重难点13 电磁感应的应用-2025年高考物理【热点·重点·难点】专练（上海专用）

重难点13 电磁感应的应用 年度 是否出题 选择型 填空题 计算题 实验题 2024年 √ √ √ 2025年（预） ☆☆☆☆☆ √ √ √ （2025年预测的可能性仅供参考，每颗☆代表出题的可能性为20%，以此类推） 【思维导图】 【高分技巧】 一、自感和涡流 1．自感现象：由于通过线圈自身的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势，阻碍电流变化的现象。 当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反； 当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。 2．影响自感电动势的因素：电流变化率，线圈匝数、面积和长度，有无铁芯。 3． 通电自感和断电自感的比较 通电自感 断电自感 电路图 条件 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯) 现象 在S闭合瞬间，A2立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开时，A灯渐渐熄灭 原因 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 S断开后，通过L的电流反向通过灯A，A灯不会立即熄灭。 若RL＜RA，IL＞IA，则A灯熄前要闪亮一下； 若RL≥RA，IL≤IA，则A灯逐渐熄灭，不再闪亮一下。 能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 4． 涡流 (1) 当导体中的电流随时间变化时，导体内部产生旋涡状电流，简称涡流。 (2) 利用：①真空冶炼炉 ②电磁阻尼 ③电磁驱动 (3) 防止： ①变压器的铁芯用平行于磁场的绝缘硅钢薄片 ②电流反向的平行绕线 二、交变电流 1．正弦交流电的产生过程 下图是交流发电机的示意图，主要由永磁体、线圈、金属环、电刷组成。 2．正弦交流电的图象 (1) 基本规律 规律 物理量 函数 图象 电动势 e＝Emsin ωt 电压 u＝Umsin ωt ＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt ＝sin ωt (2) 两个特殊位置点 ①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变． ②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变． 3．正弦交流电的描述 (1) 周期和频率：T＝， f＝. (2) 正弦交流电的瞬时值、峰值、有效值： 物理量 物理含义 相互关系 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 峰值 最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝ 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E＝ U＝ I＝ ※在电路计算中可按最大值或有效值代入欧姆定律计算，得到相应的最大值或有效值。 三、 变压器 1．变压器原理：原副线圈之间的互感现象。示意图如下，： 2．理想变压器 (2) 电流关系： (3) 功率关系：由于能量守恒，P入=P出，即： (4) 变压器的电压和电流关系既是有效值也是最大值之间的关系。 (5) 变压器不改变交变电流的频率，即原副线圈中交变电流的频率不变。 3． 理想变压器各物理量变化的决定因素 当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，可依据下列原则： (1)输入电压决定输出电压 (2)输出电流决定输入电流 4． 变压器的两类动态电路分析 (1) 原、副线圈匝数比不变，分析原副线圈的电压、电流、电功率随负载电阻而变化的情况， 进行动态分析的顺序是： (2) 负载不变，上述物理量随原线圈、副线圈匝数比的变化而变化的情况： 一般情况下，认为原线圈输入电压U1和匝数n1不变， 当副线圈匝数n2增大时，副线圈两端电压U2增大，流过副线圈的电流I2增大， 变压器输出功率P2增大，则理想变压器的输入功率P1增大，流过原线圈的电流I1增大。 5．变压器原理的应用：远距离高压输电 输电示意图和原理图如下： (1) 功率关系：P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3 (2) 电压关系：U3=U2-U线 (3) 由于P线= I22r线 降低损耗的方法 ①减小输电线电阻r ②减小输电电流I，所以常常采用高压输电。 四、LC振荡电路 由线圈和电容器组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。 ① →放电→ ② →充电→ ③ →放电→ ④ →充电→ ⑤ 甲 电磁振荡过程 乙 电流的周期性变化（以图甲中顺时针方向电流为正） ① ② ③ ④ ⑤ 丙 电容器极板上电荷量的周期性变化（为图甲中上面极板的电荷量） 时刻t 0 T 电荷量q 最多 0 最多 0 最多 电压u 最大 0 最大 0 最大 电场能E电 最大 0 最大 0 最大 电场强度E 最大 0 最大 0 最大 电流i 0 最大 0 最大 0 磁场能E磁 0 最大 0 最大 0 磁感应强度B 0 最大 0 最大 0 五、霍尔元件 霍尔元件的工作原理如下，MN间距为d，沿电流方向横截面积为S： 由于洛伦兹力的作用，在N侧积累正电荷，在M侧积累负电荷，MN间会出现电势差U。 （建议练习时间：60分钟） 一、单选题 1．