3電磁感應現象及應用[學習目標]1.知道什么是電磁感應現象。2.通過實驗探究感應電流產生的條件(重難點)。3.了解電磁感應現象的應用。一、劃時代的發現1．奧斯特發現了電流的磁效應，證實電現象與磁現象是有聯系的。2．1831年，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環上，一個線圈接電源，另一個線圈接“電流表”。當給一個線圈通電或斷電的瞬間，在另一個線圈上出現了電流，從而發現了“磁生電”現象，他認為“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現的效應。3．法拉第把這些“磁生電”現象定名為電磁感應，這些現象中產生的電流叫作感應電流。二、磁通量變化的幾種情況1．磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1，磁感應強度B不變，閉合回路的有效面積S發生變化。如圖(a)(b)所示，ΔΦ＝B(S2－S1)＝BΔS。2．閉合回路的面積S不變，磁感應強度B發生變化。如圖(c)所示，ΔΦ＝(B2－B1)S＝ΔBS。3．磁感應強度B和閉合回路的面積S都發生變化，ΔΦ＝B2S2－B1S1。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生變化的是()答案AB解析選項A中，線圈轉動時，穿過線圈的磁通量一直在變化，故A正確；選項B中，由于離通電導線越遠，磁感應強度越小，故線圈在向右運動時，穿過線圈的磁通量在減小，故B正確；選項C中，由于磁感線方向與線圈平面平行，故穿過線圈的磁通量一直為零，沒有變化，故C錯誤；選項D中，線圈轉動過程中，穿過線圈的磁感線條數不變，故穿過線圈的磁通量不變，故D錯誤。三、產生感應電流的條件電磁感應現象的應用1．實驗：探究感應電流產生的條件(1)實驗一：如圖甲所示，導體棒AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產生，而導體棒AB順著磁感線運動時，線路中無電流產生。(均選填“有”或“無”)甲乙(2)實驗二：如圖乙所示，當條形磁體插入或拔出線圈時，線圈中有電流產生，但條形磁體在線圈中靜止不動時，線圈中無電流產生。(均選填“有”或“無”)(3)實驗三：如圖丙所示，將小線圈A插入大線圈B中不動，當開關S閉合或斷開時，電流表中有電流通過；若開關S一直閉合，當改變滑動變阻器的阻值時，電流表中有電流通過；而開關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”)丙(4)歸納總結：實驗一中：導體棒做切割磁感線運動，回路的有效面積發生變化，從而引起了磁通量的變化，產生了感應電流。實驗二中：磁體插入或拔出線圈時，線圈中的磁場發生變化，從而引起了磁通量的變化，產生了感應電流。實驗三中：開關閉合、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，產生了感應電流。三個實驗共同特點是：產生感應電流時閉合回路的磁通量都發生了變化。2．產生感應電流的條件：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。3．電磁感應現象的應用生產、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。例2(2023·陜西省延安市第一中學高二月考)在“探究法拉第電磁感應現象”實驗中，某同學將電池組、滑動變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電表及開關組成的部分電路已連接好了，如圖所示。(1)請使用兩根導線，將電路補充完整。(2)此實驗中使用的電表應是________。(填選項前的字母)A.靈敏電流表B.大量程的電壓表C.倍率適宜的電阻表(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B．線圈A插入線圈B中后，在開關閉合和斷開的瞬間，電表的指針均會偏轉C．開關閉合后，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答案(1)見解析圖(2)A(3)BD解析(1)將電池組、開關、滑動變阻器、線圈A串聯成一個回路，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生，故選A。(3)開關閉合后，線圈A插入線圈B中或從線圈B中拔出，穿過線圈B的磁通量都會發生變化，都會產生感應電流，都會引起電表的指針偏轉，故A錯誤；線圈A插入線圈B中后，在開關閉合和斷開的瞬間，穿過線圈B的磁通量都會發生變化，線圈B中會產生感應電流，電表的指針均會偏轉，故B正確；開關閉合后，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，都會有感應電流產生，電表的指針都會偏轉，故C錯誤，D正確。四、感應電流產生條件的理解判斷有無感應電流時必須明確的關鍵點(1)觀察導體回路是否閉合；(2)判斷穿過回路的磁通量是否發生變化。