1、第十三章第十三章 电磁感应与电磁波初步电磁感应与电磁波初步 学学 习习 目目 标标 1.通过介绍科学家对“电生磁”和“磁生电”的研究通过介绍科学家对“电生磁”和“磁生电”的研究,了解电磁了解电磁 感应现象发现的历史过程感应现象发现的历史过程,认识发现电磁感应现象对推动电磁学认识发现电磁感应现象对推动电磁学 理论和电磁技术发展的重大意义理论和电磁技术发展的重大意义,体会科学家探索自然规律的科体会科学家探索自然规律的科 学态度和科学方法学态度和科学方法. 2.通过实验知道磁场变化能使闭合回路中产生感应电流通过实验知道磁场变化能使闭合回路中产生感应电流,知道这知道这 种现象叫电磁感应现象种现象叫电磁
2、感应现象,了解产生感应电流的条件了解产生感应电流的条件,体会实验观体会实验观 察能力与逻辑思维能力在实验探究中的重要作用察能力与逻辑思维能力在实验探究中的重要作用. 3.通过查阅资料等活动通过查阅资料等活动,知道电磁感应现象在生产、生活中的广知道电磁感应现象在生产、生活中的广 泛应用泛应用,体会科学、技术对人类文明的推动作用体会科学、技术对人类文明的推动作用. 3 电磁感应现象及应用电磁感应现象及应用 知识点一知识点一 划时代的发现划时代的发现 1.法拉第发现了磁生电现象法拉第发现了磁生电现象.如图所示的电路如图所示的电路,开关始终处开关始终处 于闭合状态时于闭合状态时,B线圈中线圈中 (选填
3、“有”或“无”选填“有”或“无”)电流产电流产 生生,开关闭合或断开的瞬间开关闭合或断开的瞬间,B线圈中线圈中 (选填“有”或选填“有”或 “无”“无”)电流产生电流产生.法拉第把这种“磁生电”的现象定名为法拉第把这种“磁生电”的现象定名为 ,产生的电流叫作产生的电流叫作 . 无无 有有 电磁感应电磁感应 感应电流感应电流 2.电流的磁效应与电磁感应有什么区别电流的磁效应与电磁感应有什么区别? 答案答案:电流的磁效应是指电流周围产生磁场电流的磁效应是指电流周围产生磁场,即“电生磁”即“电生磁”. 电磁感应是利用磁场产生感应电流电磁感应是利用磁场产生感应电流,即“磁生电”即“磁生电”.“电生“电
4、生 磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象. 知识点二知识点二 产生感应电流的条件产生感应电流的条件 1.闭合电路的部分导体切割磁感线闭合电路的部分导体切割磁感线. 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,电路电路 中会产生感应电流中会产生感应电流,如图甲所示如图甲所示. (1)金属棒金属棒AB静止或沿着磁感线运动时静止或沿着磁感线运动时,电路中有感应电流产电路中有感应电流产 生吗生吗? 答案答案:没有感应电流产生没有感应电流产生. 甲甲 (2)金属棒金属棒AB切割磁感线时切割磁感线时,简化示意图如
5、图乙所示简化示意图如图乙所示.AB 切割磁感线时切割磁感线时,闭合回路中产生了感应电流闭合回路中产生了感应电流,磁场没有变磁场没有变 化化,闭合回路闭合回路ABCD的面积发生了变化的面积发生了变化.与磁场相关的哪个与磁场相关的哪个 物理量发生了变化呢物理量发生了变化呢? 答案答案:穿过闭合回路的磁通量发生了变化穿过闭合回路的磁通量发生了变化. 2.产生感应电流的条件产生感应电流的条件. 当穿过当穿过 回路的回路的 发生变化时发生变化时, 回路回路 中就产生感应电流中就产生感应电流. 闭合导体闭合导体 磁通量磁通量 闭合导体闭合导体 乙乙 知识点三知识点三 电磁感应现象的应用电磁感应现象的应用
6、生产、生活中广泛使用的生产、生活中广泛使用的 、 等是根据电磁等是根据电磁 感应制造的感应制造的. 变压器变压器 电磁炉电磁炉 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误错误 的打“的打“”).”). 1.奥斯特发现了电流的磁效应奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发现了电磁感应法拉第发现了电磁感应.( ) 2.穿过闭合回路的磁通量只与磁场的强弱有关穿过闭合回路的磁通量只与磁场的强弱有关. ( ) 3.只要闭合回路内有磁通量只要闭合回路内有磁通量,闭合回路中就有感应电流闭合回路中就有感应电流.( ) 4.线框不闭合线框不闭合