（22-23高二·上海·随堂练习）如图所示，、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，是带铁芯的线圈，其电阻忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．闭合瞬间，先亮 B．闭合瞬间，、B同时亮 C．断开瞬间，闪亮一下，然后逐渐熄灭 D．断开瞬间，B逐渐熄灭 【答案】C 【详解】AB．刚通电时，自感线圈相当于断路，二极管中为反向电流，则电流既不通过A灯，也不通过B灯。电路稳定时，依题意，自感线圈相当于导线，则电流流过B灯，B灯发光，则S闭合瞬间，A、B两灯均不亮，然后A灯仍不亮，B灯逐渐变亮，故AB错误； CD．开关断开瞬间，自感线圈相当于电源，自感线圈与二极管、A灯形成回路，二极管中为正向电流，则A灯闪亮一下，然后逐渐熄灭，开关断开后，B灯不处在回路中，B灯立即熄灭，故C正确，D错误。 故选C。 2．为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】该装置的原理是利用电磁阻尼。薄板出现扰动时，穿过薄板表面的磁通量如果发生变化，就会产生感应电流，薄板就会受到安培力作用，安培力总是阻碍导体相对磁场的运动，从而使薄板尽快停下来。 A．薄板上、下、左、右运动时，磁通量都会发生变化，所以都会产生感应电流，所以都会受到安培力作用而很快停下来，故A正确； B．薄板只有向左运动时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上、向下和向右运动时，则不会产生感应电流，故B错误； C．板只有向左运动较大距离时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上向下和向右运动时，则不会产生感应电流，故C错误； D．薄板只有向左、向右运动时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上、向下运动时，则不会产生感应电流，故D错误。 故选A。 3．（23-24高二下·上海嘉定·期末）如图所示的实验电路中，L是自感线圈，R为定值电阻，电源内阻不可忽略。t=0时闭合开关S，一段时间后断开开关，则电流传感器所记录的电流i随时间t变化的图像可能为（　　）    A．  B．  C．   D．   【答案】D 【详解】闭合S瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流增加，则线圈相当于断路，此时通过电流传感器的电流最大；随线圈阻碍作用的减小，通过线圈的电流逐渐变大，通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；断开开关S瞬间，由于自感现象，电感线圈阻碍电流减小，通过线圈L的电流此时从左向右流过电流传感器，与原来方向相反，且逐渐减小。 故选D。 4．（23-24高二下·上海·期末）图甲是使用220V正弦交变电源的手机无线充电装置，其工作原现如乙所示。其中S为探测开关，如果手机支持无线快充，则S与1接通，此时送电线和受电线圈的数比N1:N2=3:1,手机两端的电压为9V，充电功率为27W；送电线所接的电阻为R=40Ω，若把装置线圈视为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．快速充电时，ab间输入功率为220W B．快速充电时，受电线圈两端电压约为73.3V C．快速充电时，ab端与手机两端端电压比为3:1 D．快速充电时，送电线圈和受电线圈电流比为3:1 【答案】A 【详解】C．ab端与手机两端电压比为 故C错误； D．快速充电时，送电线圈和受电线圈电流比为 故D错误； B．S与1接通，此时次级电流为 则初级电流为 此时初级电压为 次级电压为 故B错误； A．ab间输入功率为 故A正确。 故选A。 5．甲图表示LC振荡电路，乙图图像为其电流随时间变化的图像。在时刻，回路中电容器的M板带正电。在某段时间里，回路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中（    ） A．Oa段 B．ab段 C．bc段 D．cd段 【答案】D 【详解】在时，电容器开始放电，且M极板带正电，结合图像可知，电流以逆时针方向为正方向。某段时间里，回路的磁场能在减小，是磁场能向电场能的转化过程，磁场能减小，电场能增大，说明回路中的电流在减小，电容器在充电，充电完毕时电流减小为0，而此时M板带正电，则电流方向为顺时针方向。因此这段时间内电流为负且正在减小，符合条件的只有图像中的cd段； 故选D。 二、多选题 6．（22-23高二·上海·随堂练习）水力发电站和火力发电站都采用旋转磁极式发电机，但是发电机的结构一般不同。水力发电站常采用图甲所示原理的发电机，A、B、C、D均为线圈；火力发电站常采用图乙所示原理的发电机，A、B、C、D均为沿轴方向的导线。当图中固定有磁铁的转子顺时针匀速旋转到图示位置时，某同学在两图中标示了电流方向，下列说法正确的是（　　） A．图甲中A、C线圈电流标示方向正确 B．图甲中B、D线圈电流标示方向正确 C．图乙中A、B导线电流标示方向正确 D．图乙中C、D导线电流标示方向正确 【答案】AC 【详解】AB．题图甲中，A、B、C、D线圈中磁场均减弱，根据磁场减弱方向，结合楞次定律和安培定则，可知A、C线圈电流标示方向正确，B、D线圈电流标示方向错误，故A正确，B错误； CD．题图乙中，磁铁运动，导线切割磁感线产生电流，由右手定则可知，A、B导线电流标示方向正确，C、D导线电流标示方向错误，故C正确，D错误。 故选AC。 7．