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(共61張PPT)
第三章　電磁場與電磁波初步
3.電磁感應現象及其應用
核心素養：1.知道電磁感應現象在生活中的應用。2.理解產生感應電流的條件，理解 電磁感應現象。3.通過觀察實驗現象，分析歸納在磁場中產生感應電流的條件。4.通 過探究產生電磁感應的條件，體驗由實驗發現規律的樂趣，養成探究物理規律的良好 習慣。
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研習任務一　電磁感應現象的發現及其意義
合作　討論
如圖所示，甲圖是電磁起重機。乙圖是麥克風。探究：它們各自是根據什么原理 工作的呢？
甲 乙
提示：電磁起重機的工作原理是電流的磁效應，麥克風的工作原理是電磁感應。
教材　認知
一、奧斯特實驗的啟迪及電磁感應現象的發現
1. “電生磁”的發現
1820年，丹麥物理學家 發現了電流的 ，揭開了研究電和磁關系 的序幕。
2. “磁生電”的發現
1831年，英國物理學家 發現了 現象。
奧斯特　
磁效應　
法拉第　
磁生電　
3. 電磁感應
（1）定義：法拉第發現的 的現象。
（2）感應電流： 產生的電流。
[思考]　有磁場就一定能產生電流嗎？
提示：不一定，還需要其他條件。
磁生電　
電磁感應　
二、電磁感應規律的發現對社會發展的意義
1. 發電機是根據 原理制造的，能夠把機械能轉化為電能。
2. 生產和生活中廣泛使用的變壓器、電磁爐、動圈式話筒及汽車車速表等都是根 據 制造的。
電磁感應　
電磁感應　
核心　歸納
1. 丹麥物理學家奧斯特發現載流導體能使小磁針轉動，這種現象稱為電流的磁效 應，揭示了電現象與磁現象之間存在密切聯系。
2. 英國物理學家法拉第發現了“磁生電”現象，他把這種現象命名為電磁感應，產 生的電流叫作感應電流。
3. 引起“磁生電”的五類原因
研習　經典
A
A. 圖（a）通電瞬間小磁針發生偏轉，說明了電流周圍存在磁場
B. 圖（b）閉合開關后電流計的指針發生偏轉，說明了回路產生了感應電流
C. 圖（c）閉合開關后金屬棒會在導軌上運動，說明了磁場可以產生能量
D. 圖（d）閉合開關線框轉動，說明了穿過閉合電路的磁通量變化可以產生感應電流
[解析]　通電瞬間小磁針發生偏轉，說明了電流周圍存在磁場，選項A正確；閉合開 關后若導體棒切割磁感線運動，電流計的指針才發生偏轉，說明了回路產生了感應電 流，選項B錯誤；閉合開關后金屬棒會在導軌上運動，說明了磁場對電流有力的作 用，選項C錯誤；閉合開關線框轉動，說明了通電線框在磁場中受到力的作用，選項 D錯誤。
電磁感應現象的探索歷程
　　1. 1820年，丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應，證實了電和磁存在著必 然的聯系，拉開了研究電與磁聯系的序幕。
　　2. 英國物理學家法拉第經過十年不懈的探索，在1831年第一次發現了“磁生 電”現象，并從中領悟到“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現的效應。
名師點評
A　　　 　B
C　　 　 　D
B
解析：選項A是用來探究影響安培力大小的因素的實驗；選項B是研究電磁感應現象 的實驗，觀察導體棒在磁場中做切割磁感線運動時是否會產生感應電流；選項C是用 來探究安培力的方向與哪些因素有關的實驗；選項D是奧斯特實驗，證明通電導線周 圍存在磁場。
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研習任務二　產生感應電流的條件
合作　討論
1825年，瑞士物理學家德拉里夫的助手科拉頓將一個螺線管與電流計相連。為了 避免強磁性磁鐵影響，他把電流計放在另外一個房間，用長導線把“電流表”和螺線 管連接起來。當他把磁鐵投入螺線管中后，立即跑到另一個房間去觀察（如圖）。他 在兩個房間跑來跑去，沒有觀察到電流表指針擺動。電路中有沒有產生感應電流呢？
提示：科拉頓把磁鐵投入螺線管的瞬間，回路中產生感應電流，磁鐵靜止后感應 電流消失，所以當他跑到另一房間時，電流表指針早已停止了擺動。故科拉頓觀察不 到電流計指針的偏轉。
教材　認知
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 電流產 生，而導體棒AB順著磁感線運動時，線路中 電流產生。（均選填“有”或 “無”）
甲
有　
無　
