱，通过线圈的磁通量增大或减小，线圈中有感应电流产生，C正确；使线圈以过ab的直线为轴旋转，线圈在磁场中的有效面积发生变化，线圈中磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生，D正确．
9.通电直导线穿过闭合线圈L，如图6所示，则( )
图6
A．当电流I增大时，线圈L中有感应电流
B．当L左右平动时，L中有感应电流
C．当L上下平动时，L中有感应电流
D．以上各种情况都不会产生感应电流
答案 D
解析 根据直线电流的磁场特点知，A、B、C各种情况下，穿过线圈的磁通量始终为零，选项D正确．
10.如图7所示，在竖直向下的匀强磁场中(磁场范围足够大)，有一闭合导体环，环面与磁场方向垂直，当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是( )
图7
A．导体环保持水平方位在磁场中向上或向下运动
B．导体环保持水平方位向左或向右加速平动
C．导体环绕垂直环面、通过环心的轴转动
D．导体环以一条直径为轴，在磁场中转动
答案 D
11．(多选)如图8所示为电流表与螺线管组成闭合电路，以下能使电流表指针偏转的是( )
图8
A．将磁铁插入螺线管的过程中
B．磁铁放在螺线管中不动时
C．将磁铁从螺线管中向上拉出的过程中
D．磁铁静止而将螺线管向上移动
答案 ACD
解析 在磁铁插入、拉出过程中螺线管中的磁通量均发生变化，能产生感应电流，电流表指针偏转，故A、C正确；磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量不发生变化，无感应电流产生，电流表指针不偏转，故B错误；由于磁铁静止而螺线管向上移动，螺线管中的磁通量发生变化，有感应电流产生，电流表指针偏转，故D正确．
12．(多选)如图9所示，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，下列情况中能引起电流计指针转动的是( )
图9
A．闭合开关瞬间
B．开关闭合稳定后
C．开关闭合稳定后移动滑动变阻器的滑片
D．断开开关瞬间
答案 ACD
解析 开关闭合瞬间，线圈Ⅰ中电流从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计指针转动，故A正确；
开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，穿过线圈Ⅱ的磁通量稳定不变，线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计指针不发生转动，故B错误；
开关闭合稳定后，移动滑动变阻器的滑片，线圈Ⅰ中的电流变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计指针转动，故C正确；
开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计指针转动，故D正确．
13.(多选)实验装置如图10所示，在铁芯F上绕着两个线圈A、B.如果线圈A中的电流i和时间t的关系如下图所示，在t1～t2这段时间内，A、B、C、D四种情况中，在线圈B中观察到感应电流的是( )
图10
答案 BCD
解析 当线圈A中的电流发生变化，它产生的磁场也就发生变化，穿过闭合线圈B的磁通量也发生变化，从而产生感应电流，故B、C、D正确，A错误．
14.如图11所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况下导线cd中无电流的是( )
图11
A．开关S闭合或断开的瞬间
B．开关S是闭合的，但滑动触头向左滑
C．开关S是闭合的，但滑动触头向右滑
D．开关S始终闭合，不滑动触头
答案 D
解析 如果导线cd中无电流产生，则说明通过ab中的电流没有发生变化，显然不是开关S闭合或断开的瞬间；若是开关S闭合，不管滑动触头左移还是右移，ab中的电流都会发生变化，那么cd中都会有感应电流，故选D.
