2024年高二暑假985培优讲义：第14讲 电磁感应现象及应用含解析

2024年高二暑假985培优讲义：第14讲电磁感应现象及应用含解析第14讲电磁感应现象及应用1.理解磁感线的概念，知道磁感线的特点.2.理解安培定则，会用安培定则判断电流的磁场方向．3.理解磁感应强度的概念，知道磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量.4.理解磁通量的概念，会计算磁通量的大小．一划时代的发现1．“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．3．电磁感应法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流．二产生感应电流的条件1．实验：探究感应电流产生的条件探究一：如图1甲实验中，让导体棒在磁场中保持相对静止时或者平行于磁场运动时，无论磁场多强，闭合回路中都没有电流，当导体ab做切割磁感线运动时，闭合回路中有电流产生．图1探究二：如图乙，当线圈A的电流不变时，线圈B所在的回路中没有电流产生；当线圈A的电流变化时，线圈B所在回路中就有了电流．2．产生感应电流的条件：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流．三电磁感应现象的应用生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的．考点一：产生感应电流的条件【例1】（2022·陕西·西安市阎良区关山中学高二期中）以下四幅图所示的实验中，能够揭示电磁感应现象的是（）A． B．C． D．考点二：产生感应电流的判定【例2】.(多选)(2020·池州一中高二期中)某实验装置如图所示，在铁芯P上绕有两个线圈A和B，如果线圈A中电流i与时间t的关系有甲、乙、丙、丁四种情况，如图所示，则在t1～t2这段时间内，能在线圈B中产生感应电流的是()A．甲 B．乙C．丙 D．丁1.（2020·全国·高考真题）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为（）A．库仑 B．霍尔 C．洛伦兹 D．法拉第2．（2017·江苏·高考真题）如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为()A．1∶1 B．1∶2 C．1∶4 D．4∶13．（2014·全国·高考真题）在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是（）A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组合成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化1．如图所示，下列矩形线框在无限大的匀强磁场中运动，则能够产生感应电流的是（）A． B．C． D．2．线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：①向下平动；②绕轴转动；③垂直于纸面向纸外平动；④向上平动（线圈有个缺口）。则线圈中没有感应电流的是（）A．① B．② C．③ D．④3．如图所示，通以电流的直导线固定在竖直位置上，且与导线框在同一平面内，则下列情况下导线框中不能产生感应电流的是（

）A．平移到位置Ⅱ B．以为转轴转到位置ⅢC．以为转轴转到位置Ⅱ D．平移到以为对称轴的位置Ⅲ4．下列现象中，属于电磁感应现象的是（）A．通电线圈在磁场中转动 B．闭合线圈在磁场中运动而产生电流C．磁铁吸引小磁针 D．小磁针在通电导线附近发生偏转5．为了演示“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”的现象，老师做了这样的演示实验：如图所示，铝制水平横梁两端各固定一个铝环，其中A环是闭合的，B环是断开的，横梁可以绕中间的支点在水平面内转动。当装置静止不动时，用一磁铁的N极去接近A环，发现横梁绕支点沿顺时针（俯视）方向转动。若不考虑空气流动对实验结果的影响，关于该实验，下列说法中正确的是（）A．若其他条件相同，磁铁接近A环越快，A环中产生的感应电动势就越大B．若其他条件相同，而将磁铁的N极接近B环，则横梁将绕支点沿逆时针（俯视）方向转动C．无论磁铁靠近A环或B环，相应环中都有焦耳热产生D．若磁铁N极靠近A环，沿磁铁运动方向观察，A环会有沿环顺时针方向的感应电流6．如图所示为一水平放置的条形磁铁，一闭合线框abcd位于磁铁的左端，线框平面始终与磁铁的上表面垂直，并与磁铁的端面平齐。当线框由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到达位置Ⅲ时，穿过线框的磁通量变化情况为（）A．