3.電磁感應現象及應用課程標準1．了解電磁感應現象的發現歷程。2．理解感應電流的產生條件，會判斷回路中是否有感應電流。3．了解電磁感應現象的應用。素養目標物理觀念1.知道什么是電磁感應現象。2.理解探究感應電流產生條件的實驗，并理解感應電流產生的條件。3.掌握運用感應電流的產生條件判斷感應電流能否產生。科學思維理解從電生磁到磁生電的科學探究方法。科學態度與責任1.通過實驗探究產生感應電流的條件。2.知道電磁感應現象的發現過程，體會人類探索自然規律的科學態度和科學精神。知識點1劃時代的發現1．“電生磁”的發現1820年，丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應。2．法拉第的探索：法拉第提出了“由磁產生電”的設想，并為此進行了長達10年的探索，從中領悟到，“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現的效應。3．電磁感應：“磁生電”的現象。4．感應電流：電磁感應現象中產生的電流。『判一判』(1)只有很強的磁場才能產生感應電流。(×)(2)法拉第發現電磁感應現象是只有在變化、運動的過程中才出現的現象。(√)(3)奧斯特首先發現了電磁感應現象。(×)知識點2產生感應電流的條件1．實驗裝置2．探究記錄開關和變阻器的狀態線圈B中是否有電流開關閉合瞬間有開關斷開瞬間有開關閉合時，滑動變阻器不變無開關閉合時，迅速移動滑動變阻器的滑片有3.探究結果當穿過閉合導體回路的磁通量發生變化時，閉合導體回路中就產生感應電流。『判一判』(4)有電流就可以產生磁場。(√)(5)有磁場就可以產生電流。(×)(6)穿過閉合回路的磁通量發生變化時，回路中就一定產生感應電流。(√)『選一選』如圖所示，ab是水平面上一個圓的直徑，在過ab的豎直平面內有一根通電導線ef。已知ef平行于ab，當ef豎直向上平移時，ef中的電流I產生的磁場穿過圓面積的磁通量將(C)A．逐漸增大B．逐漸減小C．始終為零D．不為零，但保持不變解析：利用安培定則判斷直線電流產生的磁場，考慮到磁場具有對稱性，可以知道，穿入線圈的磁感線的條數與穿出線圈的磁感線條數是相等的，故選C。『想一想』在學校的操場上，把一條大約10m長電線的兩端連在一個靈敏電流表的兩個接線柱上，形成閉合電路，兩個同學迅速搖動這條電線(如圖所示)，可以發電嗎？簡述你的理由。你認為這兩個同學沿哪個方向站立時，發電的可能性比較大？試一試。解析：我們知道，閉合電路的部分導體切割磁感線時，閉合電路中有感應電流產生，搖繩發電的實質是，閉合電路的部分導體切割地磁場的磁感線，故繩運動方向與地磁場平行時無感應電流，而運動方向與地磁場垂直時，產生的感應電流最大，地磁場是南北方向的，故搖繩的兩位同學沿東西方向站立時，發電的可能性最大。知識點3電磁感應現象的應用1．發電機是根據電磁感應原理制造的，它開辟了人類社會的電氣化時代。2．生產、生活中廣泛使用的變壓器、電磁爐等都是根據電磁感應制造的。探究感應電流的產生條件要點提煉1.常見的產生感應電流的三種情況2．判斷電磁感應現象是否發生的一般流程(1)確定研究的閉合回路；(2)弄清楚回路內的磁場分布，并確定該回路的磁通量φ；(3)磁通量變化與感應電流的產生：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Φ不變→無感應電流,Φ變化→\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(回路閉合，有感應電流,不閉合，無感應電流)))) 典例剖析典題1(多選)關于感應電流的產生，下列說法中正確的是(BD)A．只要穿過線圈的磁通量發生變化，線圈中就一定有感應電流B．若構成閉合回路的導線做切割磁感線運動，回路中不一定有感應電流C．若閉合回路的一部分導體不做切割磁感線運動，該回路中一定沒有感應電流D．當穿過閉合回路的磁通量發生變化時，該回路中一定有感應電流解析：線圈產生感應電流的條件為穿過線圈的磁通量發生變化且線圈為閉合回路，A錯誤；閉合回路整體在勻強磁場中做切割磁感線運動，而穿過閉合回路的磁通量沒有變化，則閉合回路中仍然沒有感應電流，B正確；閉合回路的一部分導體不做切割磁感線運動，但磁感應強度變化，則穿過閉合回路的磁感線的條數發生變化，穿過閉合回路的磁通量發生變化，該回路中也能產生感應電流，C錯誤；根據感應電流產生的條件可知，當穿過閉合回路的磁通量發生變化時，該回路中一定有感應電流，D正確。