实验装置
实验操作
回路中有无电流
导体棒静止或平行于磁感线
运动
无
导体棒做切割磁感线运动
有
实验装置
实验操作
线圈中有
无电流
条形磁体在线圈中插入或拔出时
有
条形磁体在线圈中静止不动
无
实验装置
实验操作
线圈中有
无电流
开关S闭合或断开瞬间
有
开关S闭合,改变滑动变阻器阻值
有
开关S一直闭合,且滑动变阻器滑片位置不动
无
Φ变化
的四种
情况
B不变、S变
例:闭合电路的一部分导体切割磁感线时
B变、S不变
例:线圈与条形磁体发生相对运动时
B和S都变
注意:此时可由ΔΦ=Φt-Φ0计算磁通量的变化
B和S大小都不变,但二者之间的夹角变
例:线圈在匀强磁场中转动时
物理观念
1.进一步认识磁通量的概念,能结合实例对磁通量的变化进行定性的判断和定量计算。
科学探究
1.经历感应电流产生条件的探究活动,提高分析论证能力。
科学思维
1.通过模仿法拉第的实验,归纳得出产生感应电流的条件。学会通过现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法,认识实验观察能力和逻辑思维能力在科学探究过程中的主要作用。
科学态度与责任
1.了解电磁感应现象曲折的发现过程,学习法拉第坚持理想信念、不畏艰辛、勇于探索的科学精神。
2.了解电磁感应现象发现的重大历史意义和电磁感应现象的广泛应用,体会科学、技术对人类文明的推动作用。
一、划时代的发现
1．1820年,丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系．
2．1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应．产生的电流叫作感应电流．
二、感应电流的产生条件
1.(1)导体棒在磁场中运动
(2)磁体在线圈中运动
(3)模拟法拉第的实验
2.感应电流产生的条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流。
三、电磁感应现象的应用
根据电磁感应现象制造的发电机开辟了人类社会的电气化时代。生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的。
情境链接
如图所示,怎样利用条形磁体在螺线管内产生感应电流?
答案 条形磁体插入或拔出螺线管;条形磁体不动,螺线管靠近或远离条形磁体。
教材拓展
阅读教材第114页“问题”,当导体做切割磁感线运动时,导体中就会产生感应电流,试分析该过程中的能量转化情况,并提出一种增大感应电流的方法。
答案 导体的动能转化为电能,电能最终转化为导体的内能;增大导体的动能,即导体做加速切割磁感线运动。
1．判断下列说法的正误．
(1)有电流即产生磁场。( √ )
(2)有磁场即产生电流。( × )
解析：当磁场、电路满足一定条件时,才能产生电流。
(3)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。( × )
解析：闭合电路中的磁通量不变化,是不会产生感应电流的。
(4)穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生( × )
解析：磁通量发生变化,而螺线管回路不闭合,是不会产生感应电流的。
(5)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。( × )
解析：只有闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时,闭合回路中才会产生感应电流。
(6)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。( √ )
2．练一练
（1）如图1所示，条形磁铁A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针________(选填“不偏转”或“偏转”)；若条形磁铁A在线圈B中保持不动，电流表G的指针________(选填“不偏转”或“偏转”)．
图1
答案 偏转 不偏转
一、磁通量的变化
磁通量的变化大致可分为以下几种情况：
(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图2(a)所示．
(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示．
(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示．
图2
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT 例1 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图3所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
图3
A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定
答案 C
解析 设闭合线框在位置1时穿过闭合线框的磁通量为Φ1，在位置2时穿过闭合线框的磁通量为Φ2，导线MN中的电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处强，故Φ1>Φ2.将闭合线框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，穿过闭合线框的磁感线反向，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)，故C正确．
针对训练1 磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”．在图4所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0.下列判断正确的是( )
图4
A．Φ1最大 B．Φ2最大
C．Φ3最大 D．Φ1、Φ2、Φ3相等
答案 A
解析 磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少，从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多，所以Φ1最大，故A正确，B、C、D错误．
二、电磁感应现象与电流的磁效应
导学探究
想一想,电磁炮和家用电磁炉各自是根据什么工作的呢?