不发生变化 B．先减少后增加C．先增加后减少 D．不能确定7.如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有顺时针的电流I通过时，穿过三个线圈的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，则()A．Φa＜Φb＜ΦcB．Φa＞Φb＞ΦcC．Φa＜Φc＜ΦcD．Φa＞Φc＞Φb8.如图所示，一金属圆线圈和一条形磁铁的中轴线在同一竖直平面内，下列情况中能使线圈的磁通量发生变化的是()A．将磁铁竖直向上平移B．将磁铁水平向右平移C．将磁铁在图示的平面内，N极向上、S极向下转动D．将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内9.如图所示，匀强磁场中有一个闭合的弹簧线圈，线圈的平面垂直于磁感线，下列哪种过程中线圈会产生感应电流()A．线圈扩张B．线圈自下向上运动C．线圈自上向下运动D．线圈自左向右运动(未穿出磁场)10．如图所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路，在下列情况中，电流表指针不发生偏转的是()A．线圈不动，磁铁插入线圈时B．线圈不动，磁铁拔出线圈时C．磁铁插在线圈内不动D．磁铁和线圈相对移动时11．如图所示，L为一根无限长的通电直导线，M为一金属环，L过M的圆心，且通以向上的电流I，则()A．当L中的I发生变化时，环中有感应电流B．当M左右平移时，环中有感应电流C．当M保持水平，在竖直方向上下移动时环中有感应电流D．只要L与M保持垂直，则以上几种情况，环中均无感应电流12．有人根据条形磁体的磁场分布情况用塑料制作了一个模具，模具的侧边界刚好与该条形磁体的磁感线重合，如图所示。另取一个柔软的弹性导体线圈套在模具上某位置，线圈贴着模具上下移动的过程中，下列说法正确的是(地磁场很弱，可以忽略)()A．线圈切割磁感线，线圈中出现感应电流B．线圈贴着模具上下移动的过程中不出现感应电流C．由于线圈所在处的磁场是不均匀的，故不能判断线圈中是否有电流产生D．若线圈平面放置不水平，则移动过程中会产生感应电流13．如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是()A．线圈中通以恒定的电流B．通电时，使变阻器的滑片P做匀速移动C．通电时，使变阻器的滑片P做加速移动D．将开关突然断开的瞬间第14讲电磁感应现象及应用1.理解磁感线的概念，知道磁感线的特点.2.理解安培定则，会用安培定则判断电流的磁场方向．3.理解磁感应强度的概念，知道磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量.4.理解磁通量的概念，会计算磁通量的大小．一划时代的发现1．“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．3．电磁感应法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流．二产生感应电流的条件1．实验：探究感应电流产生的条件探究一：如图1甲实验中，让导体棒在磁场中保持相对静止时或者平行于磁场运动时，无论磁场多强，闭合回路中都没有电流，当导体ab做切割磁感线运动时，闭合回路中有电流产生．图1探究二：如图乙，当线圈A的电流不变时，线圈B所在的回路中没有电流产生；当线圈A的电流变化时，线圈B所在回路中就有了电流．2．产生感应电流的条件：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流．三电磁感应现象的应用生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的．考点一：产生感应电流的条件【例1】（2022·陕西·西安市阎良区关山中学高二期中）以下四幅图所示的实验中，能够揭示电磁感应现象的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】A．该实验中小磁针在导线通电瞬间发生偏转，能够揭示电流的磁效应，与电磁感应无关，故A不符合题意；B．该实验揭示了通电导体在磁场中会受到力的作用，与电磁感应无关，故B不符合题意；C．该实验中当导体棒AB在两磁极间切割磁感线时，电流计指针会发生偏转，即导体棒中产生了感应电流，能够揭示电磁感应现象，故C符合题意；D．该实验是模拟电动机模型，揭示了通电导体在磁场中会受到力的作用，与电磁感应无关，故D不符合题意。考点二：产生感应电流的判定【例2】.(多选)(2020·池州一中高二期中)某实验装置如图所示，在铁芯P上绕有两个线圈A和B，如果线圈A中电流i与时间t的关系有甲、乙、丙、丁四种情况，如图所示，则在t1～t2这段时间内，能在线圈B中产生感应电流的是()A．