對點訓練?(多選)(2022·遼寧沈陽市郊聯體高二上月考)下圖中能產生感應電流的是(BD)解析：要使線圈中產生感應電流，則回路要閉合且穿過閉合回路的磁通量要發生變化。選項A中因為線圈不閉合，不能產生感應電流，故A錯誤；選項B中兩導體棒向左右兩側運動，閉合回路面積增大，且穿過閉合回路的磁通量增大，故產生感應電流，故B正確；選項C中通電直導線在線圈的正上方，根據安培定則可知，穿過線圈的磁通量始終是零，增大電流不能在線圈中產生感應電流，故C錯誤；選項D中線框向右運動，穿過閉合線框的磁通量減小，所以產生感應電流，故D正確。探究電磁感應現象中的能量轉化和應用要點提煉1.電磁感應現象中的能量轉化當在閉合電路中產生感應電流時，電流做功，消耗電能，根據能量守恒定律可知，有其他形式的能轉化為電能。(1)導體做切割磁感線運動，在電路中產生感應電流，該導體的機械能轉化為電能。(2)如圖所示，線圈Ⅰ中有變化的電流通過時，在鐵芯中產生變化的磁場，這個變化的磁場通過線圈Ⅱ時在其閉合回路中產生了感應電流。這個過程中，線圈Ⅰ中的電能轉化成了鐵芯中的磁場能，然后在線圈Ⅱ中又把鐵芯里的磁場能轉化成了電能，此處的轉化并不像導線導電一樣直接，而是一個間接的轉移，磁場僅起到了能量傳輸的作用。2．電磁感應現象的應用生產中廣泛使用的變壓器、發電機等是根據電磁感應制造的。生活中很多電器的工作原理都應用到電磁感應現象，如動圈式話筒、電視機、手機、錄音機、電磁爐等。下面對動圈式話筒和電磁爐的工作原理進行簡單分析。(1)動圈式話筒：話筒是把聲音信號轉變為電信號的裝置，動圈式話筒是利用電磁感應現象制成的，當聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的音圈也隨著一起振動，音圈在永久磁體的磁場里振動，其中就會產生感應電流，感應電流的大小和方向都變化，變化的振幅和頻率由聲波決定，這個信號電流經擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發出放大的聲音。(2)電磁爐：電磁爐的爐面一般是耐熱陶瓷板，陶瓷板下面的銅線制線圈接入大小和方向都變化的電流以后，產生變化的磁場，鐵鍋、不銹鋼鍋的底部在變化的磁場中產生環狀的感應電流，讓鍋底快速發熱，對食物進行加熱。典例剖析典題2(多選)如圖所示，兩根光滑平行金屬導軌傾斜放置并固定，頂端接有阻值為R的定值電阻，整個裝置處于垂直導軌平面的勻強磁場中，金屬桿ab在導軌上勻速向下滑行，金屬桿與導軌接觸良好，導軌和金屬桿的電阻不計。桿ab下滑的過程中，下列說法正確的是(ACD)A．桿ab的重力勢能不斷減小B．桿ab的動能不斷增加C．電阻R上產生的熱量不斷增加D．電阻R上消耗的電功率保持不變解析：金屬桿ab向下滑行，高度不斷下降，重力勢能不斷減小，A正確；桿ab做勻速運動，速度不變，動能不變，B錯誤；桿ab勻速下滑，其重力勢能轉化為電路的電能，通過電阻R轉化為內能，可知電阻R上產生的熱量不斷增加，C正確；設導軌與豎直面的夾角為θ，金屬桿質量為m，速度為v，電阻R上消耗的電功率等于重力做功的功率P＝mgvcosθ，保持不變，D正確。對點訓練?(多選)(2023·遼寧大連三十八中高二上月考)如圖所示，閉合小金屬環從高為h的光滑曲面右端無初速度向下運動，又沿曲面的左端上升，整個裝置處于磁感應強度方向垂直于曲面向外的磁場中，則(BD)A．若是勻強磁場，則穿過環的磁通量不變，且在左側能到達的最大高度小于hB．若是勻強磁場，則穿過環的磁通量不變，且在左側能到達的最大高度等于hC．若是非勻強磁場，則穿過環的磁通量改變，且在左側能到達的最大高度大于hD．若是非勻強磁場，則穿過環的磁通量改變，且在左側能到達的最大高度小于h解析：若是勻強磁場，環在運動的過程中，通過環的磁通量不變，沒有感應電流，且在運動過程中只有重力做功，支持力不做功，機械能守恒，所以環在左側能到達的最大高度等于h，A錯誤，B正確；若是非勻強磁場，環在運動過程中，通過環的磁通量發生變化，產生感應電流，此時有機械能轉化為電能，機械能減小，所以環在左側能到達的最大高度小于h，C錯誤，D正確。導體切割磁感線產生感應電流應注意的幾個問題1．導體切割磁感線，不是在導體中產生感應電流的充要條件，歸根結底還得要看穿過閉合電路的磁通量是否發生變化。