图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈绕转轴匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像，下列说法中正确的是（　　） A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻 B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻 C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大 D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大 【答案】AD 【详解】AB．金属线圈恰好处于图甲所示的位置，该位置为中性面，磁通量最大感应电动势为0，此时瞬时电流为0，对应图乙中时刻或时刻，故A正确，B错误； C．、时刻电流为0，感应电动势为0，此时线圈平面处于中性面，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率最小，故C项错误； D．、时刻电流最大，感应电动势最大，此时线圈平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为0，即穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大，故D项正确。 故选AD。 8．（22-23高二·上海·随堂练习）如图甲所示，在匀强磁场中，一巨型金属线圈两次不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图像分别如图乙中曲线a、b所示，则（　　） A．两次时刻穿过线圈的磁通量均为零 B．曲线a表示的交变电动势的最大值为30V C．曲线b表示的交变电动势有效值为15V D．曲线a、b对应的线圈转速之比为 【答案】BD 【详解】A．两次时刻线圈产生的感应电动势均为零，可知此时穿过线圈的磁通量均最大，故A错误； B．曲线a表示的交变电动势的最大值为30V，故B正确； D．转速n在单位为r/s时，本质上就指频率，即有 故两者的转速之比为 故D正确； C．线圈在磁场中，感应电动势的瞬时值为 则电动势的最大值 则有 曲线a表示的交变电动势最大值是30V，解得 则曲线b表示的交变电动势有效值为 故C错误。 故选BD。 三、实验题 9．（23-24高二下·上海嘉定·期末）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中： (1)除导线和可拆变压器外，下列器材中还需要用到的是（　　） A．干电池组 B．滑动变阻器 C．学生电源 D．直流电压表 E．多用电表 F．条形磁铁 (2)某同学多次改变原、副线圈的匝数，测量并记录多组输入、输出电压值，数据如下：为得出规律还需要根据所得数据计算 ，在误差允许范围内，表中数据基本符合 的规律。 原线圈匝数n1（匝） 副线圈匝数n2 （匝） 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 100 200 4.32 8.27 100 800 4.32 33.9 400 800 4.33 8.26 400 1600 4.33 16.52 (3)如图所示，可拆变压器铁芯由U形部分P和横档部分Q组合而成，为减少铁芯中的涡流损耗，横档部分Q中绝缘硅钢片的堆叠方式应为（　　） A． B． C． 【答案】(1)CE (2) 和 变压器原副线圈的电压之比等于匝数之比 (3)B 【详解】（1）在 探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，使用的是低压交流电源，所以不需要干电池，磁场是利用了电流的磁效应，所以也不需要条形磁铁，测量线圈两端的电压需要使用多用电表的交流电压挡，不需要直流电压表和直流电流表。本实验不需要滑动变阻器控制电流，故不需要滑动变阻器。 故选CE。 （2）[1] 为得出规律还需要根据所得数据计算、和。 第一组数据，线圈的匝数比 电压之比 第二组数据，线圈的匝数比 电压之比 第三组数据，线圈的匝数比 电压之比 第四组数据，线圈的匝数比 电压之比 [2] 在误差允许范围内，表中数据基本符合变压器原副线圈的电压之比等于匝数之比的规律。 （3）根据题意可知，由于变压器工作时会在铁芯Q中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯Q中不产生较大的涡流，应通过相互绝缘的硅钢片使平行于efgh的各平面和平行于abfe的各平面都不能形成闭合回路，所以作为横挡的铁芯Q的硅钢片应按照平行于adhe平面的形式设计。 故选B。 四、综合题 （24-25高三上·上海·期中）电磁感应现象与应用 1831年法拉第发现了电磁感应现象，麦克斯韦建立了电磁场理论。 10．如图利用了电磁感应定律，该定律由 （选填：A．法拉第  B．奥斯特）提出；当圆盘向同一方向时快时慢地转动时，通过电阻器的电流方向会不会改变 （选填：A．不会  B．会）。 11．如图所示，一理想变压器原线圈的匝数匝，副线圈的匝数匝，交流电源的电压，R为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是（    ） A．交流电的频率为100Hz B．变压器的输入功率大于输出功率 C．电流表A1的示数大于电流表A2的示数 D．电压表的示数为44V 12．某储能装置是一个电容为击穿电压为5000V的电容器。现用直流为5000V高压对电容器进行充电，电容器充电后储存的电量为 C；若改用有效值为5100V的交流电给其充电，会不会损坏电容器 （选填：A．不会   B．会）。 13．如图发电机模型，一边长为L的单匝正方形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度绕轴匀速转动。