13.3 电磁感应现象及应用 -【划重点】2024-2025学年高二物理暑假预习强化之精细讲义（人教版2019必修第三册）

13.3 电磁感应现象及应用 ——划重点之高二暑假预习强化精细讲义 知识点1：划时代的发现 1.电生磁→电流的磁效应→奥斯特 (1)电流的磁效应 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流能使小磁针发生偏转，这种作用称为电流的磁效应. (2)发现电流磁效应的意义 ①电流磁效应的发现揭示了电与磁之间存在某种联系，使人们认识到电流的磁场和磁铁的磁场的本质是一致的，突破了人类对电与磁认识的局限性. ②激发了人们对“磁生电”的探索热情，英国物理科学家法拉第经过十年努力，在1831年找到了“磁生电”的条件. 2.磁生电→电磁感应现象→法拉第 (1)法拉第对“磁生电”的思考：电流磁效应的发现引起了对称性的普遍思考，法拉第认为既然电流能够引起小磁针的运动，那么磁铁也会使导线产生电流. (2)引起“磁生电”的五类原因 (3)电磁感应的定义：“磁生电”的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流. (4)发现电磁感应的意义 ①电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生； ②电磁感应的发现使人们找到了“磁生电”的方法. 对电磁感应的理解 (1)电流的磁效应与电磁感应是两种关系相反的现象，区别这两种现象的关键是看电流是条件还是结果. (2)电磁感应的实质是其他形式的能转化为电能的过程. 知识点2：产生感应电流的条件 1.探究 探究1:导体棒(闭合回路的一部分)在磁场中运动是否产生感应电流 (1)实验现象：导体棒静止或平行于磁感线运动时，无感应电流；导体棒切割磁感线运动时，有感应电流. (2)分析：磁场的强弱不变，但部分导体做切割磁感线运动使闭合导体回路包围的磁场面积发生了变化，穿过回路的磁通量变化，有感应电流产生. 探究1是通过导体棒相对磁场运动改变磁通量的. 探究2:磁铁在螺线管中运动是否产生感应电流 (1)实验现象：当磁铁与线圈相对静止时，线圈中无电流；当磁铁插入线圈或从线圈中抽出时，线圈中有电流. (2)分析：将磁铁插入或抽出线圈的过程中，线圈中的磁场强弱发生了变化，从而改变了穿过回路的磁通量，线圈中有感应电流产生. 探究2是通过磁体运动即磁场相对闭合导体回路运动改变磁通量的. 探究3:模仿法拉第的实验 (1)实验现象：开关闭合或断开时，测试电路中有电流；开关闭合以后，测试电路中无电流；开关闭合后，移动滑动变阻器滑片的过程中，测试电路中有电流. (2)分析：将开关闭合或断开瞬间以及保持开关闭合并改变滑动变阻器的滑片位置时，电流表中有电流通过(当使线圈A中的电流变化时，线圈B中的磁场发生了变化，从而改变了穿过回路的磁通量). 探究3是通过改变电流(改变磁场强弱)改变磁通量的. 2.归纳总结 产生感应电流的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流. ①导体回路闭合、磁通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可. ②闭合导体回路中磁通量的大小不是产生感应电流的条件，感应电流是否产生与Φ的大小无关，只取决于Φ的变化，即与△Φ有关. ③如果穿过闭合导体回路的磁通量很大但不变化，那么无论有多大，也不会产生感应电流. 3.感应电流的有无的判断 判断电路中是否产生感应电流，关键要分析穿过闭合导体回路的磁通量是否发生变化.分析磁通量是否发生变化就必须要弄清楚相关磁场的磁感线分布情况，而对于立体图，往往还需将立体图转换为平面图，如俯视图、侧视图等.思路如下： 知识点3：电磁感应现象中的能量转化和应用 1.电磁感应现象中的能量转化 当在闭合电路中产生感应电流时，电流做功，消耗电能，根据能量守恒定律可知，有其他形式的能转化为电能. (1)导体做切割磁感线运动，在电路中产生感应电流，该导体的机械能转化为电能。 (2)如图所示，线圈I中有变化的电流通过时、在铁芯中产生变化的磁场，这个变化的磁场通过线圈II时在其闭合回路中产生了感应电流.这个过程中、线圈I中的电能转化成了铁芯中的磁场能、然后在线圈II中又把铁芯里的磁场能转化成了电能.此处的转化并不像导线导电一样直接，而是一个间接的转移，磁场仅起到了能量传输的作用. 2.电磁感应现象的应用 生产中广泛使用的变压器、发电机等是根据电磁感应制造的、生活中很多电器的工作原理都应用到电础感应现象、如动圈式话筒、电视机、手机、录音机、电磁炉等.下面对动圈式话筒的工作原理进行简单分析. 话筒是把声音信号转变为电信号的装置，动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的、当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的音圈也随着一起振动，音圈在永久磁体的磁场里振动，其中就会产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音. 【典例1】如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连接到电流计上，把线圈A装在线圈B的里面，下列说法正确的是（　　） A．开关闭合瞬间，电流计的指针不会偏转 B．开关断开瞬间，电流计的指针不会偏转 C．开关闭合稳定后，滑动变阻器的滑片P向右匀速滑动，电流计指针不会偏转 D．开关闭合稳定后，把小线圈A从线圈B中拔出，电流计的指针会偏转 【典例2】下列情况能产生感应电流的是（　　） A．如图（a）所示，导体AB顺着磁感线运动 B．如图（b）所示，条形磁铁插入线圈中不动时 C．