2024年高中物理新教材同步 必修第三冊 第13章　3　電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用

3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標]1.知道什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2.通過實驗探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(重難點)。3.了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用。一、劃時代的發(fā)現(xiàn)1．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，證實電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象是有聯(lián)系的。2．1831年，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，一個線圈接電源，另一個線圈接“電流表”。當(dāng)給一個線圈通電或斷電的瞬間，在另一個線圈上出現(xiàn)了電流，從而發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象，他認為“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)。3．法拉第把這些“磁生電”現(xiàn)象定名為電磁感應(yīng)，這些現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流。二、磁通量變化的幾種情況1．磁感應(yīng)強度B不變，有效面積S發(fā)生變化。如圖(a)所示。2．面積S不變，磁感應(yīng)強度B發(fā)生變化。如圖(b)所示。3．磁感應(yīng)強度B和面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變化。如圖(c)所示。例1(多選)閉合線圈按如圖所示的方式在磁場中運動，則穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化的是()答案AB解析選項A中，線圈轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量一直在變化，故A正確；選項B中，由于離通電導(dǎo)線越遠，磁感應(yīng)強度越小，故線圈在向右運動時，磁通量在減小，故B正確；選項C中，由于磁感線方向與線圈平行，故磁通量一直為零，沒有變化，故C錯誤；選項D中，線圈轉(zhuǎn)動中，穿過線圈的磁感線條數(shù)不變，故磁通量不變，故D錯誤。三、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用1．實驗：探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(1)實驗一：如圖所示，導(dǎo)體棒AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產(chǎn)生，而導(dǎo)體棒AB順著磁感線運動時，線路中無電流產(chǎn)生。(均選填“有”或“無”)(2)實驗二：如圖所示，當(dāng)條形磁體插入或拔出線圈時，線圈中有電流產(chǎn)生，但條形磁體在線圈中靜止不動時，線圈中無電流產(chǎn)生。(均選填“有”或“無”)(3)實驗三：如圖所示，將小線圈A插入大線圈B中不動，當(dāng)開關(guān)S閉合或斷開時，電流表中有電流通過；若開關(guān)S一直閉合，當(dāng)改變滑動變阻器的阻值時，電流表中有電流通過；而開關(guān)S一直閉合，滑動變阻器的滑片不動時，電流表中無電流通過。(均選填“有”或“無”)(4)歸納總結(jié)：實驗一中：導(dǎo)體棒做切割磁感線運動，回路的有效面積發(fā)生變化，從而引起了磁通量的變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電流。實驗二中：磁體插入或拔出線圈時，線圈中的磁場發(fā)生變化，從而引起了磁通量的變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電流。實驗三中：開關(guān)閉合、斷開或滑動變阻器的滑片移動時，小線圈A中電流變化，從而引起穿過大線圈B的磁通量變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電流。三個實驗共同特點是：產(chǎn)生感應(yīng)電流時閉合回路的磁通量都發(fā)生了變化。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)生變化時，閉合導(dǎo)體回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電流。3．電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用生產(chǎn)、生活中廣泛使用的變壓器、電磁爐等都是根據(jù)電磁感應(yīng)制造的。