通过理想变压器与负载电阻为R相连，不计其它电阻，变压器左右线圈匝数之比为，则： （1）当线圈平面与磁场 （选涂：A．垂直   B．平行）时，磁通量最大，线圈中的电动势为0；转动过程中，电动势最大值为 ； （2）当线圈平面与磁场垂直时，开始计时，线圈中的电动势e随时间变化的关系式为 ； （3）（计算）线圈转动过程中电阻R的功率。 【答案】10．法拉第 不会 11．D 12． 0.3 会 13．垂直 ， 【解析】10．[1][2]如图利用了电磁感应定律，该定律由法拉第提出；当圆盘向同一方向时快时慢地转动时，根据右手定则可知通过电阻器的电流方向不会改变。 11．A．交流电的周期 频率 故A错误； B．理想变压器的输出功率等于输入功率，故B错误； C．原副线圈的电流比等于匝数之反比，因为n1＞n2，所以I1＜I2，即电流表A1示数小于电流表A2示数，故C错误； D．原线圈的电压 因为 则 U2=44V 故D正确。 故选D。 12．[1]电容器充电后储存的电量为 [2]若改用有效值为5100V的交流电给其充电，超过电容器的击穿电压，故会损坏电容器。 13．（1）[1][2]当线圈平面与磁场垂直时，磁通量最大，线圈中的电动势为0；转动过程中，当线圈平面与磁场平行时，线圈中的电动势最大，电动势的最大值为 （2）[3]当线圈平面与磁场垂直时，开始计时，线圈中的电动势随时间变化的关系式为 （3）线圈转动过程中变压器原线圈电压有效值 副线圈电压有效值 电阻R的功率 五、解答题 （23-24高二下·上海·期中）交流发电机 有一种能产生交流电的发电机，工作原理源自法拉第电磁感应定律，其基本部分由产生感应电动势的线圈和产生磁场的磁极组成。一交流发电机的模型如图所示，n=100匝的矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度B=0.1T的水平匀强磁场中，线框面积S=0.4m2，线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω=50rad/s作逆时针匀速转动，将图示时刻记为t=0，此时线框平面与磁场方向平行。 14．t=0时穿过线框平面的磁通量为（　　） A．0 B．0.04Wb C．4Wb 15．t=0时穿过线框平面的磁通量变化率为（　　） A．0 B．200Wb/s C．2Wb/s 16．该发电机产生的感应电动势随时间t变化的表达式e= （V） 17．如果交流发电机右边与一调压变压器相连，线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，移动滑动触头P，就可调节输出电压，输出端接有一灯泡，灯泡正常发光。现将P沿顺时针方向移动，则灯泡的亮度将（　　） A．逐渐增强 B．逐渐减弱 C．保持不变 18．若发电机输出的交流电经理想变压器升压后向远处输送，最后经理想变压器降压后输送给用户。则下列说法正确的是（　　） A．若减少升压变压器原、副线圈的匝数比，输电线上损失的功率将减小 B．用户获得的交流电频率与发电机输出的交流电频率相同 C．若增加用户用电负载的数量，输电线上损失的功率将增加 D．根据欧姆定律输电电压增加，则输电电流增加 19．如图所示，理想变压器的原线圈接高电压，降压后通过一段电阻不可忽略的线路接用电器。S原来闭合，且R1=R2。现将S断开，那么交流电压表的示数U，交流电流表的示数I和用电器上的功率P1将分别是（　　） A．U增大，I增大，P1增大 B．U减小，I增大，P1减小 C．U减小，I减小，P1减小 D．U增大，I减小，P1增大 【答案】14．A 15．C 16． 17．B 18．ABC 19．D 【解析】14．t=0时穿过线框平面的磁通量为 故选A。 15．穿过线框平面的磁通量的表达式为 穿过线框平面的磁通量变化率表达式为 t=0时穿过线框平面的磁通量变化率为 故选C。 16．该发电机产生的感应电动势随时间t变化的表达式 17．现将P沿顺时针方向移动，变压器原线圈匝数不变，副线圈的匝数减少，根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系 副线圈两端的电压减小，灯泡的亮度将逐渐减弱。 故选B。 18．A.若减少升压变压器原、副线圈的匝数比，根据 输电电压增加，根据 可知输电电流减小，损失功率减小，故A正确； B．变压器不改变交流电的频率，则用户获得的交流电频率与发电机输出的交流电频率相同，故B正确； C．若增加用户用电负载的数量，总电阻减小，总电流增大，根据 输电线损失功率增大，故C正确； D．根据 可知输电电压增加，输电电流减小，故D错误。 故选ABC。 19．理想变压器不计原，副线圈的直流电阻，原、副线圈两端的电压保持不变，S断开后，次级回路的总电阻增大，故次级回路中电流减小，根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系，可知初级回路中电流减小，即交流电流表的示数I减小；输电线等效电阻上的电压减小，则用电器两端电压增大，交流电压表的示数U增大，根据 故用电器上的功率增大。 故选D。 （23-24高三下·上海·阶段练习）线圈 线圈在电磁领域功能多样。由金属导线绕制而成的线圈有电阻；通电线圈周围存在磁场；线圈中还能产生感应电动势，又被称为电感器。 20．如图，电阻箱中的线圈采用双线绕法制作，能避免回路中产生自感电动势，其原因是 。 21．若家庭电路的交流电压如图所示。某小区的降压变压器视为理想变压器，原、副线圈的匝数比为10∶1，则原线圈输入电压的有效值为 V，频率为 Hz。 22．实际变压器的损耗主要有 和 。 23．图（b）中的LC振荡电路可用于发射电磁波，电流i随时间t的变化关系如图（c）所示，取图（b）中所示电流方向为正。 （1）每秒内电流i的方向改变 次。 （2）某时刻电路中有正方向电流，且电容器上极板带正电，则该时刻所在的时间段是 。 A．        