如图（c）所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时 D．如图（c）所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器阻值时 【典例3】（多选）如图所示是一种经颅磁刺激的医疗技术，在人体头部上方放置的金属线圈内通以脉冲电流，电流流经线圈产生高强度脉冲磁场，磁场穿过头颅对脑部特定区域产生感应电流，下列说法正确的是（　　） A．脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电磁感应现象 B．变化的磁场会使得脑部特定区域产生感应电场 C．若将脉冲电流改为恒定电流，也会持续对脑部产生感应电流 D．若脉冲电流最大强度不变，但脉冲电流时间缩短，则在脑部产生的感应电流会增强 重难点1：对磁通量及磁通量的变化量的理解 1.非匀强磁场中磁通量的分析 条形磁铁、通电线圈周围的磁场都是非匀强磁场，通常只对穿过其中线圈的磁通量进行定性分析，分析时应兼顾磁场强弱、线圈面积和磁场与线圈的夹角等因素，利用磁感线分布来判断，即磁通量的大小对应穿过线圈的磁感线的条数，穿过线圈的磁感线的条数变化，则说明磁通量变化. 2.磁通量的变化 (1)S(S为线圈平面在垂直于磁感线方向上的投影面积)不变，磁感应强度发生变化，即△Φ=△B·S,如图甲. (2)磁感应强度不变，S发生变化，△Φ=△S·B,其中S发生变化的情况又分为两种形式：①处在磁场中的闭合回路面积发生变化，引起磁通量发生变化，如图乙；②闭合回路面积不变，但与磁场的夹角发生变化，从而引起垂直于磁感线方向上的投影面积发生变化，如图丙. (3)磁感应强度和面积均发生变化.这种情况较少见，此时应采用公式△Φ=Φ2-Φ1进行分析. (4)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量的大小不受线圈匝数的影响.同理，磁通量的变化量也不受线圈匝数的影响.所以用公式求Φ、△Φ时，不必考虑线圈的匝数. 3.净磁通量 磁通量是标量，但有正负之分，正负仅表示穿入或穿出某平面，而且由人为规定.穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用Φ=B·S求磁通量.若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向穿过它的磁通量为Φ1,反向穿过它的磁通量为Φ2,则穿过该平面的磁通量等于磁通量的代数和，即Φ1-Φ2. 如一线圈垂直匀强磁场方向放置，穿过线圈的磁通量为BS,当线圈绕垂直磁场方向的轴翻转180°后，磁通量的变化量为2BS;如线圈不动，磁场方向变为反向，磁通量变化量也是2BS。 【典例4】如图所示，矩形线框abcd位于纸面内，面积为S，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线恰好位于垂直纸面向外的匀强磁场的右边界上，已知匀强磁场的磁感应强度为B。若线框从图示位置以为轴按如图所示的方向匀速转动，下列说法正确的是（    ） A．在线框转动过程中始终有感应电流产生 B．图示位置时穿过线框的磁通量为 C．使线框从图示位置转动60°时穿过线框的磁通量为 D．使线框从图示位置转动180°，则线框的磁通量变化大小为 【典例5】如图所示，虚线MN左侧存在垂直于纸面的匀强磁场，闭合线框位于纸面内，在其由位置Ⅰ沿直线运动到位置Ⅱ的过程中，穿过线框的磁通量的变化和有无感应电流正确的是（    ） A．磁通量一直变小 B．磁通量一直不变 C．有感应电流 D．没有感应电流 【典例6】如图所示，矩形线框的边长为，边竖直，边水平，磁感应强度大小为，时刻线框平面与磁场垂直，且规定该时刻穿过线框的磁通量为正，分别为边、边的中点，现让线框绕轴转动。则下列说法正确的是（　　） A．线框转过时，磁通量的变化量为 B．线框转过时，磁通量的变化量为 C．线框转过时，磁通量的变化量为 D．线框转过时，磁通量的变化量为 【典例7】如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r，圆形匀强磁场垂直它们所在的面，磁感应强度为B，其边缘恰好与a线圈重合，则穿过a的磁通量为 ，当磁场方向变为垂直纸面向里，穿过b线圈磁通量的变化量的大小为 。    重难点2：对导体切割磁感线的理解 在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意： (1)导体是否将磁感线“割断”,如果没有“割断”就不能说切割.如图所示，甲、乙两图中，导体棒沿速度方向运动时“切割”磁感线，而图丙中，导体棒的速度方向与磁场方向相同，导体棒运动时没有“切割”磁感线，图丁中，导体棒垂直纸面向里运动，也没有“切割”磁感线. (2)即使是闭合电路的部分导体“切割”了磁感线，也不一定就能产生感应电流.如图所示，对于图甲，尽管线框的左右两段的导体“切割”了磁感线(匀强磁场),但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；对于图乙，线框的左段导体“切割”磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；对于图丙，闭合线框在非匀强磁场中运动，“切割”了磁感线，同时穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流.如图丁所示，线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但在线框中同样没有感应电流. 由以上讨论可知，导体切割磁感线不是导体中产生感应电流的充分条件，归根结底还是要看穿过闭合回路的磁通量是否发生变化。 【典例8】虚线框内有垂直于纸面的匀强磁场。