例2(2023·延安市第一中學(xué)高二月考)在“探究法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象”實驗中，某同學(xué)將電池組、滑動變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電表及開關(guān)組成的部分電路已連接好了，如圖所示：(1)請使用兩根導(dǎo)線，將電路補充完整。(2)此實驗中使用的電表應(yīng)是。(填選項前的字母)A.靈敏電流表B.大量程的電壓表C.倍率適宜的歐姆表(3)正確選擇電表和連接電路后，開始實驗探究。下列說法正確的是。A．開關(guān)閉合后，線圈A插入線圈B中或從線圈B中拔出，都不會引起電表的指針偏轉(zhuǎn)B．線圈A插入線圈B中后，在開關(guān)閉合和斷開的瞬間，電表的指針均會偏轉(zhuǎn)C．開關(guān)閉合后，滑動變阻器的滑片P勻速滑動，會使電表的指針靜止在中央零刻度D．開關(guān)閉合后，只要移動滑動變阻器的滑片P，電表的指針一定會偏轉(zhuǎn)答案(1)見解析圖(2)A(3)BD解析(1)將電池組、開關(guān)、滑動變阻器、線圈A串聯(lián)成一個回路，注意滑動變阻器接一上一下兩個接線柱，再將電表與線圈B串聯(lián)成另一個回路，實物圖如圖所示。(2)本實驗要使用靈敏電流計來檢測電路中是否有電流產(chǎn)生。(3)開關(guān)閉合后，線圈A插入線圈B中或從線圈B中拔出，穿過線圈B的磁通量都會發(fā)生變化，都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，都會引起電表的指針偏轉(zhuǎn)，故A錯誤；線圈A插入線圈B中后，在開關(guān)閉合和斷開的瞬間，穿過線圈B的磁通量都會發(fā)生變化，線圈B中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電表的指針均會偏轉(zhuǎn)，故B正確；開關(guān)閉合后，只要滑動變阻器的滑片P移動，不論是加速還是勻速，穿過線圈B的磁通量都會變化，都會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電表的指針都會偏轉(zhuǎn)，故C錯誤，D正確。四、感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的理解1．判斷有無感應(yīng)電流時必須明確的關(guān)鍵點(1)觀察導(dǎo)體回路是否閉合；(2)判斷穿過回路的磁通量是否發(fā)生變化。2．判斷有無感應(yīng)電流的方法和注意事項(1)能否產(chǎn)生感應(yīng)電流，取決于穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量是否發(fā)生變化，而不是磁通量的大小。(2)閉合回路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運動是引起回路磁通量變化的具體形式之一。但閉合回路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時，不一定總會引起閉合回路的磁通量變化。如圖所示，矩形線框abcd在范圍足夠大的勻強磁場中，在垂直磁場的平面內(nèi)向右平動，雖然ad、bc邊都切割磁感線，但磁場穿過回路abcd的磁通量沒有變化，因而沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流。(3)可充分利用磁感線進行定性判斷，即通過觀察穿過閉合導(dǎo)體回路的磁感線的條數(shù)是否變化判斷某過程中磁通量是否變化。(4)對于立體圖的磁通量變化情況，要先轉(zhuǎn)化為平面圖，再分析磁感線的分布及變化情況。例3(多選)下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()答案BD解析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，穿過圓環(huán)的磁感線相互抵消，磁通量恒為零，無感應(yīng)電流；D選項中，穿過閉合電路的磁通量減小，有感應(yīng)電流。針對訓(xùn)練(2022·重慶市巫山大昌中學(xué)高二期末)如圖所示的裝置，在下列各種情況中，能使懸掛在螺線管附近的銅質(zhì)閉合線圈A中不產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A．開關(guān)S接通的瞬間B．開關(guān)S接通后，電路中電流穩(wěn)定時C．開關(guān)S接通后，滑動變阻器滑片滑動的瞬間D．開關(guān)S斷開的瞬間答案B解析將開關(guān)突然接通的瞬間，線圈產(chǎn)生的磁場從無到有，穿過銅質(zhì)閉合線圈A的磁通量增大，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A不符合題意；線圈中通以恒定的電流時，線圈產(chǎn)生恒定的磁場，穿過銅質(zhì)閉合線圈A的磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故B符合題意；接通后，使變阻器的滑片滑動時，回路中電流變化，線圈產(chǎn)生的磁場變化，穿過銅質(zhì)閉合線圈A的磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C不符合題意；將開關(guān)突然斷開的瞬間，線圈產(chǎn)生的磁場從有到無，穿過銅質(zhì)閉合線圈A的磁通量減小，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D不符合題意。