（2）實驗二：如圖乙所示，當條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中 電流產 生，但條形磁鐵在線圈中靜止不動時，線圈中 電流產生。（均選填“有”或 “無”）
乙
有　
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 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 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 電流通過。（均選填“有”或“無”）
丙
有　
有　
無　
（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：只要穿過閉合導體回路的 ，閉合導體 回路中就有感應電流產生。
磁通量發生變化　
核心　歸納
1. 感應電流產生的必要條件是穿過閉合電路的磁通量發生變化，所以判斷感應電流 有無時必須明確以下兩點：
（1）明確電路是否為閉合電路；
（2）判斷穿過回路的磁通量是否發生變化。
2. 判斷電磁感應現象是否發生的一般流程
（1）確定研究的回路；
（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
3. 產生感應電流的常見類型
（1）導線ab切割磁感線時，閉合回路產生電流（如圖甲所示）。
（2）磁鐵插入和拔出線圈時，回路中產生電流（如圖乙所示）。
（3）如圖丙所示，當開關S閉合或斷開瞬間，回路B中產生電流。當開關S閉合，滑 動變阻器滑片向上或向下滑動時，回路B中產生電流。
研習　經典
[典例2]　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）請用兩根導線，將電路補充完整。
[答案]　（1）見解析圖　
[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）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. 倍率適宜的歐姆表
[解析]（2）本實驗要使用靈敏電流表來檢測電路中是否有電流產生。
A　
（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，電表的指針不會偏轉
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
BD　
[解析]（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。
　　（1）在閉合回路中是否產生感應電流，取決于穿過回路的磁通量是否發生變 化，而不取決于回路里是否有磁通量。
　　（2）磁通量發生變化，主要表現為兩種形式：一種是回路的面積不變，而 穿過回路的磁場變化從而引起磁通量發生變化，即ΔΦ＝ΔBS，回路中產生感應 電流；另一種是磁場不變，而回路面積發生變化從而引起磁通量發生變化，即 ΔΦ＝BΔS，回路中產生感應電流。閉合回路的一部分導體做切割磁感線運動產 生感應電流屬于第二種情況。
名師點評
甲 乙
丙
BD
A. 如圖甲所示，導體棒AB順著磁感線運動
B. 如圖乙所示，條形磁體插入或抽出線圈
C. 如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S一直閉合
D. 如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S一直閉合，改變滑動變阻 器接入電路的阻值
解析：導體棒順著磁感線運動，沒有切割磁感線，穿過閉合回路的磁通量沒有發生變 化，無感應電流，故選項A錯誤；條形磁體插入線圈時線圈中的磁通量增加，抽出線 圈時線圈中的磁通量減少，都產生感應電流，故選項B正確；開關S一直閉合，回路 中為恒定電流，螺線管A產生的磁場穩定，螺線管B中的磁通量無變化，線圈中不產 生感應電流，故選項C錯誤；開關S一直閉合，滑動變阻器接入電路的阻值變化，回 路中的電流變化，螺線管A產生的磁場發生變化，螺線管B中磁通量發生變化，產生 感應電流，故選項D正確。
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研習任務三　感應電流產生條件的理解
核心　歸納
1. 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。