闭合线圈由位置1经过位置2、3，穿过虚线框运动到位置4。下列过程线圈中能产生感应电流的是（     ） A．仅由位置1到位置2 B．仅由位置2到位置3 C．仅由位置3到位置4 D．由位置1到位置2及由位置3到位置4 【典例9】如图所示，边界MN右侧存在匀强磁场，现使边长为L的正方形闭合金属线框由边界左侧以速度v匀速运动到图中虚线位置。此过程线框中产生感应电流的时间为（　　）    A． B． C． D． 【典例10】如图所示，虚线Ⅰ和Ⅱ之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，闭合线圈自高处落下，依次经过a、b、c三个位置．下列说法正确的是（　　）    A．线画在位置a不会产生感应电流 B．线圈在位置b一定做加速运动 C．线圈只有位置b和位置c会产生感应电流 D．线圈a、b、c三个位置都有感应电流产生 【典例11】如图，空间中存在垂直于纸面的有界匀强磁场，圆形闭合金属线圈处于位置1、2、3、4时，均与磁场边界相切。线圈在下列运动过程中，不产生感应电流的是（　　） A．从位置1平移到位置2 B．从位置2平移到位置3 C．从位置3平移到位置4 D．在位置2以圆形线圈的任一直径为轴转动 【典例12】（多选）如图所示，虚线框内存在垂直于纸面的匀强磁场，闭合金属线圈由位置1沿图中所示路径平移至位置5。有感应电流产生的过程是（　　） A．1→2 B．2→3 C．3→4 D．4→5 一、单选题 1．如图甲、乙、丙、丁所示，下列情况中能产生感应电流的是（　　） A． 如图甲所示，导体棒AB平行于磁感线运动 B．如图乙所示，条形磁铁一部分放在线圈中不动 C． 如图丙所示，小螺线管A置于大螺线管B中不动，开关S一直接通 D．如图丁所示，把闭合线圈从磁场中水平抽出 2．如图所示，闭合矩形金属线圈位于固定通电长直导线附近，线圈与导线始终在同一平面内，线圈的两个边与导线平行。则下列说法正确的是（　　） A．通电长直导线周围的磁场为匀强磁场 B．线圈向右匀速平移时，线圈中没有感应电流 C．当长直导线中电流I均匀增大时，线圈中没有感应电流 D．当长直导线中电流I均匀减小时，线圈中有感应电流 3．下列说法正确的是（　　） A．如图甲，导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面外转动 B．如图乙，如果长为l、通过电流为I的短直导线在该磁场中所受磁场力的大小为F，则可测出该处磁感应强度必为 C．如图丙，绕虚线轴转动的线圈平面S转到图示位置时，穿过线圈平面的磁通量为零 D．如图丁，闭合线圈在匀强磁场中两个图示位置间来回水平运动，线圈中有交变电流产生 4．如图所示为家庭电路中的漏电保护器原理简图，变压器原线圈由火线和零线并绕而成，副线圈接有控制器，当副线圈端有电压时，控制器会控制脱扣开关断开，从而起保护作用。下列说法正确的是（  ） A．开关闭合瞬间，铁芯中磁通量变大 B．用户正常用电时，铁芯中磁通量为0 C．用电器总功率过大，a、b间有电压 D．灯泡发生短路时，a、b间有电压 5．如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合（彼此绝缘），下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是（　　） A．导线与线圈共面，O为线圈圆心 B．导线与线圈共面 C．O为线圈圆心，导线垂直于线圈平面 D．导线与线圈不共面，但与其对角线平行且位于对角线正上方 6．下列给出的四幅情景图中能产生感应电流的是（　　） A．图甲中线圈有一小缺口，条形磁铁匀速穿过线圈 B．图乙中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方 C．图丙中匀强磁场区域足够大， D．图丁虚线右侧为匀强磁场正方形金属线圈以竖直虚线为轴绕虚线转动 7．如图，当车辆驶入或驶出圆形区域时，车辆会改变区域内通电线圈中的磁场，通过传感器电路将磁场的变化转换为交通灯的控制信号，车辆驶入图中圆形区域时，车辆引起磁场变化的原因最类似于（　　） A．减小通电线圈的面积 B．加大通电线圈的压力 C．将铁芯放入通电线圈 D．增加通电线圈的匝数 二、多选题 8．如图所示，在匀强磁场中，闭合等腰直角三角形线圈垂直磁场方向放置，下列情况中，线圈内一定能产生感应电流的是（　　） A．线圈在磁场中加速向上平移 B．磁场磁感应强度均匀减小 C．线圈以为轴匀速转动 D．磁场磁感应强度增大同时将线圈移出磁场的过程中 三、实验题 9．在“探究影响感应电流方向的因素”实验中： (1)如图1用试触法查明检流计指针偏转方向与 方向的对应关系。观察线圈中导线的绕向如图2，结合指针的偏转方向确定感应电流的方向。 (2)如图3进行实验操作，下表为某同学记录的实验现象 序号 1 2 3 4 磁铁的磁场方向 向下 向下 向上 向上 磁铁的磁通量的变化 增大 减小 增大 减小 感应电流的磁场方向 向上 向下 向下 向上 ①实验1、3得出的结论：穿过闭合回路的磁通量 时，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向 ； ②由实验得出的结论是：感应电流的磁场方向总要阻碍 。 (3)如图4，若磁铁从Ⅰ位置移到Ⅱ位置过程，检流计指针向左偏转，那么磁铁从Ⅱ位置移到Ⅲ位置过程检流计指针 （选填“向右”“向左”或“不”）偏转，磁铁从Ⅲ位置移到Ⅳ位置过程检流计指针向 （选填“向右”“向左”或“不”）偏转。 10．如图，是“探究影响感应电流方向的因素”实验装置： (1)关于该实验，下列说法正确的是（    ） A．开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑到最右端 B．开关闭合后，线圈A从线圈B中拔出和插入的过程电流计指针偏转方向相反 C．