例4法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象。如圖所示，把兩個線圈繞在同一個軟鐵環(huán)上，線圈A和電池連接，線圈B用長直導(dǎo)線連通，在長直導(dǎo)線正下方平行于導(dǎo)線放置一個小磁針，下列有關(guān)實驗現(xiàn)象的說法中正確的是()A．只要線圈A中電流足夠大，小磁針就會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．線圈A和電池接通瞬間，小磁針會偏轉(zhuǎn)D．線圈A和電池斷開瞬間，小磁針不會偏轉(zhuǎn)答案C解析小磁針會不會偏轉(zhuǎn)取決于線圈B中有沒有電流，而線圈B中有沒有電流取決于穿過線圈B的磁通量是否發(fā)生變化，當(dāng)線圈A中電流足夠大，但不變化時，線圈B中無感應(yīng)電流，小磁針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A錯誤；當(dāng)線圈A閉合開關(guān)電流穩(wěn)定后，穿過線圈B的磁通量不發(fā)生變化，所以小磁針也不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故B錯誤；線圈A和電池接通或斷開的瞬間，穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化，所以線圈B中有感應(yīng)電流，則小磁針會偏轉(zhuǎn)，故C正確，D錯誤。課時對點練考點一劃時代的發(fā)現(xiàn)1．在法拉第時代，下列驗證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實驗中，能觀察到感應(yīng)電流的是()A．將繞在條形磁體上的線圈與電流表組成閉合回路，然后觀察電流表示數(shù)的變化B．在通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，一段時間后觀察電流表示數(shù)的變化C．將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁體后，再到相鄰房間去觀察電流表示數(shù)的變化D．繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表示數(shù)的變化答案D解析同時滿足電路閉合和穿過電路的磁通量發(fā)生變化這兩個條件，電路中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流，A、B選項都不會使電路中的磁通量發(fā)生變化，并不滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，故A、B錯誤；條形磁體插入線圈時，雖有短暫電流產(chǎn)生，但未能及時觀察，故C錯誤；在給線圈通電、斷電瞬間，會引起穿過另一線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D正確?？键c二產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件2．(多選)下面屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是()A．閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時，在電路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象B．通電導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場C．變化的磁場使閉合電路中產(chǎn)生電流D．電荷在電場中定向移動形成電流答案AC解析閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時，在電路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故A正確；通電導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場屬于電流的磁效應(yīng)，故B錯誤；變化的磁場使閉合電路中產(chǎn)生電流是因穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故C正確；電荷在電場中定向移動形成電流不是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流，不屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故D錯誤。