7、,即使穿过线框的磁通量变化即使穿过线框的磁通量变化,线框中也没有感应线框中也没有感应 电流电流.( ) 5.导体棒切割磁感线不一定产生感应电流导体棒切割磁感线不一定产生感应电流,但若垂直切割但若垂直切割,则一则一 定产生感应电流定产生感应电流.( ) 6.不论用什么方法不论用什么方法,只要穿过闭合回路的磁通量发生变化只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合闭合 回路中就有电流产生回路中就有电流产生.( ) 探究探究一一 磁通量的变化磁通量的变化 问题情境问题情境 (一一)图甲中图甲中,导体棒向右运动导体棒向右运动;图乙中图乙中,条形磁体插入线圈条形磁体插入线圈;图图 丙中丙中,矩形线圈绕矩形线圈
8、绕OO转动转动(小于小于90). 甲甲 乙乙 丙丙 2.以图乙为例以图乙为例,还有什么方法可以改变穿过线圈的磁通量还有什么方法可以改变穿过线圈的磁通量? 答案答案:磁体向上移动、向左右移动、向前后移动均可以使穿磁体向上移动、向左右移动、向前后移动均可以使穿 过线圈的磁通量变化过线圈的磁通量变化;磁体不动磁体不动,线圈绕任一直径转动等也线圈绕任一直径转动等也 可以使穿过线圈的磁通量变化可以使穿过线圈的磁通量变化. 1.三幅图中三幅图中,穿过闭合回路的磁通量是否变化穿过闭合回路的磁通量是否变化?均是如何变均是如何变 化的化的? 答案答案:图甲中图甲中,导体棒向右移动导体棒向右移动,闭合回路的面积减
9、小闭合回路的面积减小,穿过穿过 闭合回路的磁通量减小闭合回路的磁通量减小;图乙中图乙中,磁体靠近线圈时磁体靠近线圈时,线圈所线圈所 在位置的磁场增强在位置的磁场增强,穿过闭合回路的磁通量增大穿过闭合回路的磁通量增大;图丙中图丙中, 线圈转动线圈转动(小于小于90),穿过闭合回路的磁通量减小穿过闭合回路的磁通量减小. 3.若开关若开关S一直接通一直接通,有无磁感线穿过线圈有无磁感线穿过线圈C?若有若有,穿过线圈穿过线圈 C的磁通量是否变化的磁通量是否变化? 答案答案:有磁感线穿过线圈有磁感线穿过线圈C,但是穿过线圈但是穿过线圈C的磁通量不变化的磁通量不变化. (二二)如图所示如图所示,线圈线圈A
10、、电源、滑动变阻器、开关组成闭合、电源、滑动变阻器、开关组成闭合 回路回路;线圈线圈C与电流表组成闭合回路与电流表组成闭合回路,线圈线圈A与与C很近很近. 答案答案:滑动变阻器接入电路的阻值变化滑动变阻器接入电路的阻值变化,线圈线圈A中的电流变化中的电流变化, 其产生的磁场变化其产生的磁场变化,穿过线圈穿过线圈C的磁通量变化的磁通量变化;开关开关S由断开由断开 改为闭合、开关改为闭合、开关S由闭合改为断开、线圈由闭合改为断开、线圈A远离线圈远离线圈C也可也可 以使穿过线圈以使穿过线圈C的磁通量发生变化的磁通量发生变化. 4.当开关当开关S接通时接通时,改变滑动变阻器接入电路的阻值改变滑动变阻器
11、接入电路的阻值,穿过线穿过线 圈圈C的磁通量是否变化的磁通量是否变化?还有哪些方式可以改变穿过线圈还有哪些方式可以改变穿过线圈C 的磁通量的磁通量? 过程建构过程建构 引起闭合回路磁通量变化的原因引起闭合回路磁通量变化的原因: (1)磁感应强度磁感应强度B不变不变,有效面积有效面积S发生变化发生变化. (2)有效面积有效面积S不变不变,磁感应强度磁感应强度B发生变化发生变化. (3)磁感应强度磁感应强度B和有效面积和有效面积S都变化都变化. 【典例【典例1】(多选多选)如图所示如图所示,竖直放置的长直导线通有恒定电竖直放置的长直导线通有恒定电 流流,有一矩形线框与导线在同一平面内有一矩形线框与