开关闭合后，将滑动变阻器的滑片匀速滑动使接入电路的阻值逐渐减小，电流计指针不发生偏转 D．电流计指针偏转方向和螺线管B的绕线方向无关 (2)连好电路后，若在闭合开关时发现电流计的指针向左偏了一下，则 ①合上开关后，将A线圈插入B线圈过程中，电流计指针将 偏转； ②A线圈插入B线圈后，若将滑动变阻器的滑片向左滑动，电流计的指针将 偏转。（结果均填“向左”、“向右”或“不”） 学科网（北京）股份有限公司 $$ 13.3 电磁感应现象及应用 ——划重点之高二暑假预习强化精细讲义 知识点1：划时代的发现 1.电生磁→电流的磁效应→奥斯特 (1)电流的磁效应 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流能使小磁针发生偏转，这种作用称为电流的磁效应. (2)发现电流磁效应的意义 ①电流磁效应的发现揭示了电与磁之间存在某种联系，使人们认识到电流的磁场和磁铁的磁场的本质是一致的，突破了人类对电与磁认识的局限性. ②激发了人们对“磁生电”的探索热情，英国物理科学家法拉第经过十年努力，在1831年找到了“磁生电”的条件. 2.磁生电→电磁感应现象→法拉第 (1)法拉第对“磁生电”的思考：电流磁效应的发现引起了对称性的普遍思考，法拉第认为既然电流能够引起小磁针的运动，那么磁铁也会使导线产生电流. (2)引起“磁生电”的五类原因 (3)电磁感应的定义：“磁生电”的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流. (4)发现电磁感应的意义 ①电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生； ②电磁感应的发现使人们找到了“磁生电”的方法. 对电磁感应的理解 (1)电流的磁效应与电磁感应是两种关系相反的现象，区别这两种现象的关键是看电流是条件还是结果. (2)电磁感应的实质是其他形式的能转化为电能的过程. 知识点2：产生感应电流的条件 1.探究 探究1:导体棒(闭合回路的一部分)在磁场中运动是否产生感应电流 (1)实验现象：导体棒静止或平行于磁感线运动时，无感应电流；导体棒切割磁感线运动时，有感应电流. (2)分析：磁场的强弱不变，但部分导体做切割磁感线运动使闭合导体回路包围的磁场面积发生了变化，穿过回路的磁通量变化，有感应电流产生. 探究1是通过导体棒相对磁场运动改变磁通量的. 探究2:磁铁在螺线管中运动是否产生感应电流 (1)实验现象：当磁铁与线圈相对静止时，线圈中无电流；当磁铁插入线圈或从线圈中抽出时，线圈中有电流. (2)分析：将磁铁插入或抽出线圈的过程中，线圈中的磁场强弱发生了变化，从而改变了穿过回路的磁通量，线圈中有感应电流产生. 探究2是通过磁体运动即磁场相对闭合导体回路运动改变磁通量的. 探究3:模仿法拉第的实验 (1)实验现象：开关闭合或断开时，测试电路中有电流；开关闭合以后，测试电路中无电流；开关闭合后，移动滑动变阻器滑片的过程中，测试电路中有电流. (2)分析：将开关闭合或断开瞬间以及保持开关闭合并改变滑动变阻器的滑片位置时，电流表中有电流通过(当使线圈A中的电流变化时，线圈B中的磁场发生了变化，从而改变了穿过回路的磁通量). 探究3是通过改变电流(改变磁场强弱)改变磁通量的. 2.归纳总结 产生感应电流的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流. ①导体回路闭合、磁通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可. ②闭合导体回路中磁通量的大小不是产生感应电流的条件，感应电流是否产生与Φ的大小无关，只取决于Φ的变化，即与△Φ有关. ③如果穿过闭合导体回路的磁通量很大但不变化，那么无论有多大，也不会产生感应电流. 3.感应电流的有无的判断 判断电路中是否产生感应电流，关键要分析穿过闭合导体回路的磁通量是否发生变化.分析磁通量是否发生变化就必须要弄清楚相关磁场的磁感线分布情况，而对于立体图，往往还需将立体图转换为平面图，如俯视图、侧视图等.思路如下： 知识点3：电磁感应现象中的能量转化和应用 1.电磁感应现象中的能量转化 当在闭合电路中产生感应电流时，电流做功，消耗电能，根据能量守恒定律可知，有其他形式的能转化为电能. (1)导体做切割磁感线运动，在电路中产生感应电流，该导体的机械能转化为电能。 (2)如图所示，线圈I中有变化的电流通过时、在铁芯中产生变化的磁场，这个变化的磁场通过线圈II时在其闭合回路中产生了感应电流.这个过程中、线圈I中的电能转化成了铁芯中的磁场能、然后在线圈II中又把铁芯里的磁场能转化成了电能.此处的转化并不像导线导电一样直接，而是一个间接的转移，磁场仅起到了能量传输的作用. 2.电磁感应现象的应用 生产中广泛使用的变压器、发电机等是根据电磁感应制造的、生活中很多电器的工作原理都应用到电础感应现象、如动圈式话筒、电视机、手机、录音机、电磁炉等.下面对动圈式话筒的工作原理进行简单分析. 话筒是把声音信号转变为电信号的装置，动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的、当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的音圈也随着一起振动，音圈在永久磁体的磁场里振动，其中就会产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音. 【典例1】如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连接到电流计上，把线圈A装在线圈B的里面，下列说法正确的是（　　） A．开关闭合瞬间，电流计的指针不会偏转 B．开关断开瞬间，电流计的指针不会偏转 C．