B． C．    D． 【答案】20．见解析 21． 2200 50 22．铜损 铁损 23． 1000 B 【解析】20．[1]由题意可知，由于两个线圈的绕向相同，但电流方向相反，由安培定则可知，电流产生的磁场方向相反；由于两导线电流相等，各自产生的磁感应强度大小相等，而磁场方向相反，相互抵消，所以螺线管内没有磁场，采用双线绕法可以使磁场相互抵消，避免回路中产生自感电动势。 21．[1]由图知，家庭电路的交流电压有效值为 U2=220V 由于原、副线圈的匝数比为10∶1，则原线圈输入电压的有效值为 U1=10U2=2200V [2]周期 T=0.02s 频率 22．[1][2]实际变压器的损耗主要有铜损和铁损。 23．（1）[1]一个周期s内电流方向改变两次，则1s内电流改变1000次。 （2）[2]根据题图电流正流向电容器正极，电容器正在充电，电流在减小，应为0.5×10-3s至1×10-3s的时间段。 故选B。 （2024·上海金山·二模）电子秤 如图为某电子秤的电路图，E为电源，R0为定值电阻。    24．它是利用弹簧长度的变化使连入电路的电阻变化，实现将力信号转换为 信号，将压力的大小与电流表示数一一对应，便可得到所称重物的重力。 25．当称重物时，滑片P向下端滑动，连入电路的电阻和电流表的示数将分别（　　） A．变大、变大 B．变大、变小 C．变小、变大 D．变小、变小 26．闭合开关，滑片P滑动过程中，若变阻器两端电压U与电流表示数I的关系图线如图所示，未称重时对应图中a点。由图可知，变阻器的最大阻值为 Ω，在滑片P滑动过程中变阻器消耗的最大功率为 W。    【答案】24．电 25．C 26． 24 0.75 【解析】24．它是利用弹簧长度的变化使滑动变阻器的滑片位置变化，使连入电路的电阻变化，实现将力信号转换为电信号。 25．当称重物时，滑片P向下端滑动，连入电路的电阻变小，回路中的总电阻变小，由闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总电流变大，即电流表的示数将变大。 故选C。 26．[1]由图可知，电源电动势，设电源内阻为r，则有 由闭合电路欧姆定律可得变阻器两端电压为 未称重时则有 由欧姆定律可得变阻器的最大阻值为 [2]由电路图可知，当滑动变阻器的电阻等于时，滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为 （23-24高二上·上海·期中）磁敏电阻与霍尔元件 根据霍尔效应用半导体材料制成的元件叫霍尔元件，在自动化生产等领域具有广泛应用。 27．数码相机的普及使传统胶片相机逐渐被淘汰。数码相机的主要部件是电荷耦合器（CCD），能将光学量转化为电学量。该部件可视为（    ） A．力传感器 B．温度传感器 C．光传感器 D．霍尔元件 28．如图甲，为某同学设计的磁报警装置示意图，是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的关系如图乙。、为两个电阻箱，报警器接在a、b两端，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。当处的磁场增强时，电流表示数 （选填“增大”或“减小”），增大 的阻值（选填“”或“”），更容易触发报警器报警。 29．如图，某型号霍尔元件的主要部分由一块边长为a、宽为b、厚度为c的半导体薄片构成，若匀强磁场的磁感应强度为B，电流强度为I，单位体积内电子数为n，电子电荷量为e。 （1）导体中的自由电子在 （选填“安培力”或“洛伦兹力”）的作用下发生漂移，在导体的上、下表面之间出现电势差，电势较高的是 表面（选填“上”或“下”）。 （2）霍尔电压可表示为 A．     B．     C．     D． 30．磁传感器是利用霍尔元件制成的。“在用单摆测重力加速度实验”中，为了测量周期T，某同学用一个磁性小球代替原先的摆球，在悬点正下方放置一个磁传感器。 （1）单摆的回复力由重力沿 分力提供，当摆球在 （选填“竖直平面”或“水平面”）内摆动且摆角不超过 °时，可视为简谐运动。 （2）如图，为单摆小角度摆动时，磁感应强度B随时间t变化规律，则该单摆的周期为( ) A．t     B．     C．     D． 【答案】27．C 28．减小 29．洛伦兹力 下 B 30．圆弧切线方向 竖直平面 5 D 【解析】27．电荷耦合器（CCD），能将光学量转化为电学量。该部件可视为光传感器。 故选C。 28．[1]当RB处的磁场增强时，由RB-B图像可知其阻值变大，则电路的总电阻增大，由可知总电流变小，由闭合电路欧姆定律得两端的电压，可知增大，则通过的电流增大，通过电流表的电流，可知电流表示数减小。 [2]增大R2的阻值，总电阻增大，总电流变小，内阻r和R1的电压变小，则a、b两端的电压变大，故更容易触发报警器报警；增大R1的阻值，总电阻增大，总电流变小，则a、b两端的电压变小，要触发报警器报警更难。 29．（1）[1][2]导体中的自由电子在洛伦兹力的作用下发生漂移，在导体的上、下表面之间出现电势差，根据左手定则，电子向上表面偏转，则上表面电势低于下表面的，电势较高的是下表面。 （2）[3]当电场力与洛伦兹力平衡时，有 又有电流的微观表达式 又，解得 故选B。 30．（1）[1][2][3]单摆的回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供，当摆球在竖直平面内摆动且摆角不超过5°时，可视为简谐运动。 （2）[4]磁性小球摆到最低点时，测得的磁感应强度最大，连续相邻两次经过最低点的时间间隔是半个周期，所以该单摆的周期为 故选D。