考點三磁通量變化情況的判斷3.如圖所示，在同一平面內(nèi)有四根彼此絕緣的直導(dǎo)線，分別通有大小相同、方向如圖所示的電流，要使由四根直導(dǎo)線所圍成的面積內(nèi)的磁通量增加，應(yīng)切斷的電流是()A．i1 B．i2C．i3 D．i4答案D解析根據(jù)安培定則判斷出四根通電直導(dǎo)線中電流在所圍面積內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向，可知只有i4中電流產(chǎn)生的磁場垂直于紙面向外，則要使磁通量增加，應(yīng)切斷i4，故選D。4.如圖所示，固定的長直導(dǎo)線中通有恒定電流，一矩形線框從abcd位置向右平移到a′b′c′d′位置的過程中，關(guān)于穿過線框的磁通量情況，下列敘述正確的是(線框平行于紙面且與導(dǎo)線相互絕緣)()A．一直增加B．一直減少C．先增加后減少D．先增加，再減少到零，然后再增加，最后再減少答案D解析離導(dǎo)線越近，磁場越強，當(dāng)線框從左向右靠近導(dǎo)線的過程中，穿過線框的磁通量增加，當(dāng)線框跨在導(dǎo)線上向右平移時，穿過線框的磁通量減少，當(dāng)導(dǎo)線在線框正中央時，穿過線框的磁通量為零，從該位置向右平移，穿過線框的磁通量增加，當(dāng)線框離開導(dǎo)線向右平移的過程中，穿過線框的磁通量減少，故D正確?？键c四有無感應(yīng)電流的判斷5．(2023·十堰市鄖陽區(qū)第二中學(xué)高二期中)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的兩端連到理想電流表上，把線圈A裝在線圈B的里面。實驗中觀察到，開關(guān)閉合瞬間，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，則()A．開關(guān)斷開瞬間，電流表指針不偏轉(zhuǎn)B．開關(guān)閉合穩(wěn)定后，穿過線圈B的磁通量為零C．開關(guān)閉合穩(wěn)定后，向上拔出線圈A的過程中，電流表指針不偏轉(zhuǎn)D．開關(guān)閉合穩(wěn)定后，向右移動滑動變阻器的滑片，電流表指針偏轉(zhuǎn)答案D解析開關(guān)斷開瞬間，穿過線圈B的磁通量減少，閉合回路會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表指針偏轉(zhuǎn)，故A錯誤；開關(guān)閉合穩(wěn)定之后，由于線圈A內(nèi)部的磁感線全部穿過線圈B，但是外部的磁感線只有部分穿過線圈B，故穿過線圈B的凈磁通量不為零，故B錯誤；開關(guān)閉合穩(wěn)定之后，向上拔出線圈A的過程中，穿過線圈B的磁通量會發(fā)生變化，閉合回路會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表指針偏轉(zhuǎn)，故C錯誤；開關(guān)閉合穩(wěn)定之后，向右移動滑動變阻器的滑片，線圈A中電流發(fā)生變化，穿過線圈B的磁通量會發(fā)生變化，閉合回路會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表指針偏轉(zhuǎn)，故D正確。6．(多選)下列情況中都是線框在磁場中做切割磁感線運動，其中線框中有感應(yīng)電流的是()答案BC解析A中線框雖然“切割”了磁感線，但穿過閉合線框的磁通量并沒有發(fā)生變化，沒有感應(yīng)電流。B中線框的一部分導(dǎo)體“切割”了磁感線，穿過線框的磁感線條數(shù)越來越少，線框中有感應(yīng)電流。C中雖然與A近似，但由于是非勻強磁場，運動過程中，穿過線框的磁感線條數(shù)增加，線框中有感應(yīng)電流。D中線框盡管是部分切割，但穿過線框磁感線條數(shù)不變，無感應(yīng)電流，故選B、C。7.(2023·長興縣教育研究中心高二期中)某實驗裝置如圖所示，在鐵芯P上繞著兩個線圈A和B。如果線圈A中電流i隨時間t的關(guān)系如圖所示的A、B、C、D四種情況，那么在t1到t2這段時間內(nèi)，四種情況中線圈B中沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()答案D解析由題圖可知，通過A的電流發(fā)生變化，電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度發(fā)生變化，穿過B的磁通量發(fā)生變化，線圈B中才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，由題圖可知，在t1到t2這段時間內(nèi)，選項A、B、C圖中線圈A中的電流發(fā)生變化，線圈B中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，而D圖中電流不變，線圈B中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選D。8.(多選)(2022·黃岡中學(xué)期中)如圖所示，是一水平放置的矩形線圈abcd，在細長的磁體的N極附近豎直下落，整個下落過程中線圈保持水平，由圖中的位置A經(jīng)過位置B到位置C，這三個位置都靠得很近且位置B剛好在條形磁體的中心軸線上。