开关闭合稳定后，滑动变阻器的滑片P向右匀速滑动，电流计指针不会偏转 D．开关闭合稳定后，把小线圈A从线圈B中拔出，电流计的指针会偏转 【答案】D 【详解】AB．开关闭合和断开的瞬间，通过线圈B的磁通量均发生变化，电流计的指针会偏转，AB错误； C．开关闭合稳定后，滑动变阻器的滑片P向右匀速滑动，则线圈A的电流发生变化，电流磁场发生变化，产生电磁感应现象，电流计的指针会偏转，C错误； D．开关闭合稳定后，把小线圈A从线圈B中拔出，通过线圈B的磁通量减小，产生感应电流，电流计的指针会偏转，D正确。 故选D。 【典例2】下列情况能产生感应电流的是（　　） A．如图（a）所示，导体AB顺着磁感线运动 B．如图（b）所示，条形磁铁插入线圈中不动时 C．如图（c）所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时 D．如图（c）所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器阻值时 【答案】D 【详解】A．导体顺着磁感线运动，通过闭合电路的磁通量不变，不会产生感应电流，故A错误。 B．条形磁铁插入线圈中不动时，线圈中没有磁通量的变化，从而不会产生感应电流，故B错误。 C．小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时，通过闭合回路的磁通量不变，不会产生感应电流，故C错误。 D．小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电路中电流发生改变，A产生的磁场发生变化，B中的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确。 故选D。 【典例3】（多选）如图所示是一种经颅磁刺激的医疗技术，在人体头部上方放置的金属线圈内通以脉冲电流，电流流经线圈产生高强度脉冲磁场，磁场穿过头颅对脑部特定区域产生感应电流，下列说法正确的是（　　） A．脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电磁感应现象 B．变化的磁场会使得脑部特定区域产生感应电场 C．若将脉冲电流改为恒定电流，也会持续对脑部产生感应电流 D．若脉冲电流最大强度不变，但脉冲电流时间缩短，则在脑部产生的感应电流会增强 【答案】BD 【详解】A．脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电生磁，是电流的磁效应，故A错误； B．脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电流是磁生电，是电磁感应现象，即变化的磁场会使得脑部特定区域产生感应电场，故B正确； C．将脉冲电流改为恒定电流，不会产生变化的磁场，不会产生感应电流，不可持续对脑神经产生电刺激作用，故C错误； D．若脉冲电流最大强度不变，但缩短脉冲电流时间，则产生的磁场变化的更快，在脑部产生的感应电场及感应电流会增强，故D正确。 故选BD。 重难点1：对磁通量及磁通量的变化量的理解 1.非匀强磁场中磁通量的分析 条形磁铁、通电线圈周围的磁场都是非匀强磁场，通常只对穿过其中线圈的磁通量进行定性分析，分析时应兼顾磁场强弱、线圈面积和磁场与线圈的夹角等因素，利用磁感线分布来判断，即磁通量的大小对应穿过线圈的磁感线的条数，穿过线圈的磁感线的条数变化，则说明磁通量变化. 2.磁通量的变化 (1)S(S为线圈平面在垂直于磁感线方向上的投影面积)不变，磁感应强度发生变化，即△Φ=△B·S,如图甲. (2)磁感应强度不变，S发生变化，△Φ=△S·B,其中S发生变化的情况又分为两种形式：①处在磁场中的闭合回路面积发生变化，引起磁通量发生变化，如图乙；②闭合回路面积不变，但与磁场的夹角发生变化，从而引起垂直于磁感线方向上的投影面积发生变化，如图丙. (3)磁感应强度和面积均发生变化.这种情况较少见，此时应采用公式△Φ=Φ2-Φ1进行分析. (4)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量的大小不受线圈匝数的影响.同理，磁通量的变化量也不受线圈匝数的影响.所以用公式求Φ、△Φ时，不必考虑线圈的匝数. 3.净磁通量 磁通量是标量，但有正负之分，正负仅表示穿入或穿出某平面，而且由人为规定.穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用Φ=B·S求磁通量.若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向穿过它的磁通量为Φ1,反向穿过它的磁通量为Φ2,则穿过该平面的磁通量等于磁通量的代数和，即Φ1-Φ2. 如一线圈垂直匀强磁场方向放置，穿过线圈的磁通量为BS,当线圈绕垂直磁场方向的轴翻转180°后，磁通量的变化量为2BS;如线圈不动，磁场方向变为反向，磁通量变化量也是2BS。 【典例4】如图所示，矩形线框abcd位于纸面内，面积为S，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线恰好位于垂直纸面向外的匀强磁场的右边界上，已知匀强磁场的磁感应强度为B。若线框从图示位置以为轴按如图所示的方向匀速转动，下列说法正确的是（    ） A．在线框转动过程中始终有感应电流产生 B．图示位置时穿过线框的磁通量为 C．使线框从图示位置转动60°时穿过线框的磁通量为 D．使线框从图示位置转动180°，则线框的磁通量变化大小为 【答案】A 【详解】A．线框转动时，磁通量一直在变，所以一直有感应电流，A正确； B．穿过线框的磁通量 与线框的匝数无关，B错误； C．线框从图示位置转动60°时，穿过线框的磁通量为，C错误； D．当线框转动180°的过程中，磁通量的变化量 D错误。 故选A。 