答案 电磁炮的工作原理是电流的磁效应,家用电磁炉的工作原理是电磁感应。
知识深化
二者的关系
1.区别:“动电生磁”是指运动电荷周围产生磁场;“动磁生电”是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流。
2.联系:二者都是反映了电流与磁场之间的关系。
例2 如图所示是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情境。当探测线圈靠近金属物体时,在金属探测器中就会产生电流,如果能检测出这种变化,就可以判定探测线圈附近有金属物体了。下列选项能反映出金属探测器工作原理的是( )
答案 B
解析 探测器靠近金属物体时,相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线,从而产生了电流。选项B是导体棒切割磁感线,选项C是通电导体在磁场中受力运动,选项A、D是电流的磁效应。B正确。
电磁感应现象单指磁场产生电流的现象,而电流的磁效应是指电流产生磁场。
针对训练2 (多选)下列说法正确的是( )
A.发现电磁感应现象的科学家是奥斯特,发现电流磁效应的科学家是法
拉第
B.奥斯特的思维和实践没有突破当时人类对电和磁认识的局限性
C.产生感应电流的原因都与变化或运动有关
D.电磁感应现象的发现使人们找到了“磁生电”的方法,开辟了人类的电气化时代
答案 CD
解析 奥斯特发现了电流的磁效应,他的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性,发现电磁感应现象的科学家是法拉第,A、B错误。产生感应电流的原因都与变化或运动有关;电磁感应现象的发现,宣告了电磁学的诞生,开辟了人类的电气化时代,C、D正确。
三、感应电流产生的条件
导学探究
1．实验：探究感应电流产生的条件
(1)如图5所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中________电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中________电流产生．(均选填“有”或“无”)
图5
(2)如图6所示，当条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中________电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中________电流产生．(均选填“有”或“无”)
图6
(3)如图7所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中________电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中________电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中________电流通过．(均选填“有”或“无”)
图7
答案 (1)有 无 (2)有 无 (3)有 有 无
知识深化
1．归纳总结：
实验一中：导体棒切割磁感线运动，回路面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．
实验二中：磁铁插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．
实验三中：开关闭合、断开、滑动变阻器的滑动触头移动时，A线圈中电流变化，从而引起穿过B的磁通量变化，产生了感应电流．
三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化．
2．产生感应电流的条件
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生感应电流。
3．感应电流有无的判断
引起感应电流的表面因素很多,但本质的原因是磁通量的变化。只要穿过闭合电路的磁通量变化,闭合电路中就有感应电流产生。
穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下四种情况:
特别提示 电路为闭合电路,穿过电路的磁通量发生变化。两条必须同时满足,才能产生感应电流。
4．感应电流产生条件的理解
不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化．
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT 例3 (多选)下图中能产生感应电流的是( )
答案 BD
解析 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，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合电路的磁通量减小，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.
针对训练3 (多选)如图8所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是( )
图8
A．开关S闭合的瞬间
B．开关S闭合后，电路中电流稳定时
C．开关S闭合后，滑动变阻器滑片滑动的瞬间
D．开关S断开的瞬间
答案 ACD
判断是否产生感应电流的技巧
1.电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件,二者缺一不可。
2.磁通量发生变化,其主要内涵体现在“变化”上,磁通量很大,但若没有变化,也不会产生感应电流,开始磁通量是零,但如果变化,仍然可以产生感应
电流。
3.产生感应电流的实质是其他形式的能转化为电能。
针对训练4 线圈在长直导线电流的磁场中做如图9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．
图9
答案 A、E中无感应电流 B、C、D中有感应电流
解析 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.
1．(电磁感应现象的认识)(2018·南通市高二上学期调研)下列现象中，属于电磁感应现象的是( )
A．通电线圈在磁场中转动
B．因闭合线圈在磁场中运动而产生电流
C．磁铁吸引小磁针
D．小磁针在通电导线附近发生偏转
答案 B
解析 闭合线圈在磁场中由于磁通量的变化而产生电流的现象叫电磁感应，B正确；A中通电线圈在磁场中转动是因为受磁场力作用，A错误；D是电流的磁效应，D错误；C中磁铁吸引小磁针是磁场的作用，C错误．
2．(磁通量的变化)如图10所示，ab是水平面上一个圆环的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，则穿过圆环的磁通量将( )