在這個過程中，下列說法正確的是()A．由位置A到位置B，線圈內(nèi)不產(chǎn)生感應(yīng)電流B．由位置A到位置B，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流C．由位置B到位置C，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流D．由位置B到位置C，線圈內(nèi)不產(chǎn)生感應(yīng)電流答案BC解析如圖所示，作出線圈下落過程示意圖，由圖可知，從位置A到位置B的過程中，從線圈下面向上穿過線圈的磁通量減少(B位置時，Φ＝0)；而從位置B到位置C時，從線圈上面向下穿過線圈的磁通量增加，故由位置A到位置B和位置B到位置C的兩個過程中，穿過線圈的磁通量都發(fā)生變化，線圈中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B、C正確，A、D錯誤。9.(2023·雙鴨山一中高二期中)如圖所示，豎直長導(dǎo)線通以恒定電流I，一閉合線圈MNPQ與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈做下列運動時：①向垂直于平面MNPQ的方向平動；②以MQ邊為軸轉(zhuǎn)動；③以通電導(dǎo)線為軸轉(zhuǎn)動，線圈中能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的有()A．① B．②C．①② D．①②③答案C解析通電直導(dǎo)線的磁場為以導(dǎo)線為中心的環(huán)形磁場，離導(dǎo)線越遠，磁感應(yīng)強度越小，同時當(dāng)磁場的方向與線圈所在平面垂直時，穿過線圈的磁通量最大；①當(dāng)向垂直于平面MNPQ的方向平動，磁感應(yīng)強度減小，穿過線圈的磁通量減小，產(chǎn)生感應(yīng)電流；②以MQ邊為軸轉(zhuǎn)動的過程中線圈與磁場不再垂直，磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流；③以通電導(dǎo)線為軸轉(zhuǎn)動的過程中線圈始終與磁場的方向垂直，磁通量不發(fā)生變化，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故選C。10.(多選)(2023·邢臺市第二中學(xué)高二期中)如圖所示，兩根直導(dǎo)線，通以相同的電流后平行放置于水平桌面上，一矩形線圈abcd從A位置運動到對稱的B位置過程中，下列說法正確的是()A．在B位置穿過線圈的磁感線方向垂直水平面向下B．在A位置穿過線圈的磁感線方向垂直水平面向下C．從A到B穿過線圈的磁通量先減小再增大D．從A到B穿過線圈的磁通量一直增大答案BC解析根據(jù)安培定則，可知左側(cè)導(dǎo)線在右側(cè)產(chǎn)生的磁感線方向向下，右側(cè)導(dǎo)線在左側(cè)的磁感線方向向上，可知，在兩根導(dǎo)線之間中線位置的磁感應(yīng)強度為0，兩導(dǎo)線之間的區(qū)域，中線左側(cè)磁場方向向下，中線右側(cè)磁場方向向上，可知在B位置穿過線圈的磁感線方向垂直水平面向上，在A位置穿過線圈的磁感線方向垂直水平面向下，A錯誤，B正確；根據(jù)上述可知，從左往右，磁感應(yīng)強度先減小后增大，則從A到B穿過線圈的磁通量先減小再增大，C正確，D錯誤。11.如圖所示，一通電螺線管b放在閉合金屬線圈a內(nèi)，螺線管的中心線恰好和線圈的一條直徑MN重合。要使線圈a中產(chǎn)生感應(yīng)電流，可采用的方法有()A．使螺線管在線圈a所在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動B．使螺線管中的電流發(fā)生變化C．使線圈a以MN為軸轉(zhuǎn)動D．使線圈a以與MN垂直的直徑為軸轉(zhuǎn)動答案D解析題圖所示位置，線圈a所在平面與磁感線平行，穿過線圈的磁通量為零，當(dāng)按A、B、C所述方式變化時，穿過線圈的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流；按D所述方式變化時，由于線圈a與磁場夾角變化引起穿過線圈a的磁通量變化，能夠使線圈a產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選D。12.如圖所示，O1O2是矩形導(dǎo)線框ABCD的對稱軸，其左方有勻強磁場。下列情況下線框ABCD中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是()A．將線框向紙外平移B．將線框向上平移C．將線框以AB為軸轉(zhuǎn)動60°D．將線框以CD為軸轉(zhuǎn)動60°答案D解析產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是閉合回路中磁通量有變化，設(shè)磁場磁感應(yīng)強度大小為B，導(dǎo)線框面積為S，將線框向紙外平移，穿過線框的磁通量未發(fā)生變化，仍為Φ＝Beq\f(S,2)，故沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，A錯誤；將線框向上平移，穿