【典例5】如图所示，虚线MN左侧存在垂直于纸面的匀强磁场，闭合线框位于纸面内，在其由位置Ⅰ沿直线运动到位置Ⅱ的过程中，穿过线框的磁通量的变化和有无感应电流正确的是（    ） A．磁通量一直变小 B．磁通量一直不变 C．有感应电流 D．没有感应电流 【答案】C 【详解】AB．根据磁通量表达式可知，由位置I沿直线运动到位置II的过程中，有效面积增大，磁通量一直变大，故AB错误； CD．由于磁通量发生变化，且线框闭合，则线框中产生感应电流，故C正确，D错误。 故选C。 【典例6】如图所示，矩形线框的边长为，边竖直，边水平，磁感应强度大小为，时刻线框平面与磁场垂直，且规定该时刻穿过线框的磁通量为正，分别为边、边的中点，现让线框绕轴转动。则下列说法正确的是（　　） A．线框转过时，磁通量的变化量为 B．线框转过时，磁通量的变化量为 C．线框转过时，磁通量的变化量为 D．线框转过时，磁通量的变化量为 【答案】C 【详解】根据题意可知，时穿过线框的磁通量为 A．线框转过时，磁通量为 则该过程磁通量的变化量为 故A错误； B．线框转过时，磁通量为 则该过程磁通量的变化量为 故B错误； C．线框转过时，磁通量为 则该过程磁通量的变化量为 故C正确； D．线框转过时，磁通量为 则该过程磁通量的变化量为 故D错误。 故选C。 【典例7】如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r，圆形匀强磁场垂直它们所在的面，磁感应强度为B，其边缘恰好与a线圈重合，则穿过a的磁通量为 ，当磁场方向变为垂直纸面向里，穿过b线圈磁通量的变化量的大小为 。    【答案】 【详解】[1]由于磁场边缘恰好与a线圈重合，则穿过a的磁通量为 [2]由于回路处于磁场中的有效面积均为线圈a的面积，可知，开始穿过b线圈的磁通量也为 当磁场方向变为垂直纸面向里，穿过b线圈磁通量为 可知，穿过b线圈磁通量的变化量为 解得 即穿过b线圈磁通量的变化量的大小为。 重难点2：对导体切割磁感线的理解 在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意： (1)导体是否将磁感线“割断”,如果没有“割断”就不能说切割.如图所示，甲、乙两图中，导体棒沿速度方向运动时“切割”磁感线，而图丙中，导体棒的速度方向与磁场方向相同，导体棒运动时没有“切割”磁感线，图丁中，导体棒垂直纸面向里运动，也没有“切割”磁感线. (2)即使是闭合电路的部分导体“切割”了磁感线，也不一定就能产生感应电流.如图所示，对于图甲，尽管线框的左右两段的导体“切割”了磁感线(匀强磁场),但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；对于图乙，线框的左段导体“切割”磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；对于图丙，闭合线框在非匀强磁场中运动，“切割”了磁感线，同时穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流.如图丁所示，线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但在线框中同样没有感应电流. 由以上讨论可知，导体切割磁感线不是导体中产生感应电流的充分条件，归根结底还是要看穿过闭合回路的磁通量是否发生变化。 【典例8】虚线框内有垂直于纸面的匀强磁场。闭合线圈由位置1经过位置2、3，穿过虚线框运动到位置4。下列过程线圈中能产生感应电流的是（     ） A．仅由位置1到位置2 B．仅由位置2到位置3 C．仅由位置3到位置4 D．由位置1到位置2及由位置3到位置4 【答案】D 【详解】闭合线圈中要产生感应电流，则穿过闭合线圈得磁通量要发生改变，分析可知，当线圈由位置1到位置2的过程中，穿过线圈的磁通量增加，从位置2到位置3的过程中，穿过线圈的磁通量不变，从位置3到位置4的过程中，穿过线圈的磁通量减小，因此线圈中能产生感应电流的过程是由位置1到位置2及由位置3到位置4。 故选D。 【典例9】如图所示，边界MN右侧存在匀强磁场，现使边长为L的正方形闭合金属线框由边界左侧以速度v匀速运动到图中虚线位置。此过程线框中产生感应电流的时间为（　　）    A． B． C． D． 【答案】A 【详解】线框在整个运动过程中，只在右侧边框恰好进入磁场到线框恰好完全进入磁场的过程中产生感应电流，此过程线框的位移为L，故根据匀速直线运动规律可得，产生感应电流的时间为 故选A。 【典例10】如图所示，虚线Ⅰ和Ⅱ之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，闭合线圈自高处落下，依次经过a、b、c三个位置．下列说法正确的是（　　）    A．线画在位置a不会产生感应电流 B．线圈在位置b一定做加速运动 C．线圈只有位置b和位置c会产生感应电流 D．线圈a、b、c三个位置都有感应电流产生 【答案】B 【详解】A．闭合线圈自高处落下，经过a位置时，线圈中的磁通量在增大，因此该位置线圈中由感应电流，故A错误； B．线圈在位置b时，线圈中的磁通量达到最大值，为发生改变，因此线圈中没有感应电流产生，线圈在下降过程中只收到重力作用，线圈在做匀加速运动，故B正确； CD．线圈只有在进出磁场时磁通量发生变化才会产生感应电流，可知在a、b、c三个位置中，位置a和位置c会产生感应电流，故CD错误； 故选B。 【典例11】如图，空间中存在垂直于纸面的有界匀强磁场，圆形闭合金属线圈处于位置1、2、3、4时，均与磁场边界相切。线圈在下列运动过程中，不产生感应电流的是（　　） A．从位置1平移到位置2 B．从位置2平移到位置3 C．从位置3平移到位置4 D．在位置2以圆形线圈的任一直径为轴转动 【答案】B 【详解】感应电流的产生需要有两个条件：有闭合回路和磁通量的变化。 