例3(2024·武威市高二期末)下列各圖中能產生感應電流的是()答案D解析閉合線圈繞平行于勻強磁場的轉動軸勻速轉動，穿過閉合線圈的磁通量始終為零，因此閉合線圈中無感應電流，故A錯誤；條形磁體插入有開口的圓環，由于圓環未閉合，因此圓環中無感應電流，故B錯誤；閉合線圈與條形磁體在同一平面并在遠離磁體，磁感線與線圈平面平行，穿過閉合線圈的磁通量始終為零，閉合線圈中無感應電流，故C錯誤；平行金屬導軌上，兩根金屬棒與導軌構成閉合回路，當向相反方向運動時，閉合回路面積增大，即穿過閉合回路的磁通量增大，回路中將產生感應電流，故D正確。例4如圖所示的裝置，在下列各種情況中，不能使懸掛在螺線管附近的銅質閉合線圈A中產生感應電流的是()A．開關S接通的瞬間B．開關S接通后，電路中電流穩定時C．開關S接通后，滑動變阻器滑片滑動的瞬間D．開關S斷開的瞬間答案B解析將開關突然接通的瞬間，線圈產生的磁場從無到有，穿過銅質閉合線圈A的磁通量增大，產生感應電流，故A不符合題意；線圈中通以恒定的電流時，線圈產生恒定的磁場，穿過銅質閉合線圈A的磁通量不變，沒有感應電流產生，故B符合題意；接通后，使滑動變阻器的滑片滑動時，回路中電流變化，線圈產生的磁場變化，穿過銅質閉合線圈A的磁通量變化，產生感應電流，故C不符合題意；將開關突然斷開的瞬間，線圈產生的磁場從有到無，穿過銅質閉合線圈A的磁通量減小，產生感應電流，故D不符合題意。例5如圖所示，邊界MN右側存在勻強磁場，現使邊長為L的正方形閉合金屬線框由邊界左側以速度v勻速運動到圖中虛線位置。此過程線框中產生感應電流的時間為()A.eq\f(L,v)B.eq\f(2L,v)C.eq\f(3L,v)D.eq\f(4L,v)答案A解析線框在整個運動過程中，只在右側邊框恰好進入磁場到線框恰好完全進入磁場的過程中產生感應電流，此過程線框的位移為L，故根據勻速直線運動規律可得，產生感應電流的時間為t＝eq\f(L,v)，A正確。課時對點練[分值：60分]1～7題每題3分，共21分考點一劃時代的發現1．在法拉第時代，下列驗證“由磁產生電”設想的實驗中，能觀察到感應電流的是()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的變化C．將一房間內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的變化D．繞在同一鐵環上的兩個線圈，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生變化這兩個條件，電路中才會產生感應電流，A、B選項都不會使穿過電路中的磁通量發生變化，并不滿足產生感應電流的條件，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生變化，產生感應電流，故D正確。2．(多選)下面屬于電磁感應現象的是()A．閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時，在電路中產生電流的現象B．通電導體周圍產生磁場C．變化的磁場使閉合電路中產生電流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體做切割磁感線運動時，在電路中產生電流的現象是電磁感應現象，故A正確；通電導體周圍產生磁場屬于電流的磁效應，故B錯誤；變化的磁場使閉合電路中產生電流是因為穿過閉合電路的磁通量發生變化，屬于電磁感應現象，故C正確；電荷在電場中定向移動形成電流不是電磁感應產生的電流，不屬于電磁感應現象，故D錯誤。考點二磁通量變化的幾種情況3.如圖所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細長磁體N極附近下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內，由圖中的位置Ⅰ經過位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在這個過程中，線圈中的磁通量()A．是增加的 B．是減少的C．先增加，后減少 D．先減少，后增加答案D4.如圖所示，在同一平面內有四根彼此絕緣的直導線，分別通有大小相同、方向如圖所示的電流，要使穿過由四根直導線所圍成的面積內的磁通量增加，應切斷的電流是()A．i1B．i2C．i3D．i4答案D解析根據安培定則判斷出四根通電直導線中電流在所圍面積內產生的磁場方向，可知只有i4中電流產生的磁場垂直于紙面向外，則要使穿過所圍面積的磁通量增加，應切斷i4，故選D。考點三產生感應電流的條件5．(2024·呼和浩特市高二期末)兩個平行放置的異名永磁體磁極間有勻強磁場，其間放置一個閉合矩形導線圈，線圈在始終未超出磁場的范圍內做下列運動時，能產生感應電流的是()答案D解析導線圈豎直上下運動，穿過線圈的磁通量保持不變，不會產生感應電流，故A錯誤；導線圈水平左右運動，穿過線圈的磁通量保持不變，不會產生感應電流，故B錯誤；導線圈繞豎直軸轉動，穿過線圈的磁通量保持不變，不會產生感應電流，故C錯誤；導線圈繞水平軸轉動，穿過線圈的磁通量發生變化，會產生感應電流，故D正確。6.