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 重难点13 电磁感应的应用 年度 是否出题 选择型 填空题 计算题 实验题 2024年 √ √ √ 2025年（预） ☆☆☆☆☆ √ √ √ （2025年预测的可能性仅供参考，每颗☆代表出题的可能性为20%，以此类推） 【思维导图】 【高分技巧】 一、自感和涡流 1．自感现象：由于通过线圈自身的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势，阻碍电流变化的现象。 当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反； 当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。 2．影响自感电动势的因素：电流变化率，线圈匝数、面积和长度，有无铁芯。 3． 通电自感和断电自感的比较 通电自感 断电自感 电路图 条件 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯) 现象 在S闭合瞬间，A2立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开时，A灯渐渐熄灭 原因 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 S断开后，通过L的电流反向通过灯A，A灯不会立即熄灭。 若RL＜RA，IL＞IA，则A灯熄前要闪亮一下； 若RL≥RA，IL≤IA，则A灯逐渐熄灭，不再闪亮一下。 能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 4． 涡流 (1) 当导体中的电流随时间变化时，导体内部产生旋涡状电流，简称涡流。 (2) 利用：①真空冶炼炉 ②电磁阻尼 ③电磁驱动 (3) 防止： ①变压器的铁芯用平行于磁场的绝缘硅钢薄片 ②电流反向的平行绕线 二、交变电流 1．正弦交流电的产生过程 下图是交流发电机的示意图，主要由永磁体、线圈、金属环、电刷组成。 2．正弦交流电的图象 (1) 基本规律 规律 物理量 函数 图象 电动势 e＝Emsin ωt 电压 u＝Umsin ωt ＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt ＝sin ωt (2) 两个特殊位置点 ①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变． ②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变． 3．正弦交流电的描述 (1) 周期和频率：T＝， f＝. (2) 正弦交流电的瞬时值、峰值、有效值： 物理量 物理含义 相互关系 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 峰值 最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝ 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E＝ U＝ I＝ ※在电路计算中可按最大值或有效值代入欧姆定律计算，得到相应的最大值或有效值。 三、 变压器 1．变压器原理：原副线圈之间的互感现象。示意图如下，： 2．理想变压器 (2) 电流关系： (3) 功率关系：由于能量守恒，P入=P出，即： (4) 变压器的电压和电流关系既是有效值也是最大值之间的关系。 (5) 变压器不改变交变电流的频率，即原副线圈中交变电流的频率不变。 3． 理想变压器各物理量变化的决定因素 当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，可依据下列原则： (1)输入电压决定输出电压 (2)输出电流决定输入电流 4． 变压器的两类动态电路分析 (1) 原、副线圈匝数比不变，分析原副线圈的电压、电流、电功率随负载电阻而变化的情况， 进行动态分析的顺序是： (2) 负载不变，上述物理量随原线圈、副线圈匝数比的变化而变化的情况： 一般情况下，认为原线圈输入电压U1和匝数n1不变， 当副线圈匝数n2增大时，副线圈两端电压U2增大，流过副线圈的电流I2增大， 变压器输出功率P2增大，则理想变压器的输入功率P1增大，流过原线圈的电流I1增大。 5．变压器原理的应用：远距离高压输电 输电示意图和原理图如下： (1) 功率关系：P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3 (2) 电压关系：U3=U2-U线 (3) 由于P线= I22r线 降低损耗的方法 ①减小输电线电阻r ②减小输电电流I，所以常常采用高压输电。 四、LC振荡电路 由线圈和电容器组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。 ① →放电→ ② →充电→ ③ →放电→ ④ →充电→ ⑤ 甲 电磁振荡过程 乙 电流的周期性变化（以图甲中顺时针方向电流为正） ① ② ③ ④ ⑤ 丙 电容器极板上电荷量的周期性变化（为图甲中上面极板的电荷量） 时刻t 0 T 电荷量q 最多 0 最多 0 最多 电压u 最大 0 最大 0 最大 电场能E电 最大 0 最大 0 最大 电场强度E 最大 0 最大 0 最大 电流i 0 最大 0 最大 0 磁场能E磁 0 最大 0 最大 0 磁感应强度B 0 最大 0 最大 0 五、霍尔元件 霍尔元件的工作原理如下，MN间距为d，沿电流方向横截面积为S： 由于洛伦兹力的作用，在N侧积累正电荷，在M侧积累负电荷，MN间会出现电势差U。 （建议练习时间：60分钟） 一、单选题 1．（22-23高二·上海·随堂练习）如图所示，、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，是带铁芯的线圈，其电阻忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．