2. 判斷有無感應電流的方法和注意事項
（1）能否產生感應電流，取決于穿過閉合導體回路的磁通量是否發生變化，而不是 磁通量的大小。
（2）閉合回路的部分導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 沒有產生感應電流。
（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體回路的磁感線的條 數是否變化來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，要先轉化為平面圖，再分析磁感線的分布及變 化情況。
研習　經典
BD
[解析]　A選項中，電路沒有閉合，無感應電流；B選項中，閉合回路的面積增大，通 過閉合回路的磁通量增大，有感應電流；C選項中，穿過圓環的磁感線相互抵消，磁 通量恒為零，無感應電流；D選項中，穿過閉合回路的磁通量減小，有感應電流，故 選BD。
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時
D. 開關S斷開的瞬間
B
解析：將開關突然接通的瞬間，螺線管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；螺線管中通以恒定的電流時，螺線管 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，螺線管產生的磁場變 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，螺線管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。
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課后提素養
基礎　題組
1. 思維辨析
（2）穿過閉合電路的磁通量發生變化，電路中不一定有感應電流。
×
×
√
×
A. 磁場對電流產生力的作用
B. 變化的磁場使閉合電路中產生電流
C. 插在通電螺線管中的軟鐵棒被磁化
D. 電流周圍產生磁場
解析：電磁感應現象指的是處在變化的磁場中的閉合回路中產生電流的現象，選項B 正確。
B
A. 由位置A到位置B，線圈內不產生感應電流
B. 由位置A到位置B，線圈內產生感應電流
C. 由位置B到位置C，線圈內產生感應電流
D. 由位置B到位置C，線圈內不產生感應電流
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 位置時為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和由位置B到位置C的兩個過 程中，穿過線圈的磁通量都發生變化，線圈中都會產生感應電 流，故B、C正確，A、D錯誤。
中檔　題組
甲 乙
A. 錄音機錄音時利用了電磁感應原理，放音時利用了電流的磁效應
B. 錄音機放音時，變化的磁場在靜止的線圈內激發起感應電流
C. 錄音機放音時，線圈中變化的電流在磁頭縫隙中產生變化的磁場
D. 錄音機錄音時，線圈中變化的電流在磁頭縫隙中產生變化的磁場
BD
解析：錄音時是電生磁，利用了電流的磁效應，放音時是磁生電，利用了電磁感應原 理，A錯誤；錄音時，聲音先轉變成強弱變化的電流，這樣的電流通過錄音磁頭，產 生了強弱變化的磁場，磁帶劃過磁頭時，磁帶上的小顆粒被強弱不同的磁場磁化，于 是記錄了一連串有關磁性變化的信息；放音時，磁帶貼著放音磁頭運動，被磁化的小 顆粒產生的強弱變化的磁場使放音磁頭中產生強弱變化的感應電流，電流經放大后使 揚聲器發聲，這便“讀”出了磁帶中記錄的信息，故B、D正確，C錯誤。
A. 使線圈在其平面內平動或轉動
B. 使線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動
C. 使線圈以ac為軸轉動
D. 使線圈以bd為軸稍做轉動
D
解析：線圈在勻強磁場中運動，磁感應強度B為定值，由ΔФ＝B·ΔS知：只要回路中相 對磁場的正對面積改變量ΔS≠0，則磁通量一定要改變，回路中一定有感應電流產 生。當線圈在紙面內平動或轉動時，線圈相對磁場的正對面積始終為零，因此ΔS＝ 0，因而無感應電流產生，A錯誤；當線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動時，同樣 ΔS＝0，因而無感應電流產生，B錯誤；當線圈以ac為軸轉動時，線圈相對磁場的正 對面積改變量ΔS仍為零，回路中仍無感應電流，C錯誤；當線圈以bd為軸稍做轉動 時，線圈相對磁場的正對面積發生了改變，因此在回路中產生了感應電流，D正確。