甲 B．乙C．丙 D．丁【答案】BCD【解析】根据产生感应电流的条件，即线圈磁通量发生变化。A中电流不变，即线圈A中产生磁场的磁感应强度不变，线圈B中不会产生感应电流；B、C、D中电流发生改变，B、C、D中产生磁场的磁感应强度发生变化，线圈B中产生感应电流，B、C、D正确。1.（2020·全国·高考真题）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为（）A．库仑 B．霍尔 C．洛伦兹 D．法拉第【答案】D【详解】由题意可知，圆管为金属导体，导体内部自成闭合回路，且有电阻，当周围的线圈中产生出交变磁场时，就会在导体内部感应出涡电流，电流通过电阻要发热。该过程利用原理的是电磁感应现象，其发现者为法拉第。故选D。2．（2017·江苏·高考真题）如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为()A．1∶1 B．1∶2 C．1∶4 D．4∶1【答案】A【详解】根据磁通量的定义，当B垂直于S时，穿过线圈的磁通量为Ф=BS，其中S为有磁感线穿过区域的面积，所以图中a、b两线圈的磁通量相等，所以A正确；BCD错误．【名师点睛】本题主要注意磁通量的计算公式中S的含义，它指的是有磁感线穿过区域的垂直面积．3．（2014·全国·高考真题）在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是（）A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组合成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化【答案】D【解析】法拉第发现的电磁感应定律并总结出五种情况下会产生感应电流，其核心就是通过闭合线圈的磁通量发生变化，选项AB中，绕在磁铁上面的线圈和通电线圈，线圈面积都没有发生变化，前者磁场强弱没有变化，后者通电线圈中若为恒定电流则产生恒定的磁场，也是磁场强弱不变，都会导致磁通量不变化，不会产生感应电流，选项A、B错．选项C中往线圈中插入条行磁铁导致磁通量发生变化，在这一瞬间会产生感应电流，但是过程短暂，等到插入后再到相邻房间去，过程已经结束，观察不到电流表的变化．选项C错．选项D中，线圈通电或断电瞬间，导致线圈产生的磁场变化，从而引起另一个线圈的磁通量变化产生感应电流，可以观察到电流表指针偏转，选项D对1．如图所示，下列矩形线框在无限大的匀强磁场中运动，则能够产生感应电流的是（）A． B．C． D．【答案】D【解析】矩形线框的磁通量发生变化，才能产生感应电流。故选D。2．线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：①向下平动；②绕轴转动；③垂直于纸面向纸外平动；④向上平动（线圈有个缺口）。则线圈中没有感应电流的是（）A．① B．② C．③ D．④【答案】D【解析】A．①线圈向下平动时，穿过线圈的磁通量减小，则线圈中会产生感应电流，选项A不符合题意；B．②线圈绕轴转动时，穿过线圈的磁通量不断变化，线圈中会产生感应电流，选项B不符合题意；C．③线圈垂直于纸面向纸外平动时，穿过线圈的磁通量发生变化，则线圈中会产生感应电流，选项C不符合题意；D．④线圈向上平动，因线圈有个缺口，则线圈中不会有感应电流产生，选项D符合题意。故选D。3．如图所示，通以电流的直导线固定在竖直位置上，且与导线框在同一平面内，则下列情况下导线框中不能产生感应电流的是（

）A．平移到位置Ⅱ B．以为转轴转到位置ⅢC．以为转轴转到位置Ⅱ D．平移到以为对称轴的位置Ⅲ【答案】B【解析】产生感应电流的条件为：闭合回路和磁通量发生变化。A．线框平移到位置Ⅱ的过程中，磁通量减小，会产生感应电流，A错误；B．以为转轴转到位置Ⅲ的过程中，线框经过的位置磁感应强度大小不变，磁场始终与线框垂直，磁通量不变，不会产生感应电流，B正确；C．以为转轴转到位置Ⅱ，磁通量发生改变，会产生感应电流，C错误；D．平移到以为对称轴的位置Ⅲ，磁通量先变大在变小，会产生感应电流，D错误。故选B。4．下列现象中，属于电磁感应现象的是（）A．通电线圈在磁场中转动 B．闭合线圈在磁场中运动而产生电流C．磁铁吸引小磁针 D．小磁针在通电导线附近发生偏转【答案】B【解析】A．通电线圈在磁场中发生转动属于电流受到安培力的作用产生的，不是电磁感应现象，故A错误；B．闭合线圈靠近磁铁时，闭合回路磁通量发生变化，产生感应电流，是电磁感应现象，故B正确；C．磁铁吸引小磁针属于磁现象，不是电磁感应现象，故C错误；D．小磁针在通电导线附近发生偏转是由于电流产生磁场引起的，不是电磁感应现象，故D错误。故选B。5．