图10
A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．始终为零 D．不为零，但保持不变
答案 C
解析 利用安培定则判断直线电流产生的磁场，作出俯视图，考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿进圆环的磁感线的条数与穿出圆环的磁感线条数总是相等的，故磁通量始终为零，故选C项．
3．(磁通量的变化)如图11所示，一环形线圈沿条形磁铁的轴线，从磁铁N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点，A、B两点关于磁铁的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将( )
图11
A．先增大，后减小
B．先减小，后增大
C．先增大，后减小、再增大，再减小
D．先减小，后增大、再减小，再增大
答案 A
4．(产生感应电流的条件)(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关，用导线连接成如图12所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是( )
图12
A．线圈A插入线圈B的过程中，有感应电流
B．线圈A从线圈B中拔出过程中，有感应电流
C．线圈A停在线圈B中，有感应电流
D.线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小
答案 ABD
解析 由感应电流产生的条件知A、B选项都正确，C项错误；在线圈A从线圈B拔出的过程中，线圈B的磁通量减小，D项正确．
5．(产生感应电流的条件)如选项图所示的匀强磁场中有一闭合矩形导线框，则在图示时刻能产生感应电流的是( )
答案 B
解析 A、D选项中线框内的磁通量始终不变化，C选项中线框内的磁通量始终等于零，故均没有感应电流产生；B选项中，线框内的磁感线减少，磁通量发生变化，能产生感应电流．
考点一 电磁感应现象的发现与认识
1．许多科学家在物理学发展中做出了重要贡献，下列表述中正确的是( )
A．牛顿测出引力常量
B．法拉第发现电磁感应现象
C．安培发现了电流的磁效应
D．奥斯特总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律
答案 B
2．在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )
A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表示数的变化
B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，一段时间后观察电流表示数的变化
C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表示数的变化
D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表示数的变化
答案 D
解析 同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件，电路中才会产生感应电流，A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化，并不满足产生感应电流的条件，故A、B错误；磁铁插入线圈时，虽有短暂电流产生，但未能及时观察，故C错误；在给线圈通电、断电瞬间，会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确．
考点二 磁通量变化情况的判断
3．如图1所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场方向同心放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过大、小两环的磁通量，则有( )
图1
A．Φ1>Φ2
B．Φ1<Φ2
C．Φ1＝Φ2
D．无法确定
答案 C
解析 对于大环和小环来说，磁感线的净条数没有变化，故C正确．
4.如图2所示，在同一平面内有四根彼此绝缘的直导线，分别通有大小相同、方向如图所示的电流，要使由四根直导线所围成的面积内的磁通量增加，则应切断哪一根导线中的电流( )
图2
A．切断i1 B．切断i2
C．切断i3 D．切断i4
答案 D
解析 根据安培定则判断出四根通电直导线中电流在所围面积内的磁场方向，可知只有i4中电流产生的磁场垂直于纸面向外，则要使磁通量增加，应切断i4.
5.如图3所示，固定的长直导线中通有恒定电流，一矩形线框从abcd位置向右平移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是 (线框平行于纸面)( )
图3
A．一直增加
B．一直减少
C．先增加后减少
D．先增加，再减少到零，然后再增加，然后再减少
答案 D
解析 离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小，故D正确．
考点三 有无感应电流的判断
6．(多选)下列选项中的操作能使如图4所示的三种装置产生感应电流的是( )
图4
A．甲图中，使导体棒AB顺着磁感线运动
B．乙图中，使条形磁铁插入或拔出线圈
C．丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A插入大螺线管B中不动
D．丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A插入大螺线管B中不动，移动滑动变阻器的滑片
答案 BD
解析 题图甲中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故A错误；题图乙中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，线圈中都能产生感应电流，故B正确；题图丙中开关S保持闭合，回路中为恒定电流，小螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，无感应电流，故C错误；题图丙中开关S保持闭合，小螺线管A插入大螺线管B中不动，移动滑动变阻器的滑片使闭合回路中的电流变化，从而使小螺线管A产生的磁场变化，故大螺线管B中的磁通量变化，有感应电流，故D正确．
7．(2018·南通中学高二上学期期中)如图所示，矩形线框在足够大的匀强磁场中做的各种运动中，能够产生感应电流的是( )
答案 B
解析 由题图可知，矩形线框中磁通量变化的只有B图，因此只有B图能产生感应电流，故选B.