2．在利用“切割”來討論和判斷有無感應電流時，應該注意：(1)導體是否將磁感線“割斷”，如果沒“割斷”，就不能說切割。如下圖所示，(a)、(b)兩圖中，導體是真“切割”，而(c)圖中，導體沒有切割磁感線。(2)即使導體真“切割”了磁感線，也不能保證就能產生感應電流。如圖所示，對于圖甲，盡管導體“切割”了磁感線(勻強磁場)，但穿過閉合線框的磁通量并沒有發生變化，沒有感應電流；對于圖乙，導體框的一部分導體“切割”了磁感線，穿過線框的磁感線條數越來越少，線框中有感應電流；對于圖丙，閉合導體在非勻強磁場中運動，切割了磁感線，穿過線框的磁感線條數減少，線框中有感應電流。(3)即使是閉合回路的部分導體做切割磁感線的運動，也不能保證一定存在感應電流。如圖丁所示，線框abcd的一部分在勻強磁場中上下平動，盡管是部分切割，但穿過閉合回路的磁通量沒有變化，所以在線框中沒有感應電流。案例如圖所示，一有界勻強磁場的寬度為d0，一個邊長為l的正方形導線框abcd以速度v勻速通過磁場區域。若d0＞l，線框平面與磁場方向垂直且有兩條邊與磁場邊界平行，則線框穿過磁場的過程中，線框中不產生感應電流的時間應等于(C)A.eq\f(d0,v) B．eq\f(l,v)C.eq\f(d0－l,v) D．eq\f(d0－2l,v)解析：線框在進入磁場時，cd邊切割磁感線，導線框中磁通量增大，產生感應電流；當線框全部進入磁場內時，導線框中的磁通量不變，無感應電流；當線框出磁場時，ab邊切割磁感線，導線框中磁通量減少，產生感應電流。故線框中無感應電流的時間為t＝eq\f(d0－l,v)，故選項C正確。一、劃時代的發現1．(2023·湖南湘潭高二期末)物理學在發展完善的過程中，不同年代的物理學家對物理現象進行觀察、思考和研究，在實驗論證、邏輯推理、演繹論證等基礎上建構了現在比較完善的體系。下列關于物理學重大歷史事件描述合理的是(C)A．19世紀30年代，庫侖提出一種觀點。認為在電荷的周圍存在著由它產生的電場，電荷之間通過電場相互作用B．為解釋磁體產生磁場，伏特提出了分子電流假說。認為在物質內部，存在著一種環形電流——分子電流。分子電流使每一個物質微粒都成為微小的磁體，它兩側相當于兩個磁極C．1831年，法拉第在一次科學報告會上當眾表演了一個實驗，一個銅盤的軸和銅盤的邊緣分別連在“電流表”的兩端。他搖動手柄使銅盤在磁極之間旋轉，“電流表”的指針隨之擺動。這是根據電磁感應現象制造的最早的圓盤發電機D．1820年，特斯拉在一次講課中，偶然地把導線放置在一個指南針的上方，通電時指南針轉動了。這就是電流的磁效應，奧斯將首次揭示了電與磁的聯系解析：19世紀30年代，法拉第提出一種觀點，認為在電荷的周圍存在著由它產生的電場。電荷之間通過電場相互作用，故A錯誤；為解釋磁體產生磁場，安培提出了分子電流假說。認為在物質內部，存在著一種環形電流——分子電流，分子電流使每一個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極，故B錯誤；1820年，奧斯特在一次講課中偶然地把導線放置在一個指南針的上方，通電時指南針轉動了。這就是電流的磁效應，奧斯特首次揭示了電與磁的聯系，故D錯誤；C項描述符合歷史史實，C正確。2．(2023·西安市慶安高級中學高二期中)小趙同學到圖書館憑磁卡借還書時，將磁卡以一定的速度通過裝有線圈的檢測頭，檢測頭的線圈中產生感應電動勢和感應電流，從而傳輸了被記錄的信號。該情景說明現代生活、生產中廣泛應用了電磁感應。電磁感應的首次發現者為(B)A．密立根 B．法拉第C．洛倫茲 D．愛因斯坦解析：法拉第在1831年首次發現了電磁感應現象。故選B。二、產生感應電流的條件3．(多選)(2023·福建漳州高二期末)某同學采用如圖所示裝置來“研究電磁感應現象”，將A線圈插入B線圈后，下列說法正確的是(AC)A．開關閉合與斷開瞬間，電流表的指針會偏轉B．開關閉合后，保持A線圈不動，則穿過B線圈的磁通量為零C．開關閉合后，將A線圈拔出B線圈的過程中，電流表的指針會偏轉D．開關閉合后，移動滑動變阻器滑片的過程中，穿過B線圈的磁通量不變解析：開關的閉合與斷開過程，穿過B線圈的磁通量都要發生變化，產生感應電流，則電流表的指針會偏轉，故A正確；開關閉合后，A線圈產生磁場，保持A線圈不動，則穿過B線圈的磁通量不為