(2024·四川省綿陽南山中學高二月考)如圖所示，豎直放置的長直導線通有恒定電流，有一矩形線框與導線在同一平面內，在下列情況中線框中不能產生感應電流的是()A．導線中的電流變大B．線框以PQ為軸轉動C．線框向右平動D．線框以AB邊為軸轉動答案B解析導線中電流變大，線框處磁感應強度增大，故穿過線框磁通量增大，可以產生感應電流，故A不符合題意；線框以直導線PQ為軸轉動，由于直導線的磁感線為以導線為圓心的同心圓，故穿過線框的磁通量不變化，則不能產生感應電流，故B符合題意；線框向右平動時，線框所在處的磁感應強度變小，穿過線框磁通量變小，故能產生感應電流，故C不符合題意；線框以AB邊為軸轉動，則穿過線框的磁通量發生變化，會產生感應電流，選項D不符合題意。7.(2023·濰坊市高二期末)如圖所示，Oxyz坐標系中，一銅環位于xOz平面內且圓心為坐標原點O，通電長直導線位于xOy平面內且與x軸平行，下列操作能使銅環中產生感應電流的是()A．銅環沿x軸正方向平移B．銅環沿y軸正方向平移C．銅環沿z軸正方向平移D．改變導線中電流方向答案C解析根據安培定則可知，此時通電導線產生的磁場穿過銅環的磁通量為零，不管銅環是沿x軸正方向平移、沿y軸正方向平移，還是改變導線中電流方向，通過銅環的磁通量均不發生變化，不產生感應電流；但當銅環沿z軸正方向平移時，穿過銅環的磁通量發生變化，產生感應電流，故選C。8～12題每題6分，共30分8.(2024·揚州市高二期中)我國擁有世界上最大單口徑射電望遠鏡，被稱為“天眼”。如圖所示，“天眼”的“眼眶”所圍圓面積為S，其所在處地磁場可視為勻強磁場，磁感應強度大小為B，與“眼眶”平面垂直、平行的分量分別為B1、B2，則()A．在地球自轉180°的過程中，地磁場穿過“眼眶”磁通量的變化量為0B．穿過“眼眶”的磁通量大小為B2SC．在地球自轉90°的過程中，地磁場穿過“眼眶”磁通量的變化量為eq\r(2)B2SD．磁通量是矢量，方向與磁感應強度方向相同答案A解析“眼眶”與B1垂直，與B2平行，則穿過“眼眶”的磁通量Φ＝B1S，故B錯誤；“眼眶”相對地磁場靜止，穿過“眼眶”磁通量的變化量始終為0，故A正確，C錯誤；磁通量是標量，故D錯誤。9.(2023·浙江省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按如圖所示的A、B、C、D四種情況變化，那么在t1到t2這段時間內，四種情況中線圈B中沒有產生感應電流的是()答案D解析由題圖可知，通過A的電流發生變化，電流產生的磁場的磁感應強度發生變化，穿過B的磁通量發生變化，線圈B中才能產生感應電流，由題圖可知，在t1到t2這段時間內，選項A、B、C圖所示的情況下線圈A中的電流會發生變化，線圈B中會產生感應電流，而D圖中電流不變，線圈B中不產生感應電流，故選D。10．(2024·江門市高二階段檢測)法拉第在1831年發現了“磁生電”現象。如圖甲把兩個線圈繞在同一個軟鐵環上，線圈A和電池連接，線圈B用長直導線連通，長直導線正下方平行于導線放置一個小磁針；如圖乙兩個線圈分別繞在一個鐵環上，線圈A接直流電源，線圈B接靈敏電流計。實驗中可能觀察到的現象是()A．圖甲中，只要A線圈中電流足夠強，小磁針就會發生偏轉B．圖甲中，線圈A和電池斷開瞬間，小磁針不會偏轉C．圖乙中，開關S接通時，可能使線圈B中產生感應電流D．圖乙中，開關S接通后，改變滑動變阻器滑片的位置時，不可能使線圈B中產生感應電流答案C解析根據電磁感應現象可知，線圈B中若要產生感應電流，需要穿過線圈B的磁通量產生變化，則需要線圈A中電流發生變化。題圖甲中，即使A線圈中電流足夠強，若電流不變，則小磁針就不會發生偏轉，選項A錯誤；題圖甲中，線圈A和電池斷開瞬間，A中電流變化，會在B中產生感應電流，則小磁針會偏轉，選項B錯誤；題圖乙中，開關S接通時，A中電流變化，可能使線圈B中產生感應電流，選項C正確；題圖乙中，開關S接通后，改變滑動變阻器滑片的位置時，A中電流變化，可能使線圈B中產生感應電流，選項D錯誤。11.(多選)(2023·河北省邢臺市第二中學高二期中)如圖所示，兩根直導線，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解析根據安培定則，可知左側導線在右側產生的磁場方向向下，右側導線在左側產生的磁場方向向上，可知，在兩根導線之間中線位置的磁感應強度為0，兩導線之間的區域，中線左側磁場方向向下，中線右側磁場方向向上，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；根據上述可知，從左往右，磁感應強度先減小后增大，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。12.(多選)(2024·綿陽市高二月考)如圖所示，兩勻強磁場的磁感應強度B1和B2大小相等、方向相反。豎直面內的金屬圓環的直徑所在直線O1O2與兩磁場的邊界重合。下列變化在環中能產生感應電流的是()A．增大金屬圓環的直徑B．讓金屬圓環以O1O2為軸轉動90°過程中C．向上平移金屬圓環D．在金屬圓環的正下方放一根與圖中磁場邊界平行的通電直導線答案CD解析增大金屬圓環的直徑，穿過圓環的上半部分和下半部分的面積變化大小相同，磁通量不變化，則不產生感應