闭合瞬间，先亮 B．闭合瞬间，、B同时亮 C．断开瞬间，闪亮一下，然后逐渐熄灭 D．断开瞬间，B逐渐熄灭 2．为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（　　） A． B． C． D． 3．（23-24高二下·上海嘉定·期末）如图所示的实验电路中，L是自感线圈，R为定值电阻，电源内阻不可忽略。t=0时闭合开关S，一段时间后断开开关，则电流传感器所记录的电流i随时间t变化的图像可能为（　　）    A．  B．  C．   D．   4．（23-24高二下·上海·期末）图甲是使用220V正弦交变电源的手机无线充电装置，其工作原现如乙所示。其中S为探测开关，如果手机支持无线快充，则S与1接通，此时送电线和受电线圈的数比N1:N2=3:1,手机两端的电压为9V，充电功率为27W；送电线所接的电阻为R=40Ω，若把装置线圈视为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．快速充电时，ab间输入功率为220W B．快速充电时，受电线圈两端电压约为73.3V C．快速充电时，ab端与手机两端端电压比为3:1 D．快速充电时，送电线圈和受电线圈电流比为3:1 5．甲图表示LC振荡电路，乙图图像为其电流随时间变化的图像。在时刻，回路中电容器的M板带正电。在某段时间里，回路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中（    ） A．Oa段 B．ab段 C．bc段 D．cd段 二、多选题 6．（22-23高二·上海·随堂练习）水力发电站和火力发电站都采用旋转磁极式发电机，但是发电机的结构一般不同。水力发电站常采用图甲所示原理的发电机，A、B、C、D均为线圈；火力发电站常采用图乙所示原理的发电机，A、B、C、D均为沿轴方向的导线。当图中固定有磁铁的转子顺时针匀速旋转到图示位置时，某同学在两图中标示了电流方向，下列说法正确的是（　　） A．图甲中A、C线圈电流标示方向正确 B．图甲中B、D线圈电流标示方向正确 C．图乙中A、B导线电流标示方向正确 D．图乙中C、D导线电流标示方向正确 7．图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈绕转轴匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像，下列说法中正确的是（　　） A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻 B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻 C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大 D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大 8．（22-23高二·上海·随堂练习）如图甲所示，在匀强磁场中，一巨型金属线圈两次不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图像分别如图乙中曲线a、b所示，则（　　） A．两次时刻穿过线圈的磁通量均为零 B．曲线a表示的交变电动势的最大值为30V C．曲线b表示的交变电动势有效值为15V D．曲线a、b对应的线圈转速之比为 三、实验题 9．（23-24高二下·上海嘉定·期末）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中： (1)除导线和可拆变压器外，下列器材中还需要用到的是（　　） A．干电池组 B．滑动变阻器 C．学生电源 D．直流电压表 E．多用电表 F．条形磁铁 (2)某同学多次改变原、副线圈的匝数，测量并记录多组输入、输出电压值，数据如下：为得出规律还需要根据所得数据计算 ，在误差允许范围内，表中数据基本符合 的规律。 原线圈匝数n1（匝） 副线圈匝数n2 （匝） 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 100 200 4.32 8.27 100 800 4.32 33.9 400 800 4.33 8.26 400 1600 4.33 16.52 (3)如图所示，可拆变压器铁芯由U形部分P和横档部分Q组合而成，为减少铁芯中的涡流损耗，横档部分Q中绝缘硅钢片的堆叠方式应为（　　） A． B． C． 四、综合题 （24-25高三上·上海·期中）电磁感应现象与应用 1831年法拉第发现了电磁感应现象，麦克斯韦建立了电磁场理论。 10．如图利用了电磁感应定律，该定律由 （选填：A．法拉第  B．奥斯特）提出；当圆盘向同一方向时快时慢地转动时，通过电阻器的电流方向会不会改变 （选填：A．不会  B．会）。 11．如图所示，一理想变压器原线圈的匝数匝，副线圈的匝数匝，交流电源的电压，R为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是（    ） A．交流电的频率为100Hz B．变压器的输入功率大于输出功率 C．电流表A1的示数大于电流表A2的示数 D．电压表的示数为44V 12．某储能装置是一个电容为击穿电压为5000V的电容器。现用直流为5000V高压对电容器进行充电，电容器充电后储存的电量为 C；若改用有效值为5100V的交流电给其充电，会不会损坏电容器 （选填：A．不会   B．会）。 13．如图发电机模型，一边长为L的单匝正方形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度绕轴匀速转动。