圆形闭合金属线圈在运动过程中根据，从位置1平移到位置2，有效面积增加，则向里的磁通量增加，能产生感应电流；从位置2平移到位置3，和均不变，故无法产生感应电流；从位置3平移到位置4，有效面积减小，则向里的磁通量减小，能产生感应电流；在位置2以圆形线圈的任一直径为轴转动时，有效面积为圆形面积在垂直磁场方向的投影，故有效面积会变化，从而引起磁通量改变，能产生感应电流。 故选B。 【典例12】（多选）如图所示，虚线框内存在垂直于纸面的匀强磁场，闭合金属线圈由位置1沿图中所示路径平移至位置5。有感应电流产生的过程是（　　） A．1→2 B．2→3 C．3→4 D．4→5 【答案】AD 【详解】AD．由感应电流产生的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流，可知1→2闭合金属线圈中的磁通量增大，则有感应电流产生；4→5闭合金属线圈中的磁通量减小，则有感应电流产生，AD正确； BC．2→3和3→4闭合金属线圈中的磁通量不变，则没有感应电流产生，BC错误。 故选AD。 一、单选题 1．如图甲、乙、丙、丁所示，下列情况中能产生感应电流的是（　　） A． 如图甲所示，导体棒AB平行于磁感线运动 B．如图乙所示，条形磁铁一部分放在线圈中不动 C． 如图丙所示，小螺线管A置于大螺线管B中不动，开关S一直接通 D．如图丁所示，把闭合线圈从磁场中水平抽出 【答案】D 【详解】A．如图甲所示，导体棒AB平行于磁感线运动，不切割磁感线，不会产生感应电流，选项A错误； B．如图乙所示，条形磁铁一部分放在线圈中不动，穿过线圈的磁通量不变，不会产生感应电流，选项B错误； C．如图丙所示，小螺线管A置于大螺线管B中不动，开关S一直接通，穿过线圈的磁通量不变，不会产生感应电流，选项C错误； D．如图丁所示，把闭合线圈从磁场中水平抽出，穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，选项D正确。 故选D。 2．如图所示，闭合矩形金属线圈位于固定通电长直导线附近，线圈与导线始终在同一平面内，线圈的两个边与导线平行。则下列说法正确的是（　　） A．通电长直导线周围的磁场为匀强磁场 B．线圈向右匀速平移时，线圈中没有感应电流 C．当长直导线中电流I均匀增大时，线圈中没有感应电流 D．当长直导线中电流I均匀减小时，线圈中有感应电流 【答案】D 【详解】A．通电长直导线周围的磁场不是匀强磁场，距离导线越近，则磁场越强，越远处磁场越弱，选项A错误； B．线圈向右匀速平移时，线圈中磁通量减小，则会产生感应电流，选项B错误； C．当长直导线中电流I均匀增大时，线圈中磁通量增加，会有感应电流，选项C错误； D．当长直导线中电流I均匀减小时，线圈中磁通量减小，线圈中有感应电流，选项D正确。 故选D。 3．下列说法正确的是（　　） A．如图甲，导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面外转动 B．如图乙，如果长为l、通过电流为I的短直导线在该磁场中所受磁场力的大小为F，则可测出该处磁感应强度必为 C．如图丙，绕虚线轴转动的线圈平面S转到图示位置时，穿过线圈平面的磁通量为零 D．如图丁，闭合线圈在匀强磁场中两个图示位置间来回水平运动，线圈中有交变电流产生 【答案】C 【详解】A．图甲中，由安培定则可知，导线下方的磁场垂直纸面向里，则其正下方小磁针的N极向纸面里转动，故A错误； B．图乙中，由于通电导线不一定是垂直于磁场方向放置的，所以公式不一定成立，即该处磁感应强度不一定等于，故B错误； C．图丙中，线圈平面与磁场平行，穿过线圈平面的磁通量为零，故C正确； D．图丁中，闭合线圈在匀强磁场中两个图示位置间来回水平运动，穿过线圈平面的磁通量不变，线圈中没有交变电流产生，故D错误。 故选C。 4．如图所示为家庭电路中的漏电保护器原理简图，变压器原线圈由火线和零线并绕而成，副线圈接有控制器，当副线圈端有电压时，控制器会控制脱扣开关断开，从而起保护作用。下列说法正确的是（  ） A．开关闭合瞬间，铁芯中磁通量变大 B．用户正常用电时，铁芯中磁通量为0 C．用电器总功率过大，a、b间有电压 D．灯泡发生短路时，a、b间有电压 【答案】B 【详解】铁芯中的磁通量，是由火线和零线中的电流产生的，当无漏电时即使是开关闭合瞬间或者用电器总功率过大或者灯泡发生短路时，火线和零线中的电流总是等大反向，铁芯中的磁通量始终为零，a、b间无电压。 故选B。 5．如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合（彼此绝缘），下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是（　　） A．导线与线圈共面，O为线圈圆心 B．导线与线圈共面 C．O为线圈圆心，导线垂直于线圈平面 D．导线与线圈不共面，但与其对角线平行且位于对角线正上方 【答案】B 【详解】A．根据安培定则以及对称性可知穿过线圈的磁通量始终为零，所以切断直导线中的电流时，闭合回路中不会有感应电流产生，故A不符合题意； B．根据安培定则可知穿过线圈的磁通量垂直纸面向里，切断直导线中的电流时，线圈中磁通量减小，会产生感应电流，故B符合题意； C．根据安培定则可知磁感线与线圈平面共面或平行，则穿过线圈的磁通量始终为零，所以切断直导线中的电流时，闭合回路中不会有感应电流产生，故C不符合题意； D．根据安培定则以及对称性可知穿过线圈的磁通量始终为零，所以切断直导线中的电流时，闭合回路中不会有感应电流产生，故D不符合题意； 故选B。 6．下列给出的四幅情景图中能产生感应电流的是（　　） A．图甲中线圈有一小缺口，条形磁铁匀速穿过线圈 B．图乙中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方 C．