A. 線圈中通以恒定的電流
B. 通電過程中，使變阻器的滑片P做勻速移動
C. 通電過程中，使變阻器的滑片P做加速移動
D. 將開關突然斷開的瞬間
BCD
解析：線圈中通以恒定的電流，銅環A中磁通量不變，銅環A中沒有感應電流，A錯 誤；變阻器的滑片P做勻速、加速移動時，線圈中電流變化，銅環A中磁通量發生變 化，銅環A中有感應電流，B、C正確；將開關突然斷開的瞬間，線圈中電流變為零， 銅環A中磁通量發生變化，銅環A中有感應電流，D正確。
C
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課時作業
A. 開關S閉合前，通過螺線管的磁通量為零
B. 開關S閉合瞬間，通過螺線管的磁通量不變
C. 開關S閉合瞬間，靈敏電流計指針不發生偏轉
D. 開關S閉合，抽出磁鐵過程中，靈敏電流計指針發生偏轉
BCD
[基礎訓練]
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A. 進入勻強磁場區域的過程中，線框ABCD中有感應電流
B. 在勻強磁場中加速運動時，線框ABCD中有感應電流
C. 在勻強磁場中勻速運動時，線框ABCD中沒有感應電流
D. 離開勻強磁場區域的過程中，線框ABCD中沒有感應電流
解析：線框ABCD在進入和離開勻強磁場區域時，穿過線框的磁通量發生變化， 線框ABCD中有感應電流，選項A正確，D錯誤；線框ABCD在勻強磁場中運動 時，無論加速還是勻速，磁通量都沒發生變化，線框ABCD中沒有感應電流，選 項C正確，D錯誤。
AC
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A. 當磁鐵向紙面外平移時，線框中產生感應電流
B. 當磁鐵向上平移時，線框中產生感應電流
C. 當磁鐵向下平移時，線框中產生感應電流
D. 當磁鐵N極向紙外、S極向紙里繞OO'軸轉動時，線框中產生感應 電流
解析：A、B、C錯：三種情況下，穿過線框的磁通量為零，不產生感應電流。D對： 圖示時刻穿過正方形線框的磁通量為零，當N極向紙外、S極向紙里繞OO'軸轉動時， 通過線框的磁通量增大，則線框中產生感應電流。
D
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AD
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甲 乙
丙 丁
B
A. 圖甲中矩形線框向右加速運動
B. 圖乙中矩形線框以OO'為軸勻速轉動
C. 圖丙中矩形線框以OO'為軸勻速轉動
D. 圖丁中矩形線框斜向上運動
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解析：題圖甲中線框中的磁通量不發生變化，故沒有感應電流，選項A錯誤；題圖乙 中線圈轉動過程中線框中的磁通量發生變化，有感應電流產生，選項B正確；題圖丙 中線框平面與磁感線始終平行，磁通量始終為零，故沒有感應電流產生，選項C錯 誤；題圖丁中線框平面與磁感線始終平行，磁通量始終為零，故沒有感應電流產生， 選項D錯誤。
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6. 在“探究電磁感應的產生條件”實驗中，實驗連線后如圖所示。
（1）接通電源，閉合開關，G表指針會向左有較大的偏轉，幾秒后G表指針停在中間 不動。將滑動變阻器的滑片迅速向右滑動時，G表指針 （填“不動”“右 偏”“左偏”或“不停振動”）；迅速抽出鐵芯時，G表指針 （填“不 動”“右偏”“左偏”或“不停振動”）。
左偏　
右偏　
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解析（1）由題意，磁通量增加，G表指針左偏；將滑動變阻器的滑片迅速向右滑動 時，接入電路中的阻值減小，回路電流變大，磁通量增加，故感應電流使G表指針左 偏；迅速抽出鐵芯時，磁通量減小，產生的感應電流方向與上述方向相反，則G表指 針右偏。
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（2）斷開開關和電源，將鐵芯重新插入內線圈中，把直流輸出改為交流輸出，其他 均不變。接通電源，閉合開關，G表指針 （填“不動”“右偏”“左 偏”或“不停振動”）。