通过理想变压器与负载电阻为R相连，不计其它电阻，变压器左右线圈匝数之比为，则： （1）当线圈平面与磁场 （选涂：A．垂直   B．平行）时，磁通量最大，线圈中的电动势为0；转动过程中，电动势最大值为 ； （2）当线圈平面与磁场垂直时，开始计时，线圈中的电动势e随时间变化的关系式为 ； （3）（计算）线圈转动过程中电阻R的功率。 五、解答题 （23-24高二下·上海·期中）交流发电机 有一种能产生交流电的发电机，工作原理源自法拉第电磁感应定律，其基本部分由产生感应电动势的线圈和产生磁场的磁极组成。一交流发电机的模型如图所示，n=100匝的矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度B=0.1T的水平匀强磁场中，线框面积S=0.4m2，线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω=50rad/s作逆时针匀速转动，将图示时刻记为t=0，此时线框平面与磁场方向平行。 14．t=0时穿过线框平面的磁通量为（　　） A．0 B．0.04Wb C．4Wb 15．t=0时穿过线框平面的磁通量变化率为（　　） A．0 B．200Wb/s C．2Wb/s 16．该发电机产生的感应电动势随时间t变化的表达式e= （V） 17．如果交流发电机右边与一调压变压器相连，线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，移动滑动触头P，就可调节输出电压，输出端接有一灯泡，灯泡正常发光。现将P沿顺时针方向移动，则灯泡的亮度将（　　） A．逐渐增强 B．逐渐减弱 C．保持不变 18．若发电机输出的交流电经理想变压器升压后向远处输送，最后经理想变压器降压后输送给用户。则下列说法正确的是（　　） A．若减少升压变压器原、副线圈的匝数比，输电线上损失的功率将减小 B．用户获得的交流电频率与发电机输出的交流电频率相同 C．若增加用户用电负载的数量，输电线上损失的功率将增加 D．根据欧姆定律输电电压增加，则输电电流增加 19．如图所示，理想变压器的原线圈接高电压，降压后通过一段电阻不可忽略的线路接用电器。S原来闭合，且R1=R2。现将S断开，那么交流电压表的示数U，交流电流表的示数I和用电器上的功率P1将分别是（　　） A．U增大，I增大，P1增大 B．U减小，I增大，P1减小 C．U减小，I减小，P1减小 D．U增大，I减小，P1增大 （23-24高三下·上海·阶段练习）线圈 线圈在电磁领域功能多样。由金属导线绕制而成的线圈有电阻；通电线圈周围存在磁场；线圈中还能产生感应电动势，又被称为电感器。 20．如图，电阻箱中的线圈采用双线绕法制作，能避免回路中产生自感电动势，其原因是 。 21．若家庭电路的交流电压如图所示。某小区的降压变压器视为理想变压器，原、副线圈的匝数比为10∶1，则原线圈输入电压的有效值为 V，频率为 Hz。 22．实际变压器的损耗主要有 和 。 23．图（b）中的LC振荡电路可用于发射电磁波，电流i随时间t的变化关系如图（c）所示，取图（b）中所示电流方向为正。 （1）每秒内电流i的方向改变 次。 （2）某时刻电路中有正方向电流，且电容器上极板带正电，则该时刻所在的时间段是 。 A．        B． C．    D． （2024·上海金山·二模） 电子秤 如图为某电子秤的电路图，E为电源，R0为定值电阻。    24．它是利用弹簧长度的变化使连入电路的电阻变化，实现将力信号转换为 信号，将压力的大小与电流表示数一一对应，便可得到所称重物的重力。 25．当称重物时，滑片P向下端滑动，连入电路的电阻和电流表的示数将分别（　　） A．变大、变大 B．变大、变小 C．变小、变大 D．变小、变小 26．闭合开关，滑片P滑动过程中，若变阻器两端电压U与电流表示数I的关系图线如图所示，未称重时对应图中a点。由图可知，变阻器的最大阻值为 Ω，在滑片P滑动过程中变阻器消耗的最大功率为 W。    （23-24高二上·上海·期中）磁敏电阻与霍尔元件 根据霍尔效应用半导体材料制成的元件叫霍尔元件，在自动化生产等领域具有广泛应用。 27．数码相机的普及使传统胶片相机逐渐被淘汰。数码相机的主要部件是电荷耦合器（CCD），能将光学量转化为电学量。该部件可视为（    ） A．力传感器 B．温度传感器 C．光传感器 D．霍尔元件 28．如图甲，为某同学设计的磁报警装置示意图，是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的关系如图乙。、为两个电阻箱，报警器接在a、b两端，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。当处的磁场增强时，电流表示数 （选填“增大”或“减小”），增大 的阻值（选填“”或“”），更容易触发报警器报警。 29．如图，某型号霍尔元件的主要部分由一块边长为a、宽为b、厚度为c的半导体薄片构成，若匀强磁场的磁感应强度为B，电流强度为I，单位体积内电子数为n，电子电荷量为e。 （1）导体中的自由电子在 （选填“安培力”或“洛伦兹力”）的作用下发生漂移，在导体的上、下表面之间出现电势差，电势较高的是 表面（选填“上”或“下”）。 （2）霍尔电压可表示为 A．     B．     C．     D． 30．磁传感器是利用霍尔元件制成的。“在用单摆测重力加速度实验”中，为了测量周期T，某同学用一个磁性小球代替原先的摆球，在悬点正下方放置一个磁传感器。 （1）单摆的回复力由重力沿 分力提供，当摆球在 （选填“竖直平面”或“水平面”）内摆动且摆角不超过 °时，可视为简谐运动。 （2）如图，为单摆小角度摆动时，磁感应强度B随时间t变化规律，则该单摆的周期为( ) A．t     B．     C．     D． / 学科网（北京）股份有限公司 $$