8.(多选)(2018·广南县一中高二上学期月考)如图5所示，线圈abcd在磁场区域ABCD中，下列哪种情况下线圈中有感应电流产生( )
图5
A．把线圈变成圆形(周长不变)
B．使线圈在磁场中加速平移
C．使磁场增强或减弱
D．使线圈以过ab的直线为轴旋转
答案 ACD
解析 把线圈变成圆形(周长不变)，线圈面积变大，通过线圈的磁通量增大，线圈中有感应电流产生，A正确；使线圈在磁场中加速平移，通过线圈的磁通量不变，线圈中没有感应电流产生，B错误；使磁场增强或减弱，通过线圈的磁通量增大或减小，线圈中有感应电流产生，C正确；使线圈以过ab的直线为轴旋转，线圈在磁场中的有效面积发生变化，线圈中磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生，D正确．
9.通电直导线穿过闭合线圈L，如图6所示，则( )
图6
A．当电流I增大时，线圈L中有感应电流
B．当L左右平动时，L中有感应电流
C．当L上下平动时，L中有感应电流
D．以上各种情况都不会产生感应电流
答案 D
解析 根据直线电流的磁场特点知，A、B、C各种情况下，穿过线圈的磁通量始终为零，选项D正确．
10.如图7所示，在竖直向下的匀强磁场中(磁场范围足够大)，有一闭合导体环，环面与磁场方向垂直，当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是( )
图7
A．导体环保持水平方位在磁场中向上或向下运动
B．导体环保持水平方位向左或向右加速平动
C．导体环绕垂直环面、通过环心的轴转动
D．导体环以一条直径为轴，在磁场中转动
答案 D
11．(多选)如图8所示为电流表与螺线管组成闭合电路，以下能使电流表指针偏转的是( )
图8
A．将磁铁插入螺线管的过程中
B．磁铁放在螺线管中不动时
C．将磁铁从螺线管中向上拉出的过程中
D．磁铁静止而将螺线管向上移动
答案 ACD
解析 在磁铁插入、拉出过程中螺线管中的磁通量均发生变化，能产生感应电流，电流表指针偏转，故A、C正确；磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量不发生变化，无感应电流产生，电流表指针不偏转，故B错误；由于磁铁静止而螺线管向上移动，螺线管中的磁通量发生变化，有感应电流产生，电流表指针偏转，故D正确．
12．(多选)如图9所示，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，下列情况中能引起电流计指针转动的是( )
图9
A．闭合开关瞬间
B．开关闭合稳定后
C．开关闭合稳定后移动滑动变阻器的滑片
D．断开开关瞬间
答案 ACD
解析 开关闭合瞬间，线圈Ⅰ中电流从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计指针转动，故A正确；
开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，穿过线圈Ⅱ的磁通量稳定不变，线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计指针不发生转动，故B错误；
开关闭合稳定后，移动滑动变阻器的滑片，线圈Ⅰ中的电流变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计指针转动，故C正确；
开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计指针转动，故D正确．
13.(多选)实验装置如图10所示，在铁芯F上绕着两个线圈A、B.如果线圈A中的电流i和时间t的关系如下图所示，在t1～t2这段时间内，A、B、C、D四种情况中，在线圈B中观察到感应电流的是( )
图10
答案 BCD
解析 当线圈A中的电流发生变化，它产生的磁场也就发生变化，穿过闭合线圈B的磁通量也发生变化，从而产生感应电流，故B、C、D正确，A错误．
14.如图11所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况下导线cd中无电流的是( )
图11
A．开关S闭合或断开的瞬间
B．开关S是闭合的，但滑动触头向左滑
C．开关S是闭合的，但滑动触头向右滑
D．开关S始终闭合，不滑动触头
答案 D
解析 如果导线cd中无电流产生，则说明通过ab中的电流没有发生变化，显然不是开关S闭合或断开的瞬间；若是开关S闭合，不管滑动触头左移还是右移，ab中的电流都会发生变化，那么cd中都会有感应电流，故选D.
实验装置
实验操作
回路中有无电流
导体棒静止或平行于磁感线
运动
无
导体棒做切割磁感线运动
有
实验装置
实验操作
线圈中有
无电流
条形磁体在线圈中插入或拔出时
有
条形磁体在线圈中静止不动
无
实验装置
实验操作
线圈中有
无电流
开关S闭合或断开瞬间
有
开关S闭合,改变滑动变阻器阻值
有
开关S一直闭合,且滑动变阻器滑片位置不动
无
Φ变化
的四种
情况
B不变、S变
例:闭合电路的一部分导体切割磁感线时
B变、S不变
例:线圈与条形磁体发生相对运动时
B和S都变
注意:此时可由ΔΦ=Φt-Φ0计算磁通量的变化
B和S大小都不变,但二者之间的夹角变
例:线圈在匀强磁场中转动时
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