图丙中匀强磁场区域足够大， D．图丁虚线右侧为匀强磁场正方形金属线圈以竖直虚线为轴绕虚线转动 【答案】D 【详解】A．图甲中，由于圆环不闭合，即使磁通量增加，也不产生感应电流，故A错误； B．图乙中，根据安培定则可知，穿过圆环的磁通量完全抵消，磁通量为零，保持不变，所以不产生感应电流，故B错误； C．图丙中，由于，且运动方向相同，则闭合回路的面积不变，磁通量不变，不产生感应电流，故C错误； D．图丁中，正方形金属线圈以竖直虚线为轴绕虚线转动，穿过正方形金属线圈的磁通量变化，产生感应电流，故D正确。 故选D。 7．如图，当车辆驶入或驶出圆形区域时，车辆会改变区域内通电线圈中的磁场，通过传感器电路将磁场的变化转换为交通灯的控制信号，车辆驶入图中圆形区域时，车辆引起磁场变化的原因最类似于（　　） A．减小通电线圈的面积 B．加大通电线圈的压力 C．将铁芯放入通电线圈 D．增加通电线圈的匝数 【答案】C 【详解】车辆驶入图中圆形区域时，车辆上大部分是金属，车辆通过通电线圈中的磁场时，在车辆上产生电磁感应现象，即产生感应电流，感应电流的磁场引起通电线圈中的磁场变化，此过程最类似于铁芯放入通电线圈，铁芯的磁通量变化，在铁芯上会产生感应电流，从而改变通电线圈中的磁场。 故选C。 二、多选题 8．如图所示，在匀强磁场中，闭合等腰直角三角形线圈垂直磁场方向放置，下列情况中，线圈内一定能产生感应电流的是（　　） A．线圈在磁场中加速向上平移 B．磁场磁感应强度均匀减小 C．线圈以为轴匀速转动 D．磁场磁感应强度增大同时将线圈移出磁场的过程中 【答案】BC 【详解】A．线圈在磁场中加速向上平移时，穿过线圈的磁通量不变，不会产生感应电流，选项A错误； B．磁场磁感应强度均匀减小时，穿过线圈的磁通量减小，则线圈中会产生感应电流，选项B正确； C．线圈以为轴匀速转动，则穿过线圈的磁通量不断变化，则线圈中会产生感应电流，选项C正确； D．磁场磁感应强度增大同时将线圈移出磁场的过程中，穿过线圈的磁通量可能不变，线圈中不一定会产生感应电流，选项D错误。 故选BC。 三、实验题 9．在“探究影响感应电流方向的因素”实验中： (1)如图1用试触法查明检流计指针偏转方向与 方向的对应关系。观察线圈中导线的绕向如图2，结合指针的偏转方向确定感应电流的方向。 (2)如图3进行实验操作，下表为某同学记录的实验现象 序号 1 2 3 4 磁铁的磁场方向 向下 向下 向上 向上 磁铁的磁通量的变化 增大 减小 增大 减小 感应电流的磁场方向 向上 向下 向下 向上 ①实验1、3得出的结论：穿过闭合回路的磁通量 时，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向 ； ②由实验得出的结论是：感应电流的磁场方向总要阻碍 。 (3)如图4，若磁铁从Ⅰ位置移到Ⅱ位置过程，检流计指针向左偏转，那么磁铁从Ⅱ位置移到Ⅲ位置过程检流计指针 （选填“向右”“向左”或“不”）偏转，磁铁从Ⅲ位置移到Ⅳ位置过程检流计指针向 （选填“向右”“向左”或“不”）偏转。 【答案】(1)电流 (2) 增大 相反 引起感应电流的磁通量的变化 (3) 向右 向右 【详解】（1）先观察电流表指针偏转方向与电流方向的对应关系，查明线圈中导线的绕向，以便从指针的偏转方向确定感应电流的磁场方向。 （2）[1][2]由实验记录1、3可知，磁体插入线圈，穿过闭合回路的磁通量增大，感应电流的磁场与原磁场方向相反。 [3]由实验记录得出的结论是：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 （3）[1]若磁铁从Ⅰ位置移到Ⅱ位置过程，穿过线圈的磁感线向下且磁通量增加，检流计指针向左偏转；磁铁从Ⅱ位置移到Ⅲ位置过程穿过线圈的磁感线向下且磁通量减少，故检流计指针向右偏转； [2]磁铁从Ⅲ位置移到Ⅳ位置过程，穿过线圈的磁感线向上且磁通量逐渐增多，故故检流计指针向右偏转。 10．如图，是“探究影响感应电流方向的因素”实验装置： (1)关于该实验，下列说法正确的是（    ） A．开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑到最右端 B．开关闭合后，线圈A从线圈B中拔出和插入的过程电流计指针偏转方向相反 C．开关闭合后，将滑动变阻器的滑片匀速滑动使接入电路的阻值逐渐减小，电流计指针不发生偏转 D．电流计指针偏转方向和螺线管B的绕线方向无关 (2)连好电路后，若在闭合开关时发现电流计的指针向左偏了一下，则 ①合上开关后，将A线圈插入B线圈过程中，电流计指针将 偏转； ②A线圈插入B线圈后，若将滑动变阻器的滑片向左滑动，电流计的指针将 偏转。（结果均填“向左”、“向右”或“不”） 【答案】(1)B (2) 向左 向右 【详解】（1）A．开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑到最左端，使电阻最大，选项A错误； B．开关闭合后，线圈A从线圈B中拔出和插入的过程穿过线圈B的磁通量变化情况相反，则感应电流的方向相反，电流计指针偏转方向相反，选项B正确； C．开关闭合后，将滑动变阻器的滑片匀速滑动使接入电路的阻值逐渐减小，此时回路电流变大，穿过线圈B的磁通量变大，则有感应电流产生，即电流计指针发生偏转，选项C错误； D．电流计指针偏转方向和螺线管B的绕线方向有关，选项D错误。 故选B。 （2）连好电路后，若在闭合开关时发现电流计的指针向左偏了一下，即电流增加时，穿过线圈B的磁通量增加时，电流计指针左偏，则 ①[1]合上开关后，将A线圈插入B线圈过程中，穿过线圈B的磁通量增加，电流计指针将向左偏转； ②[2]A线圈插入B线圈后，若将滑动变阻器的滑片向左滑动，则电阻变大，电流减小，即穿过线圈B的磁通量减小，则电流计的指针将向右偏转。 学科网（北京）股份有限公司 $$