为了演示“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”的现象，老师做了这样的演示实验：如图所示，铝制水平横梁两端各固定一个铝环，其中A环是闭合的，B环是断开的，横梁可以绕中间的支点在水平面内转动。当装置静止不动时，用一磁铁的N极去接近A环，发现横梁绕支点沿顺时针（俯视）方向转动。若不考虑空气流动对实验结果的影响，关于该实验，下列说法中正确的是（）A．若其他条件相同，磁铁接近A环越快，A环中产生的感应电动势就越大B．若其他条件相同，而将磁铁的N极接近B环，则横梁将绕支点沿逆时针（俯视）方向转动C．无论磁铁靠近A环或B环，相应环中都有焦耳热产生D．若磁铁N极靠近A环，沿磁铁运动方向观察，A环会有沿环顺时针方向的感应电流【答案】A【解析】A．A环闭合，磁铁接近A环越快，A环中磁通量的变化率越大，根据法拉第电磁感应定律可知产生的感应电动势越大，故A正确；B．B环不闭合，磁铁接近B环时，环内不产生感应电流，因此B环不受磁场的作用力，横杆不转动，故B错误；C．磁铁靠近A环时，在A环内会产生感应电流，从而产生焦耳热，当磁铁靠近B环时，会产生感应电动势，但不会形成感应电流，不会产生焦耳热，故C错误；D．磁铁N极靠近A环时，A环垂直于纸面向里的磁通量增大，所以A环中感应电流的磁场方向垂直于纸面向外，A环中会产生逆时针方向的感应电流，故D错误。故选A。6．如图所示为一水平放置的条形磁铁，一闭合线框abcd位于磁铁的左端，线框平面始终与磁铁的上表面垂直，并与磁铁的端面平齐。当线框由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到达位置Ⅲ时，穿过线框的磁通量变化情况为（）A．不发生变化 B．先减少后增加C．先增加后减少 D．不能确定【答案】B【解析】条形磁铁的磁感线分布如图所示由于条形磁铁两端磁感线分布密集，中央磁感线分布稀疏，故线框在位置Ⅱ时磁通量最小，所以从位置Ⅰ经位置Ⅱ到位置Ⅲ的过程中，磁通量先减少后增加。故选B。7.如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有顺时针的电流I通过时，穿过三个线圈的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，则()A．Φa＜Φb＜ΦcB．Φa＞Φb＞ΦcC．Φa＜Φc＜ΦcD．Φa＞Φc＞Φb【答案】B【解析】当a中有顺时针的电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈垂直纸面向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数，c最多，其次是b，a中没有向外的磁感线，因此穿过闭合线圈的净磁感线条数a最多，b次之，c最少，即Φa>Φb>Φc，选项B正确。故选B。8.如图所示，一金属圆线圈和一条形磁铁的中轴线在同一竖直平面内，下列情况中能使线圈的磁通量发生变化的是()A．将磁铁竖直向上平移B．将磁铁水平向右平移C．将磁铁在图示的平面内，N极向上、S极向下转动D．将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内【答案】D【解析】图示状态下，线圈与磁场方向平行，穿过圆线圈的磁通量为零，而选项A、B、C中的做法不会引起线圈中磁通量的变化，只有选项D可使线圈中的磁通量发生变化，故D正确。故选D。9.如图所示，匀强磁场中有一个闭合的弹簧线圈，线圈的平面垂直于磁感线，下列哪种过程中线圈会产生感应电流()A．线圈扩张B．线圈自下向上运动C．线圈自上向下运动D．线圈自左向右运动(未穿出磁场)【答案】A【解析】线圈扩张，线圈中磁通量变大，线圈中会产生感应电流，故A正确；线圈自下向上运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故B错误；线圈自上向下运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故C错误；在未穿出磁场的前提下，线圈自左向右运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故D错误。故选A。10．如图所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路，在下列情况中，电流表指针不发生偏转的是()A．线圈不动，磁铁插入线圈时B．线圈不动，磁铁拔出线圈时C．磁铁插在线圈内不动D．磁铁和线圈相对移动时【答案】C【解析】根据电磁感应现象产生的条件，不论哪部分移动，只要磁体与线圈的相对位置发生变化，线圈所在处的磁场就会发生变化，所以选项A、B、D中都会产生感应电流，C中不会产生感应电流。故选C。11．如图所示，L为一根