12、导线在同一平面内,在下列情况中在下列情况中,穿过穿过 线框的磁通量发生变化的是线框的磁通量发生变化的是( ) A.导线中电流变大导线中电流变大 B.线框向右平动线框向右平动 C.线框向下平动线框向下平动 D.线框以线框以ab边为轴转动边为轴转动 E.线框以直导线为轴转动线框以直导线为轴转动 解析解析:选项选项A中中,I增大时引起导线周围的磁场增强增大时引起导线周围的磁场增强,穿过线框穿过线框 的磁通量增大的磁通量增大,选项选项A正确正确.选项选项B中中,距离直导线越远距离直导线越远,磁感线磁感线 分布越疏分布越疏,因此线框向右平动时因此线框向右平动时,穿过线框的磁通量变小穿过线框的磁通量变小,
13、选选 项项B正确正确.选项选项D中中,线框以线框以ab边为轴转动边为轴转动,有效面积有效面积S变化变化,穿穿 过线框的磁通量变化过线框的磁通量变化,选项选项D正确正确. 答案答案:ABD 探究探究二二 产生感应电流的条件产生感应电流的条件 问题情境问题情境 1.实验装置如图所示实验装置如图所示,观察磁体在螺线管中运观察磁体在螺线管中运 动或静止时回路中是否有电流产生动或静止时回路中是否有电流产生,将观察到将观察到 的现象填入表格的现象填入表格. 磁体的状态磁体的状态 回路中是否有电流回路中是否有电流 N极插入线圈极插入线圈 N极停在线圈中极停在线圈中 N极从线圈中抽出极从线圈中抽出 S极插入线
14、圈极插入线圈 S极停在线圈中极停在线圈中 S极从线圈中抽出极从线圈中抽出 答案答案:有有 没有没有 有有 有有 没有没有 有有 2.实验装置如图所示实验装置如图所示,观察下面几种情观察下面几种情 况下线圈况下线圈B中是否有电流产生中是否有电流产生,将观察将观察 到的现象填入表格到的现象填入表格. 答案答案:有有 有有 没有没有 有有 开关和滑动变阻器的状态开关和滑动变阻器的状态 线圈线圈B中是否有电流中是否有电流 开关闭合瞬间开关闭合瞬间 开关断开瞬间开关断开瞬间 开关闭合时开关闭合时,滑动变阻器滑片不动滑动变阻器滑片不动 开关闭合时开关闭合时,迅速移动迅速移动 滑动变阻器的滑片滑动变阻器的滑
15、片 3.利用“利用“2”中的实验装置进行实验”中的实验装置进行实验,当开关处于断开状态当开关处于断开状态 时时,迅速移动滑动变阻器的滑片或将线圈迅速移动滑动变阻器的滑片或将线圈A快速插入快速插入(或拔或拔 出出)线圈线圈B,线圈线圈B中是否有电流中是否有电流?为什么为什么? 答案答案:没有电流没有电流.通过对比“通过对比“2”的操作过程及现象”的操作过程及现象,此时线此时线 圈圈A所在的电路处于断开状态所在的电路处于断开状态,因此因此,线圈线圈B所在的电路没有所在的电路没有 产生感应电流产生感应电流. 4.请你根据实验现象总结请你根据实验现象总结,什么情况下闭合导体回路中产什么情况下闭合导体回
16、路中产 生感应电流生感应电流. 答案答案:当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体闭合导体 回路中就产生感应电流回路中就产生感应电流. 过程建构过程建构 是否产生感应电流是否产生感应电流,主要体现在“磁通量变化”上主要体现在“磁通量变化”上, 有没有磁感线穿过闭合导体回路不是产生感应电有没有磁感线穿过闭合导体回路不是产生感应电 流的条件流的条件,如果穿过回路的磁通量很大但不变化如果穿过回路的磁通量很大但不变化,那那 么无论磁通量多么大么无论磁通量多么大,都不会产生感应电流都不会产生感应电流. 【典例【典例2】(多选多选)下图中能产生感应电流的是下图中能
17、产生感应电流的是( ) A.磁体靠近弯曲的磁体靠近弯曲的 导线导线 B.导体棒在金属导轨导体棒在金属导轨 上沿相反方向运动上沿相反方向运动 C.通入增大的电流通入增大的电流(水平水平 直导线在水平导体圆环直导线在水平导体圆环 的正上方的正上方) D.导体框向右平动导体框向右平动 答案答案:BD 解析解析:选项选项A中中,回路没有闭合回路没有闭合,无感应电流产生无感应电流产生;选项选项B中中, 闭合回路面积增大闭合回路面积增大,通过闭合导体回路的磁通量增大通过闭合导体回路的磁通量增大,有感有感 应电流产生应电流产生;选项选项C中中,穿过导体环的磁感线相互抵消穿过导体环的磁感线相互抵消,磁通磁通