解析（2）斷開開關和電源，將鐵芯重新插入內線圈中，把直流輸出改為交流輸出， 其他均不變。接通電源，閉合開關，由于穿過線圈的磁通量大小方向都不斷變化，在 線圈A中產生的感應電流大小方向不斷變化，則G表指針不停振動。
不停振動　
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[能力提升]
A. 使通電螺線管中的電流發生變化
B. 使螺線管繞垂直于線圈平面且過線圈圓心的軸轉動
C. 使線圈a以MN為軸轉動
D. 使線圈繞垂直于MN的直徑轉動
解析：A、B、C錯：在A、B、C項所述的三種情況中，穿過線圈a的磁通量始終為 零，因此不產生感應電流。D對：當線圈繞垂直于MN的直徑轉動時，穿過線圈的磁 通量發生變化，會產生感應電流。
D
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A. 閉合開關后小燈泡可能發光
B. 若閉合開關后小燈泡發光，再將B線圈靠近A，
則小燈泡更亮
C. 閉合開關瞬間，小燈泡才能發光
D. 若閉合開關后小燈泡不發光，將滑動變阻器滑
片左移后，小燈泡可能會發光
AB
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解析：A對：因回路接入的是交流電，所以當開關閉合后，線圈A中有變化的電流， 產生變化的磁場，所以通過線圈B的磁通量變化，回路中有感應電流，小燈泡可能發 光。B對：若閉合開關后小燈泡發光，再將B線圈靠近A，穿過B的磁通量變化更劇 烈，產生的電流更大，所以小燈泡會更亮。C錯：因回路接入的是交流電，閉合開關 后，線圈B仍能產生感應電流。D錯：若閉合開關后小燈泡不發光，說明線圈B中電流 過小，當滑動變阻器滑片向左移時，B中的感應電流變小，小燈泡不會發光。
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A. 開關S閉合或斷開的瞬間
B. 開關S是閉合的，滑動觸頭向左滑
C. 開關S是閉合的，滑動觸頭向右滑
D. 開關S始終閉合，滑動觸頭不動
解析：開關S閉合或斷開的瞬間，開關S閉合、滑動觸頭向左或向右滑的過程，都會使 通過導線ab的電流發生變化，使穿過cd回路的磁通量發生變化，從而在cd導線中產生 感應電流，故選項A、B、C正確。
ABC
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10. 如圖所示，線圈Ⅰ與電源、開關、滑動變阻器相連，線圈Ⅱ與電流計 相連，線圈Ⅰ 與線圈Ⅱ繞在同一個鐵芯上，在下列情況下，電流計 中是否有示數？
（1）開關閉合瞬間；
答案：（1）有　
解析：（1）開關閉合時線圈Ⅰ中電流從無到有，故電流形成的磁場也從無到有，穿過 線圈Ⅱ的磁通量也從無到有，故線圈Ⅱ中產生感應電流，電流計 有示數。
（2）開關閉合穩定后；
答案：（2）無　
解析：（2）開關閉合穩定后，線圈Ⅰ中電流穩定不變，電流形成的磁場不變，此時線 圈Ⅱ中雖有磁通量但磁通量穩定不變，故線圈Ⅱ中無感應電流產生，電流計 無示數。
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（3）開關閉合穩定后，來回移動滑動變阻器的滑片；
答案：（3）有　
解析：（3）開關閉合穩定后，來回移動滑動變阻器的滑片，滑動變阻器接入電路的 阻值變化，線圈Ⅰ中的電流變化，電流形成的磁場也發生變化，穿過線圈Ⅱ的磁通量也 發生變化，故線圈Ⅱ中有感應電流產生，電流計 有示數。
（4）開關斷開瞬間。
答案：（4）有
解析：（4）開關斷開瞬間，線圈Ⅰ中電流從有到無，電流形成的磁場也從有到無，穿 過線圈Ⅱ的磁通量也從有到無，故線圈Ⅱ中有感應電流產生，電流計 有示數。
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11. 如圖所示，固定于水平面上的金屬框架CDEF處在豎直向下的勻強磁場中，金屬 棒MN沿框架以速度v向右做勻速運動。t＝0時，磁感應強度為B0，此時MN到達的位 置使MDEN構成一個邊長為l的正方形。為使MN棒中不產生感應電流，從t＝0開始， 磁感應強度B應怎樣隨時間t變化？請推導出這種情況下B與t的關系式。
答案：見解析
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