18、量恒为量恒为0,无感应电流产生无感应电流产生;选项选项D中中,穿过闭合导体回路的穿过闭合导体回路的 磁通量减小磁通量减小,有感应电流产生有感应电流产生.综上所述综上所述,选项选项B、D正确正确. 课堂评价课堂评价 答案答案:D 1.首先发现电流的磁效应和电磁感应的物理学家分别是首先发现电流的磁效应和电磁感应的物理学家分别是 ( ) A.安培和法拉第安培和法拉第 B.法拉第和楞次法拉第和楞次 C.奥斯特和安培奥斯特和安培 D.奥斯特和法拉第奥斯特和法拉第 答案答案:CD 2.(多选多选)闭合导体线框在匀强磁场中运动的情况如下图闭合导体线框在匀强磁场中运动的情况如下图 所示所示,能产生感应电流的是
19、能产生感应电流的是 ( ) A.线框垂直纸线框垂直纸 面向外运动面向外运动 B.线框向右线框向右 运动运动 C.线框绕线框绕 OO转动转动 D.线框绕线框绕 虚线转动虚线转动 3.如图所示如图所示,矩形导体线框矩形导体线框abcd由静止开始运动由静止开始运动,若要使线若要使线 框中产生感应电流且穿过线框的磁通量逐渐变大框中产生感应电流且穿过线框的磁通量逐渐变大,则线框则线框 的运动情况应该是的运动情况应该是 ( ) 答案答案:A A.向右平动向右平动(ad边还没有进入磁场边还没有进入磁场) B.向上平动向上平动(ab边还没有离开磁场边还没有离开磁场) C.以以bc边为轴转动边为轴转动(ad边还
20、没有转入磁场边还没有转入磁场) D.以以ab边为轴转动边为轴转动(转角不超过转角不超过90) 4.(多选多选)如图所示如图所示,在匀强磁场中有两条平行的金属导轨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磁场方向与导轨平面垂直;导轨上有两条可沿导轨移动的导轨上有两条可沿导轨移动的 导体棒导体棒A、C.若导体棒的运动速度大小分别为若导体棒的运动速度大小分别为v1、v2.下列下列 四种情况四种情况,回路中产生感应电流的是回路中产生感应电流的是( ) 答案答案:ABC A.v1v2,且方向相反且方向相反 B.v1v2,且方向相同且方向相同 C.v1=v2,且方向相反且方向相反 D.v1
21、=v2,且方向相同且方向相同 学科素养培优学科素养培优 模型建构模型建构产生感应电流的常见类型产生感应电流的常见类型 1.切割磁感线类切割磁感线类:闭合回路的一部分导体切割磁感线时闭合回路的一部分导体切割磁感线时,闭闭 合回路中产生电流合回路中产生电流(见图甲见图甲). 2.磁体与线圈相对运动类磁体与线圈相对运动类:磁体插入和拔出线圈时磁体插入和拔出线圈时,回路中回路中 产生电流产生电流(见图乙见图乙). 3.电流变化类电流变化类:如图丙所示如图丙所示,当开关当开关S闭合或断开时闭合或断开时,线圈线圈B中中 产生电流产生电流;开关闭合开关闭合,滑动变阻器滑片向上或向下滑时滑动变阻器滑片向上或向
22、下滑时,回路回路 B中产生电流中产生电流. 甲甲 乙乙 丙丙 【典例】如图所示【典例】如图所示,在匀强磁场中的在匀强磁场中的U形导轨上形导轨上,有两根等有两根等 长的平行导体棒长的平行导体棒AB和和CD,它们以相同的速度它们以相同的速度v匀速向右滑匀速向右滑 动动.为使为使AB中有感应电流产生中有感应电流产生,下列操作可行的是下列操作可行的是( ) A.断开和闭合开关都可以断开和闭合开关都可以 B.断开开关断开开关 C.断开和闭合开关都不行断开和闭合开关都不行 D.闭合开关闭合开关 解析解析:若开关断开若开关断开,导体棒运动时导体棒运动时,只有只有ABCD是闭合回路是闭合回路, 但穿过但穿过ABCD的磁通量不变的磁通量不变,不产生感应电流不产生感应电流;若开关闭合若开关闭合, 导体棒运动时导体棒运动时,穿过闭合回路穿过闭合回路ABNM的磁通量变化的磁通量变化,产生产生 感应电流感应电流,选项选项D正确正确. 答案答案:D 【素养建构】【素养建构】 判断是否产生感应电流的一般思路判断是否产生感应电流的一般思路:
