四、电磁感应 发电机（高效培优讲义）物理苏科版九年级下册

四、电磁感应 发电机 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电磁感应 1 题型2 发电机原理及其应用 12 题型3 交流电与高压输电 20 【能力培优练】 27 【链接中考】 36 【重难题型讲解】 题型1 电磁感应 1. 电磁感应现象 历史上，奥斯特实验证明了“电生磁”，即电流能够产生磁场。许多科学家由此思考：既然电能生磁，那么磁能否生电？英国物理学家法拉第经过长达10年不懈的探索，终于在1831年发现了电磁感应现象，为人类进入电气时代奠定了坚实基础。 电磁感应现象： ①电磁感应现象是指利用磁场产生电流的现象。 ②由电磁感应产生的电流叫做感应电流。 ③这一发现导致了发电机的发明，实现了电能的大规模生产。 2. 产生感应电流的条件 产生感应电流必须同时满足两个条件： ①导体是闭合电路的一部分。 ②导体在磁场中做切割磁感线运动（导体运动的方向与磁场方向不平行，当运动方向与磁场方向相垂直时，切割磁感线运动最明显）。 3. 探究感应电流的产生条件 实验操作 现象 结论与分析 开关断开，导体切割磁感线 电流表指针不偏转 电路不闭合，不能产生感应电流 开关闭合，导体静止 电流表指针不偏转 没有切割磁感线，不能产生感应电流 开关闭合，导体沿磁感线方向运动 电流表指针不偏转 没有切割磁感线，不能产生感应电流 开关闭合，导体切割磁感线运动 电流表指针偏转 产生了感应电流 改变切割方向 电流表指针偏转方向改变 感应电流方向与导体切割方向有关 改变磁场方向 电流表指针偏转方向改变 感应电流方向与磁场方向有关 加快切割速度或增强磁场 电流表指针偏转角度变大 感应电流大小与切割速度和磁场强弱有关 电磁感应定律的特点： 感应电流的方向与导体切割磁感线的方向和磁场方向有关。 感应电流的大小与导体切割磁感线的速度、磁场强弱、导体有效长度、线圈匝数有关。 能量转化方式：电磁感应现象中，导体切割磁感线运动，将机械能转化为电能。 ★培优拓展 判断感应电流方向的方法——右手定则 伸开右手，使拇指与四指在同一平面内并互相垂直，让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。 【典例1-1】下列四幅图的解释，正确的是（　　） A．甲图中卡片磁条在机器内刷过，产生电信号识别卡片信息，是电磁感应现象 B．乙图中对着话筒说话，能把声音传到扬声器，是电流的磁效应 C．丙图中的电磁起重机通电后能吸引金属材料，与电动机的原理相同 D．丁图中的电路通电后，导体棒会沿导轨滑动，与发电机的原理相同 【答案】A 【详解】A．甲图中卡片磁条在机器内刷过，卡片磁条切割磁感线产生感应电流，从而识别卡片信息，这是电磁感应现象，故A正确； B．动圈式话筒工作过程是：声波振动，引起膜片振动，膜片带动线圈振动，线圈切割永久磁体的磁感线产生感应电流，电流经放大后传给扬声器；由此可知其工作原理是电磁感应现象，故B错误； C．丙图中的电磁起重机通电后，由于电流磁效应而产生磁场，可以吸引铁、钴、镍等物质，而电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力而运动，电磁起重机与电动机的原理不同，故C错误； D．丁图中的电路通电后，通电的导体棒在磁场中受到磁场力的作用，导体棒会沿导轨滑动，是电动机原理，发电机的原理是电磁感应，丁图与发电机的原理不相同，故D错误。 故选A。 【跟踪训练1】如图是一款外形是小飞机的电动车氛围灯。当骑行电动车时，风吹动小飞机的扇叶转动，小飞机便会发光，既美观又能起到警示作用，从而增加安全性。下列实验原理与发光小飞机的工作原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】当风吹动小飞机扇叶转动时小飞机发光，这是机械能转化为电能的过程，其原理是电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。 A．图中是探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验装置，与电磁感应现象无关，故A不符合题意； B．图中是奥斯特实验，说明了通电导线周围存在磁场，不是电磁感应现象，故B不符合题意； C．图中，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中产生感应电流，这是电磁感应现象，故C符合题意； D．图中是通电导体在磁场中受力运动的实验装置，是电动机的原理，不是电磁感应现象，故D不符合题意。 故选C。 【跟踪训练2】如图所示，闭合开关，将导体ab水平向右移动，导体cd也随之运动起来。下列说法正确的是（    ） A．甲装置运用的原理是电磁感应 B．甲装置把电能转化为机械能 C．乙装置产生的现象在生活中的应用是发电机 D．若导体ab水平向左移动，导体cd的运动方向不变 【答案】A 【详解】AB．将导体ab水平向右移动，即闭合电路的部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动，故导体ab中有感应电流产生，则甲装置运用的原理是电磁感应现象，此过程中将机械能转化为电能，故A正确，B错误； C．当导体ab中产生的感应电流通过导体cd时，由于磁场对通电导体有力的作用，则导体cd由于受到力的作用将会发生运动，故乙装置产生的现象的应用是电动机，故C错误； D．感应电流的方向与磁场方向和运动方向有关，若导体ab水平改为向左移动，故产生的感应电流方向改变，则通过导体cd的电流方向也发生改变，由于通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关，故导体cd的运动方向也发生改变，故D错误。 故选A。 【典例1-2】小明利用如图甲所示的装置探究感应电流产生的条件。灵敏电流计电流从哪端流入，指针便向哪边偏转。 (1)为了使实验现象更明显，实验中的AB棒应选用的是________（选填字母）。 A．塑料棒 B．铜棒 C．玻璃棒 (2)实验中通过观察 判断是否有感应电流产生，还可以通过指针偏转的方向判断 。 (3)连接好电路，小明无意间碰到AB棒，发现灵敏电流计的指针发生了偏转，他想知道是否只要AB棒运动就有感应电流产生，为此他进行了一系列探究，并把观察到的现象记录在表中。 实验次数 磁体摆放方向 导体棒运动方向 灵敏电流计指针偏转情况 1 N极在上 竖直向上 不偏转 2 N极在下 竖直向下 不偏转 3 N极在上 水平向左 向右偏转 4 N极在上 水平向右 向左偏转 5 N极在下 水平向左 向左偏转 6 N极在下 水平向右 向右偏转 ①产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动。 ②比较第3、4次实验现象发现，产生的电流的方向跟 有关。 ③比较第3、5次实验现象发现，产生的电流的方向跟 有关。 ④小明将灵敏电流计换成完好的小灯泡，再做第3、4次实验时小灯泡不亮，最可能的原因是 。 (4)实验中小明还发现，当快速晃动导体棒时，感应电流更大。于是小明猜想，感应电流的大小可能与 有关。 (5)发电机的原理与本实验的原理一样，图乙为发电机的示意图，此时线框水平，箭头为线框旋转的方向，此时ab边中的电流方向为 （选填“由a到b”或“由b到a”）。 【答案】(1)B (2) 灵敏电流计的指针是否偏转 电流方向 (3) 切割磁感线 导体棒运动的方向 磁场方向 电流太小 (4)导体棒运动的速度 (5)由a到b 【详解】（1）为了使实验现象更明显，应使AB棒中的电流较大，塑料棒和玻璃棒是绝缘体，不容易导电，铜棒是导体，且电阻很小，因此实验中的AB棒应选用的是铜棒，故选B。 （2）[1][2]实验中通过观察灵敏电流计的指针是否偏转判断是否有感应电流产生，若指针发生偏转，说明电路中的有电流产生；灵敏电流计向左或向右偏转时，电流的方向相反，通过灵敏电流计的偏转方向，还可以通过指针偏转的方向判断感应电流的方向。 （3）①[1]对比表中的数据可知，1、2两组实验不切割磁感线，电路中没有感应电流；3、4、5、6组实验导体切割磁感线产生感应电流；由此可得：产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。 ②[2]比较第3、4次实验可知，磁场的方向不变，导体的运动方向不同，产生感应电流的方向不同，可得结论：电路中产生感应电流的方向跟导体棒运动的方向有关。 ③[3]比较第3、5次实验可知，导体运动的方向相同，磁场的方向不同，感应电流的方向不同，可得结论：电路中产生的电流的方向跟磁场方向有关。 ④[4]将灵敏电流计换成完好的小灯泡，再做第3、4次实验时，电路中仍有感应电流，小灯泡不亮，最可能的原因是感应电流太小，使小灯泡的实际功率太小，不能发光。 （4）当快速晃动导体棒时，导体棒运动的速度更大，感应电流更大，可得结论：感应电流的大小可能与导体棒的运动速度有关。 （5）由表可知，图甲中导体棒向左运动时，电流方向由B到A；如图乙，发电机线框逆时针旋转，此时ab边向下运动，切割磁感线，相当于图甲中导体棒AB向左运动，由此可知，ab边中的电流方向为由a到b。 【跟踪训练1】小华在学习电和磁的相关知识时，完成了下列两个实验。 (1)在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小华用相同的漆包线和铁钉绕制成电磁铁A和B，设计了如图甲所示的电路。 ①图中A、B串联的目的是为了探究电磁铁磁性强弱与 的关系； ②闭合开关后，把得到的实验数据填写在下表中，由此实验可以得出的结论是 ； 线圈（匝数一定） 电流 吸起的大头针的数目 A 50 B 28 A 85 B 53 ③若想要A铁钉吸引大头针的数目减少，则滑动变阻器的滑片应向 （选填“左”或“右”）端移动； (2)小华用如图乙所示的实验装置进一步探究产生感应电流的条件： ①闭合开关，若导体不动，前后移动磁铁，电路中 （选填“有”或“无”）感应电流；左右移动磁铁，电路中 （选填“有”或“无”）感应电流； ②该实验表明：闭合电路的一部分导体，在磁场中做 运动，导体中就会产生感应电流，这种现象就叫做 。 【答案】(1) 线圈匝数 电流越大，线圈的匝数越多，电磁铁磁性越强 右 (2) 无 有 切割磁感线 电磁感应 【详解】（1）[1]图中A、B串联的目的是控制通过电磁铁A和B的电流相等，研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。 [2]电磁铁A比B匝数多。结合表中数据，电流相同时，A吸引的大头针数量比B多，说明A磁性更强；在匝数相同时，在大电流下吸起的大头针数目比在小电流下吸起的大头针数目多，说明磁性更强。故可以得出结论：通过电磁铁的电流越大，线圈的匝数越多，磁性越强。 [3]当电磁铁匝数一定时，电流越大，磁性越强，吸引的大头针越多。根据欧姆定律可知，在电源电压不变时，增大电路电阻，可使电路电流变小，所以若想要A铁钉吸引大头针的数目减少，故滑动变阻器的滑片应向右端移动。 （2）[1][2]闭合开关，若导体不动，前后移动磁铁，导体没有切割磁感线，电路中没有感应电流；左右移动磁铁，导体就会切割磁感线，电路中有感应电流。 [3][4]通过实验可知：闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生感应电流，这种现象叫电磁感应。 【跟踪训练2】如图甲所示，在“摇绳发电”活动中小明和小宏把一条大约10m长电线的两端连在一个灵敏电流计的两个接线柱上，形成闭合导体回路，然后他们沿某一方向站立并迅速摇动这条电线，发现灵敏电流计的指针摆动。 (1)你认为小明和小宏沿 （选填“东西”或“南北”）方向站立最好； (2)如图乙所示，为了让实验顺利进行，导体AB应选用 （选填“铁棒”或“铜棒”）。实验中通过观察 来判断电路中是否有感应电流； (3)小明将图乙实验中观察到的现象记录在表中。 实验次序 开关 磁场方向 导体AB的运动方向 灵敏电流计的指针 1 断开 上N下S 左右运动 不偏转 2 闭合 上N下S 上下运动 不偏转 3 闭合 上N下S 左右运动 偏转 ①分析实验1和3可知，产生感应电流的条件之一是开关必须保持 ； ②分析实验2和3可知，产生感应电流的另一个条件是电路中的部分导体必须做 ； (4)小明发现当如图乙中导体AB水平左右运动时，电流计的指针也左右偏转，说明电路中产生的感应电流方向是 （选填“变化”或“不变”）的，感应电流的方向与导体运动的方向 （选填“有关”或“无关”）； (5)如果将如图乙中电流计换成 可以探究磁场对通电导体的作用，生活中利用这一原理制成了 （选填“发电机”“电动机”或“电磁起重机”）。 【答案】(1)东西 (2) 铜棒 灵敏电流计的指针是否偏转 (3) 闭合 切割磁感线运动 (4) 变化 有关 (5) 电源 电动机 【详解】（1）地磁场的磁感线大致呈南北走向，小明和小宏沿东西方向站立时，摇动电线时切割磁感线更快，产生的感应电流更大，可以使实验现象更明显。 （2）[1]因为磁体能够吸引磁性材料（铁、钴、镍等），所以导体AB不能为磁性材料，故不能选择铁棒进行实验，应选用铜棒。 [2]实验中通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来判断电路中是否有感应电流。 （3）[1]实验1和3中，磁场方向相同，导体AB的运动方向相同，第1次实验中，开关断开，第3次实验中开关闭合，只有第3次灵敏电流计指针偏转，这说明要产生电流的条件之一是开关必须闭合，形成闭合回路。 [2]实验2和3中，电路中开关保持闭合，磁场方向相同，导体上下运动时，导体没有做切割磁感线运动时，指针不偏转，无电流产生，导体左右运动时，导体做切割磁感线运动时，指针偏转，有电流产生，故电路中要产生电流，电路中的部分导体必须做切割磁感线运动。 （4）[1][2]电流计的指针偏转方向改变，说明产生的感应电流方向改变。小明发现当如图乙中导体AB水平左右运动时，电流计的指针也左右偏转，可知电路中产生的感应电流方向在发生改变，说明感应电流的方向与导体运动的方向有关。 （5）[1][2]探究磁场对通电导体的作用，电路中应有电流，故将电流计换成电源可以探究磁场对通电导体的作用，利用这一原理制成了电动机。 【典例1-3】如图所示，图甲是发电机原理的示意图，图乙中的“○”表示图甲中的导线（观察的视线沿导线由b往a看），在磁场中分别转动到1、2、3、4位置，则从1位置转到4位置的过程中，发电机产生的电流方向 （选填“会变化”或“不变”）。在1位置时，电路中 （选填“会”或“不会”）产生感应电流。 【答案】 会变化 不会 【详解】[1][2]乙图中磁感线方向水平向右，在位置1时导体的运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，不会产生感应电流；在位置2、3、4时导体会切割磁感线，能产生感应电流；由于切割磁感线的方向不同，故发电机产生的电流方向会变化。 【跟踪训练1】小芳设想完成两个探究实验，首先她探究了某个LED发光的颜色与通过其电流方向的关系，如图1所示。 (1)该LED在两次实验中发光情况如图2所示，两次实验线圈均在转动，线圈1顺时针转动，由此可知线圈2 （选填“顺时针”或“逆时针”）转动； (2)如图，导体棒a与该LED相连；在某磁场中，使a垂直于纸面左右往复运动（虚线为运动轨迹），LED交替发出红、黄光，则该过程a中电流方向 （选填“不变”或“变化”），该磁场可能的分布包括右下图中哪些选项？ （填序号）；以上这种现象就是我们教材中所描述的 现象；利用这种原理人们制成 ； 【答案】(1)顺时针 (2) 变化 ①③④ 电磁感应 发电机 【详解】（1）从图1可以看到，电流从B端流入，A端流出时，LED发红光，电流从A端流入，B端流出时，LED发黄光；再观察图2中的两个电路图，左边的电路图LED发红光，说明了电流从B端流入，A端流出，电源右端是正极，左端是负极，磁铁左端是N极，右端是S极，线圈1顺时针转动；右边的电路图LED发黄光，说明了电流从A端流入，B端流出，电源右端是负极，左端是正极，磁铁左端是S极，右端是N极，由此可知，相对于左边的电路图，电流方向和磁场方向都与它相反，因为通电导线在磁场中的受力方向跟电流方向和磁场方向有关，只改变其中一个方向时，受力方向改变，线圈转动方向改变，两个方向都改变时，受力方向不变，线圈转动方向不变，所以线圈2的转动方向和线圈1的是顺时针转动。 （2）[1]从图中可以看到，导体棒a与该LED相连，串联在一起，在某磁场中，使a垂直于纸面左右往复运动，LED交替发出红、黄光，说明电流在LED内的方向在交替变动着，则该过程导体棒a中电流方向在变化。 [2]由[1]解析可知道，导体棒a与LED相连的电路产生了电流，这要求的是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，才产生感应电流，图①中导体棒a左右运动时，有切割磁感线，这是磁场可能的分布情况，图②中导体棒a左右运动时，没有切割磁感线，左右运动的方向和磁感线的方向是平行的，这不是磁场可能的分布情况，图③、④中导体棒a左右运动时，有切割磁感线，这是磁场可能的分布情况；综上所述，该磁场可能的分布包括图中①③④选项。 [3][4]闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，这是电磁感应现象，利用这一原理制成了发电机。 【跟踪训练2】在“探究感应电流的产生”的实验中，某同学的四次实验情况分别如图所示。 （1）有同学说：“只要闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，就会产生感应电流。”你认为他的说法对吗？ （选填“对”或“不对”），图 可支持你的结论； （2）为了探究感应电流的方向跟磁场方向和导体运动方向之间的关系： ①根据图甲和图乙的实验现象可知：在磁场方向相同的情况下，感应电流的方向与 有关； ②根据图乙和图丁的实验现象可知：在导体的运动方向相同的情况下，感应电流的方向与 有关； （3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是 能转化为 能的过程。 【答案】 不对 丙 导体运动方向 磁场方向 机械 电 【详解】（1）[1][2]要产生感应电流，闭合电路的部分导体在磁场中要做切割磁感线运动，如图丙，虽然导体运动了，但导体运动时不切割磁感线，而是顺着磁感线的方向运动，电流表的指针没有偏转，即电路中没有感应电流产生，所以此同学的说法不对。 （2）①[3]图甲导体向右运动，电流计的指针向左偏转；图乙磁场方向不变，导体向左运动，电流计的指针向右偏转，由甲、乙两图可知，在磁场方向相同的情况下，感应电流方向与导体的运动方向有关。 ②[4]图乙N极在上，导体向左运动，电流计的指针向右偏转；图丁导体运动方向不变，改变了磁场的方向，使S极在上，电流计的指针向左偏转，由乙、丁两图可知，在导体的运动方向相同的情况下，电流的方向与磁场（或磁感线）的方向有关。 （3）[5][6]导体做机械运动，消耗了机械能，得到了电能，所以在此过程中，机械能转化为电能。 题型2 发电机原理及其应用 1． 发电机的构造 发电机是利用电磁感应原理工作的装置，主要由以下部分组成： 磁体（定子）：提供磁场的永磁体或电磁铁 线圈（转子）：在磁场中旋转的线圈 滑环：两个彼此绝缘的铜环，与线圈两端相连 电刷：与滑环保持滑动接触，将电流引出到外部电路 发电机的工作原理：导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流，人们根据这一原理制造了发电机，实现了机械能向电能的转化。 2． 发电机与电动机的区别与联系 比较项目 发电机 电动机 工作原理 电磁感应 磁场对电流的作用 能量转化 机械能→电能 电能→机械能 电路中的作用 产生电流，对外供电（电源） 由电源供电，消耗电能（用电器） 主要构造 磁体、线圈、滑环、电刷 磁体、线圈、换向器、电刷 实际应用 水电站、风力发电、汽车发电机 电风扇、电动车、洗衣机 ★特别提醒 只有磁生电才能叫做电磁感应。 发电机原理：电磁感应（磁生电），能量转化：机械能→电能。 电动机原理：磁场对电流的作用（电生磁），能量转化：电能→机械能。 发电机原理的判断：凡是利用磁场产生电流的装置，都是应用了电磁感应原理（发电机原理）。常见应用有：发电机、动圈式话筒、汽车速度传感器、电磁流量计等。 【典例2-1】如图所示，闭合S后电动机甲开始转动，同时用皮带带动电动机乙转动，小灯泡发光，此时，电动机乙相当于 （选填“用电器”“开关”或“电源”），此过程中利用的原理与 （选填“动圈式扬声器”或“话筒”）一致。将机械能转化为电能的实验装置是 （填“甲”或“乙”）。 【答案】 电源 话筒 乙 【详解】[1]闭合开关S后，电动机甲在电源作用下转动，电能转化为机械能；电动机甲通过皮带带动电动机乙转动，电动机乙内部的线圈在磁场中切割磁感线，产生感应电流使小灯泡发光，所以电动机乙此时相当于电源，将机械能转化为电能，其原理是电磁感应。 [2][3] 动圈式扬声器是将电信号转化为声信号，利用的是通电导体在磁场中受力运动的原理；话筒是将声信号转化为电信号，利用的是电磁感应原理，所以此过程利用的原理与动圈式话筒一致。 综上，将机械能转化为电能的实验装置是乙。 ‌ 【跟踪训练1】一次科技活动中，青青同学制作了一个小玩具，如图所示。导体AB、CD水平放置在蹄形磁体的磁场中，拉动AB向左移动时，发现CD也向左移动，对此现象下列说法正确的是（    ） A．此实验右侧装置用到了电磁感应原理 B．在此实验中，左侧装置相当于发电机，右侧装置相当于电动机 C．若将左侧实验装置中的磁体的N、S极倒置，拉动AB向左移动时，发现CD向左移动 D．若将右侧实验装置中的磁体的N、S极倒置，拉动AB向左移动时，发现CD向左移动 【答案】B 【详解】AB．拉动AB向左移动时，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中会产生感应电流，则此装置的左侧应用的原理是电磁感应，相当于发电机，同时CD中有电流通过，通电导体CD在磁场中受力向左运动，则此装置的右侧相当于电动机，故A错误，B正确； C．若将左侧实验装置中的磁体的N、S极倒置，磁场方向不变，拉动AB向左移动时，产生的感应电流方向改变，通过CD的电流方向发生改变，根据左手定则（伸开左手，让磁感线垂直穿过手心，让四指指向电流的方向； 此时，大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中受力的方向。）判断CD受力方向改变，CD向右移动，故C错误； D．拉动AB向左移动时，磁场的方向不变，产生的感应电流方向不变，将右侧实验装置中的磁体的N、S极倒置，通过CD的电流方向不变，磁场方向改变，则根据左手定则可得CD受力方向改变，CD向右移动，故D错误。 故选B。 【跟踪训练2】(1)如图是电动机的模型，磁场由两个电磁铁提供，abcd是线圈，闭合开关。 ①图1中P为磁体N极，Q为磁体 极（选填“N”“S”）。 ②图1中线圈ab边受力方向竖直向下，图2中将电源正负极调转后ab边的受力方向竖直向 （选填“上”“下”），依据是 。 (2)图3中能体现发电机原理是图 （选填“丙”，“丁”），图4表示导体棒（露出一端）垂直于纸面运动时产生了感应电流。则它的运动方向可能是图中的哪些选项？ 。 【答案】(1) N 下 见详解 (2) 丁 ACD 【详解】（1）[1]图1中P为磁体N极，根据电流从左侧上方流入电磁铁，根据安培定则知，Q为磁体N极。 [2][3]图1中线圈ab边受力方向竖直向下，图2中将电源正负极调转后，ab边的电流方向改变，同时电磁铁的磁场方向改变，两个方向同时改变，则ab边受力方向不变，仍是竖直向下。 （2）[1]由图可知，丙图中给线圈通电，使其在磁场中受力转动，是通电导体在磁场中受力，是电动机的原理，图丁中没有电源，是闭合线圈在磁场中切割磁感线产生感应电流，使电流表指针偏转，是发电机的原理。 [2]电路中能产生感应电流，说明导体做切割磁感线运动，ACD中的导体都做切割磁感线运动，而B中的导体运动方向与磁感线方向相反，没有切割磁感线，不会产生感应电流。故选ACD。 【典例2-2】小明利用如图甲所示的装置探究感应电流产生的条件。灵敏电流计电流从哪端流入，指针便向哪边偏转。 (1)为了使实验现象更明显，实验中的AB棒应选用的是______（选填字母）。 A．塑料棒 B．铜棒 C．玻璃棒 (2)实验中通过观察 判断是否有感应电流产生，还可以通过指针偏转的方向判断 。 (3)连接好电路，小明无意间碰到AB棒，发现灵敏电流计的指针发生了偏转，他想知道是否只要AB棒运动就有感应电流产生，为此他进行了一系列探究，并把观察到的现象记录在表中。 实验次数 1 2 3 4 5 6 磁体方向 N极在上 N极在下 N极在上 N极在上 N极在下 N极在下 导体棒运动方向 竖直向上 竖直向下 水平向左 水平向右 水平向左 水平向右 灵敏电流计指针偏转情况 不偏转 不偏转 向右偏转 向左偏转 向左偏转 向右偏转 ①产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动。 ②比较第3、4次实验现象发现，产生的电流的方向跟 有关。 ③比较第3、5次实验现象发现，产生的电流的方向跟 有关。 (4)实验中小明还发现，当快速晃动导体棒时，感应电流更大。于是小明猜想，感应电流的大小可能与 有关。 (5)发电机的原理与本实验的原理一样，图乙为发电机的示意图，此时线框水平，箭头为线框旋转的方向，则此时ab边中的电流方向为 （选填“由a到b”或“由b到a”）。 【答案】(1)B (2) 灵敏电流计的指针是否偏转 电流方向 (3) 切割磁感线 导体棒运动的方向 磁场方向 (4)导体棒运动的速度 (5)由a到b 【详解】（1）为了使实验现象更明显，应使AB棒中的电流较大，塑料棒和玻璃棒是绝缘体，不容易导电，铜棒是导体，且电阻很小，因此实验中的AB棒应选用铜棒，故选B。 （2）[1][2]实验中通过观察灵敏电流计的指针是否偏转判断是否有感应电流产生，若指针发生偏转，说明电路中有电流产生；灵敏电流计指针向左或向右偏转时，说明电流的方向相反，所以，还可以通过灵敏电流计指针偏转的方向判断产生的感应电流方向。 （3）[1]对比表中的数据可知，1、2两组实验导体不切割磁感线，电路中没有感应电流；3、4、5、6组实验导体切割磁感线产生感应电流；由此可得：产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。 [2]比较第3、4次实验可知，磁场的方向不变，导体的运动方向不同，产生感应电流的方向不同，可得结论：电路中产生感应电流的方向跟导体棒运动的方向有关。 [3]比较第3、5次实验可知，导体运动的方向相同，磁场的方向不同，感应电流的方向不同，可得结论：电路中产生的电流的方向跟磁场方向有关。 （4）当快速晃动导体棒时，导体棒运动的速度更大，感应电流更大，可得结论：感应电流的大小可能与导体棒的运动速度有关。 （5）由表可知，图甲中导体棒向左运动时，电流方向由B到A；如图乙，发电机线框逆时针旋转，此时ab边向下运动，切割磁感线，相当于图甲中导体棒AB向左运动，由此可知，ab边中的电流方向为由a到b。 【跟踪训练1】在“探究导体在磁场中运动时产生感应电流条件”实验中，“动手知真”小组利用电流计、开关、U形磁铁、导线、导体棒组成了如图甲所示电路。探究小组将观察到的现象记录在下表中。 开关闭合 导体棒运动方向 电流表指针偏转情况 开关断开 导体棒运动方向 电流表指针偏转情况 竖直上下（乙图） 不偏转 竖直上下（乙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转 水平左右（丁图） 偏转 水平左右（丁图） 不偏转 (1)分析表中信息可知导体在磁场中运动产生感应电流的条件： 电路的一部分导体在磁场中做 ； (2)探究小组观察到磁体不动时，导体棒向右运动指针向右偏转，向左运动指针向左偏转；若导体棒静止不动，磁体向右运动时，观察到电流表指针向 偏转； (3)探究小组发现实验中电流表的指针偏转角度较小，你有什么方法使指针偏转角度变大？答：________。 A．增大导体棒的切割速度 B．减小导体棒的切割速度 (4)如果将电流表换成 ，可以探究磁场对通电导体的作用。 (5)从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是 转化为电能： (6)应用：人们用电磁感应现象制成了 。（选填“电动机”或“发电机”） 【答案】(1) 闭合 切割磁感线运动 (2)左 (3)A (4)电源 (5)机械能 (6)发电机 【详解】（1）[1][2]根据实验数据记录表格可知，当开关断开时，无论导体向哪个方向运动，电流计的指针都不会发生偏转，说明都不会产生感应电流，由此说明产生感应电流的条件为电路要闭合；当开关闭合，导体运动方向与磁场方向平行或者顺着磁场方向运动，电流计指针都未偏转，说明都不会产生感应电流，只有当导体切割磁感线运动，即导体在切割磁感线时，电流计的指针才偏转，才会产生感应电流；综上分析，导体在磁场中运动产生感应电流的条件为闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。 （2）若导体棒静止不动，磁体向右运动时；若以磁体为参照物，导体棒向左运动；所以产生的感应电流方向与导体棒向左运动时的一致，电流计指针偏转的方向一致，向左偏转。 （3）探究小组发现实验中电流表的指针偏转角度较小，说明产生的感应电流较小；现在要使电流计指针偏转角度变大，即使感应电流变大，则需增大导体棒切割磁感线运动的速度，故A符合题意，B不符题意。 故选A。 （4）要探究磁场对通电导体的作用，首先要给闭合电路通电，需要在电路中加入电源；所以，把电流表换成电源。 （5）感应电流的产生过程是闭合回路中的导体做切割磁感线运动在闭合回路中产生感应电流，这个过程将导体的机械能转化为电路的电能。 （6）闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，在闭合回路中会产生感应电流，这就是电磁感应现象；人们利用电磁感应现象制成了发电机。 【跟踪训练2】图甲所示的是探究电磁感应现象的装置。 (1)闭合开关，让导体AB沿水平方向左右运动，观察到灵敏电流计的指针偏转；若让导体AB由图示位置沿竖直方向上下运动，则灵敏电流计的指针 （选填“偏转”或“不偏转”）。 (2)利用此装置，探究感应电流方向与磁场方向和切割磁感线方向之间的关系，观察到的实验现象记录如下表所示： 实验次序 磁场方向 导体切割磁感线方向 灵敏电流计指针偏转方向 1 向下 向右 向左 2 向上 向右 向右 3 向下 向左 向右 4 向上 向左 向左 在上述四次实验中，比较 两次实验可知，感应电流方向与磁场方向有关。比较 两次实验可知，同时改变磁场方向和导体切割磁感线的方向，感应电流方向不变。 (3)在探究中还发现，导体AB水平向左（或向右）缓慢运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较小；导体AB水平向左（或向右）快速运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较大。这说明感应电流的大小与 有关。 (4)如图乙所示的是实验室用到的手摇发电机模型。将小灯泡换成灵敏电流计，缓慢摇动手柄，观察到灵敏电流计的指针 （选填“左右摆动”或“向一侧摆动”）。这表明该发电机模型产生的电是 （选填“交流”或“直流”）。 【答案】(1)不偏转 (2) 1、2（或3、4） 1、4（或2、3） (3)导体运动的快慢 (4) 左右摆动 交流 【详解】（1）闭合开关，让导体AB沿水平方向左右运动，闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，故观察到灵敏电流计的指针偏转；若让导体AB由图示位置沿竖直方向上下运动，闭合电路的一部分导体没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，则灵敏电流计的指针不偏转。 （2）[1][2]据表中数据可知，灵敏电流计指针偏转方向与感应电流的方向、磁场方向、导体切割磁感线的方向有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制其他因素保持不变。在上述四次实验中，研究感应电流方向与磁场方向有关，要控制导体切割磁感线方向相同，比较实验序号为1、2（或3、4）两次实验，可知感应电流方向与磁场方向有关；比较实验序号1、4（或2、3）两次实验可知，同时改变磁场方向和切割磁感线方向，则感应电流方向不变。 （3）在探究中还发现，导体AB水平向左（或向右）缓慢运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较小，产生的感应电流较小；导体AB水平向左（或向右）快速运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较大，产生的感应电流较大，两次操作中，导体切割磁感线运动的快慢不同，故说明感应电流的大小与导体切割磁感线运动的快慢有关。 （4）[1][2]如图所示，慢慢摇动手柄，观察到灵敏电流计的指针会左右摆动，可知产生的感应电流方向不断发生改变，这表明该发电机模型发出的电是交流电。 题型3 交流电与高压输电 1. 认识交流电 线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生周期性的变化，这种电流叫做交变电流，简称交流电。 我国家庭电路的额定电压是220V，频率是50赫兹（Hz），代表电流在一秒内完成50个周期性变化。周期为0.02秒（s），一个周期内，电流变化方向2次，即一秒内电流变化方向的次数为100次。 2. 高压输电 远距离输电采用高压，这样做的好处是减小输电线路上的电能损失。 远距离输电时，导线的电阻不可忽略，结合公式P=UI可知，当输电功率一定时，电压越高，电流越小。输电线上损失功率P损=I2R，可知电压越高时，传输过程中损失的电能越小。 3. 高压输电的过程 环节 设备 作用 升压 升压变压器 将发电机输出的电压升高，减小电流，降低输电损耗 输电 高压输电线 将电能远距离输送 降压 降压变压器 将高压降低到用户所需的电压（如220V） ★特别提醒 “高压输电不是电压越高越好：电压越高对绝缘要求越高，技术难度越大，投资成本也越高。因此需要综合考虑，选择经济合理的输电电压。 【典例3-1】关于家庭电路，下列说法正确的是（　　） A．通常情况下，各用电器采用并联的方式接在家庭电路中 B．我国家庭电路使用的是交流电，其频率为60 Hz C．为避免产生过多的焦耳热，家庭电路中的导线通常是用超导体制成的 D．空气开关自动断开，一定是电路中出现了短路 【答案】A 【详解】A．在家庭电路中，多个用电器同时工作，互不影响，它们的连接方式是并联，故A正确； B．我国家庭电路使用的交流电，电压是220V，频率是50Hz，故B错误； C．超导体电阻为零，家庭电路中导线用超导体，产生的热量为零，但目前，在通常情况下，还不能实现超导，所以家庭电路中的导线通常还是用导体制成的，故C错误； D．空气开关自动断开，可能是电路中出现了短路，也可能是总功率过大，故D错误。 故选A。 【跟踪训练1】我国家庭电路用的是 （选填“直流电”或“交流电”），家中电风扇长时间使用后叶片上粘有大量灰尘，是由于叶片与空气摩擦后带上 而吸引轻小物体；使用测电笔辨别零线或火线时，手不能接触 （选填“笔尖”或“笔尾”）金属体。 【答案】 交流电 电荷 笔尖 【详解】[1][2]交流电可以通过变压器灵活的改变电压等级，而直流电不能直接通过变压器来改变电压，所以我国家庭用电一般为交流电，家中电风扇长时间使用后叶片与空气由于摩擦起电现象带上静电，带电体有吸引轻小物体的特征，导致叶片上粘有大量灰尘。 [3]使用测电笔辨别零线或火线时，手应与测电笔尾部金属体接触，不能接触笔尖金属体，否则相当于直接接触火线，容易造成触电事故。 【跟踪训练2】如图所示，用漆包线绕成矩形线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场。 闭合开关，由于磁场对 有力的作用，线圈会转动；线圈在磁场中 （选填“能”或“不能”）持续转动。左图是实验室用的手摇发电机，若在发电机和小灯泡的电路里串联一个灵敏电流计，慢慢摇动手柄，观察到电流表的指针 （选填“左右摆动”或“向一侧摆动”），这表明该发电机发出的电是 （选填“直流电”或“交流电”）， 我国使用的照明电是交流电，它的频率是 Hz，周期是 秒。 【答案】 通电导线 不能 左右摆动 交流电 50 0.02 【详解】[1]由于通电导线在磁场中受力的作用，所以将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，线圈中有电流通过，磁场对通电导线有力的作用。 [2]由于线圈两端的漆全部刮去，线圈中的电流方向是不变的，线圈受到的力的方向也保持不变，所以线圈在某一位置受到平衡力的作用保持静止，所以线圈不能持续转动。 [3][4]手摇发电机中的线圈切割磁感线，产生感应电流，由于持续改变不同组的线圈切割磁感线，所以产生的电流不断的改变电流方向，即交流电，所以会看到电流表的指针左右摆动。 [5][6]我国使用的交流电的频率是50Hz，即每秒电流方向改变50次，则周期为 【典例3-2】我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约70%的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。在保证输送功率不变的情况下，远距离送电采取高压送电的方式来实施。图是远距离输电流程示意图。 (1)发电机的工作原理是 . (2)关于远距离输电，下列表述正确的是________。（选填字母） A．提高输电电压可以减小输电线电阻，从而减小输电损失 B．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 C．若能研制出常温下的超导体，用它制作远距离输电导线，将不需要高压输电方式 (3)若核电站的发电输出电功率为，用的高压进行输电，已知此时输电线的电阻为5，输电线上的热损耗功率为 W：在输送功率不变时，若改用的电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 . (4)远距离输电时某处发生了短路，为确定短路位置，检修员利用电压表、电流表和电源接成如图2所示的电路进行测量，已知甲、乙两地的每根输电线每千米的电阻为，电压表示数为，电流表示数为，则短路位置到甲地的距离为 。 【答案】(1)电磁感应 (2)C (3) 1:10000 (4)15 【详解】（1）发电机是将机械能转化为电能，利用了电磁感应的原理来发电的。 （2）AC．在输送电功率不变时，提高输电电压，由知，输电线的电流变小，在输电线电阻不变时，根据可知输电线损失的功率越小，若能研制出常温下的超导体，导线没有电阻，输电过程中没有电能损耗，就不需要高压输电，故A错误，C正确； B．在输送电压一定时，输送的电功率越大，由知，输电线的电流越大，在输电线电阻不变时，由可知，此时输电过程中损耗的电能越大，故B错误。 故选C。 （3）[1]由题意得输电电流为 输电线上的热损耗功率为 [2]若改用1000kV电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 （4）由图2可知电压表测导线两端的电压，电流表测电路中的电流，由欧姆定律可得电路中总电阻为 因每根输电线每千米的电阻为0.2Ω，则导线的总长度为 因为导线是双股的，所以短路位置到甲地的距离为 【跟踪训练1】我国的特高压技术已经领先全球，为我们的生产、生活带来了巨大的活力和价值。如图所示，在相距100km的甲、乙两地之间有两条高压输电线，已知每1m输电线的电阻为0.01Ω。在某次强对流天气后输电线的某处发生短路。为确定短路位置，检修员利用电流表、阻值为100Ω的定值电阻R和电压可调的电源接成如图所示电路进行检测。当可调电源提供的电压为200V时，电流表示数为0.2A。求： (1)此时电路的总功率； (2)短路位置离甲地距离多少km； (3)排除短路、线路检修完毕，甲、乙两地恢复正常供电，输电电压为500kV，输电总功率为，此时输电线消耗的电功率为？此时高压输电的输电效率为多少（输电效率为乙地得到电功率与甲地输电总功率之比，用百分数表达）。 【答案】(1) 40W (2) 45km (3) 800kW，92% 【详解】（1）已知电源提供的电压U＝200V，I＝0.2A，则此时电路的总功率 （2）根据欧姆定律可知输电线的总电阻 已知定值电阻R＝100Ω，则输电线的电阻 每1m输电线的电阻为0.01Ω，所以输电线的长度 由于是两条输电线，所以短路位置离甲地的距离 （3）根据，则输电电流 由已知得输电线的电阻 此时输电线消耗的电功率 乙地得到的电功率 此时高压输电的输电效率 【跟踪训练2】2025年5月8日，我国首个“风光火储一体化”特高压工程——陇东至山东±800千伏特高压直流工程竣工投产。工程西起甘肃庆阳换流站，东至山东东平换流站，采用双八百（±800千伏额定电压、800万千瓦额定容量）特高压直流输电技术，输电距离915公里，每年可向山东省输送电量超过360亿千瓦时，每年减少燃煤消耗约1085万吨，减少二氧化碳排放约1490万吨，减少二氧化硫排放约1800吨，减少氮氧化物排放约2700吨，环境效益显著，对于加速我国电力绿色低碳转型、助力实现“双碳”目标具有重要意义。 (1)图甲中，风力发电机组工作时将机械能转化为 能； (2)如图乙，若太阳能电池板的面积为2m2，光电能量转化效率为20%，则在1000W/m2的光照强度下，每小时可以输出多少电能？ (3)若高压输电线每千米的电阻为0.2Ω，在双八百（额定功率等于额定容量）输电技术下，该工程每根输电线每秒放出多少热量？这些热量相当于完全燃烧多少kg的煤放出的热量？（煤的热值q煤=3×107J/kg） (4)东平换流站将800kV的特高压经降压变压器逐级降低成380V或220V的用户所需电压。该电压仍远超人体安全电压，所以，为确保用电安全，日常生活中要做到：不 低压带电体，不靠近高压带电体； (5)陇东地区丰富的风、光资源发电，提供超50%的绿色电能，与传统火力发电相比，请列举一条风、光发电的优点 。 【答案】(1)电 (2) (3)； (4)接触 (5)见解析 【详解】（1）风力发电机组工作时消耗机械能，得到电能，即将机械能转化为电能。 （2）电池板总功率为 则一小时获得的光能为 每小时输出的电能为 （3）由可得，电路中的电流为 每根输电线每秒放出的热量为 由可知，相当于每秒燃烧煤的质量为 （4）安全用电的原则是：不接触低压带电体，不靠近高压带电体。 （5）与传统火力发电相比，风、光发电的优点是清洁、无污染、可再生、运行成本低。 【典例3-3】如图所示，下列物理知识或操作与结果对应错误的是（　　） A．甲：电磁感应→话筒（麦克风） B．乙：电磁感应→扬声器发声 C．丙：磁极间的相互作用→磁悬浮列车 D．丁：闭合开关→电铃发声 【答案】B 【详解】A．话筒（麦克风）的工作原理是电磁感应：声波带动膜片振动，使线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，将声信号转化为电信号，对应关系正确，故A正确，不符合题意； B．扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，将电信号转化为声信号，而不是电磁感应。因此对应关系错误，故B错误，符合题意； C．磁悬浮列车利用磁极间的相互作用（同名磁极相互排斥或异名磁极相互吸引）实现列车悬浮，减小摩擦，对应关系正确，故C正确，不符合题意； D．电铃的工作原理是电流的磁效应，闭合开关后，电磁铁产生磁性，吸引衔铁带动小锤敲击铃碗发声。对应关系正确，故D正确，不符合题意。 故选B。 【跟踪训练1】如图所示，某同学自制了一个扬声器，将线圈紧密粘贴在纸杯底部，在线圈上方放置一个强磁体，在线圈中通入变化的电流后，导致线圈的磁极不断变化，通过磁体吸引或排斥线圈，带动纸杯振动发声，下列与其原理相同的是（　　） A．金属探测仪 B．手摇发电机 C．电动机 D．动圈式话筒 【答案】C 【详解】根据题意描述，扬声器的原理为通电导体在磁场中受力的作用。 A．探测仪靠近金属物体时，会产生感应电流，发出报警信号，与扬声器原理不相同，其原理为电磁感应，故A不符合题意； B．手摇发电机中闭合电路的一部分导体切割磁感线产生感应电流，与扬声器原理不相同，其原理为电磁感应，故B不符合题意； C．电动机原理是通电导体在磁场中受力的作用，与扬声器原理相同，故C符合题意； D．利用电磁感应，将声信号转化为电信号，与扬声器原理不相同，故D不符合题意。 故选C。 【跟踪训练2】如图所示，甲、乙、丙、丁分别为动圈式话筒、动圈式扬声器、电动机、发电机的构造示意图或原理示意图，下列说法中正确的是（    ） A．甲与丁的原理相同，都是利用电磁感应原理 B．甲与丙的原理相同，都是利用电磁感应原理 C．乙与丁的原理相同，都是利用磁场对通电线圈有力的作用 D．甲与丙的原理相同，都是利用磁场对通电线圈有力的作用 【答案】A 【详解】动圈式话筒的原理与发电机的原理都是把机械能转换成电能，利用的是电磁感应原理；而扬声器的原理与电动机的原理是相同的，都是把电能转化为机械能，利用磁场对通电线圈有力的作用。所以甲与丁的原理相同，乙与丙的原理相同，故BCD错误，A正确。 故选 A。 【能力培优练】 1．下列关于电和磁的说法中正确的是（   ） ①磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向 ②在通电螺线管内插入铜芯制成电磁铁 ③直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜半环组成的 ④发电机线圈中产生电流是由于电流的磁效应 A．①③ B．②④ C．②③ D．①④ 【答案】A 【详解】①磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向 ，这是磁感线的基本定义，故①正确； ②在通电螺线管内插入铜芯制成电磁铁， 铜不是磁性材料，不能被磁化，插入铜芯不会增强磁性，电磁铁需要插入铁芯，故②错误； ③直流电动机的换向器正是由两个彼此绝缘的铜半环构成，作用是改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动。故③正确； ④发电机的工作原理是电磁感应现象，而不是电流的磁效应。故④错误。 综上，正确的是①③。 故选A。 2．马拉松比赛采用感应芯片进行计时。运动员佩戴感应芯片通过起点和终点磁场地带时，感应芯片里的线圈就会产生电流，激发芯片发送编码信息，系统自动获取信息并计时。下列选项中与感应芯片工作原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据题意，感应芯片的工作原理是：当运动员佩戴感应芯片通过磁场地带时，芯片里的线圈做切割磁感线运动，从而在线圈中产生感应电流。这个过程是将机械能转化为电能，属于电磁感应现象。 A．图A是奥斯特实验装置，说明了通电导体周围存在磁场，即电流的磁效应。故A不符合题意； B．图B是探究电磁感应现象的实验装置。当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。这与感应芯片的工作原理相同。故B符合题意； C．图C的实验装置中有电源，是研究通电导体在磁场中受力运动的，是电动机的工作原理。故C不符合题意； D．图D是扬声器的结构示意图，其工作原理是通电线圈在磁场中受力而振动发声，故D不符合题意。 故选B。 3．关于图中所示情景说法正确的是（　　） A．甲图中的通电螺线管的B端是螺线管的S极 B．乙图中的手摇发电机的原理与动圈式话筒相同 C．丙图中的插座，孔1没有连接火线或零线，完全无用 D．丁图中手机开启“省电模式”，增大了手机的电功率消耗 【答案】B 【详解】A．由图甲可知，电流从左端流入，从右端流出，由安培定则可知，通电螺线管的B端为N极，故A错误； B．乙图中的手摇发电机是利用线圈在磁场中转动切割磁感线，将机械能转化为电能，其原理是电磁感应；动圈式话筒工作时，声波使线圈在磁场中振动，切割磁感线产生随声音变化的电流，将声能（机械能）转化为电能，其原理也是电磁感应，二者原理相同，故B正确； C．丙图是三孔插座，按照“上地、左零、右火”的接线规则，孔1是接地孔，连接地线。当用电器的金属外壳漏电时，电流会通过地线导入大地，防止发生触电事故，并非无用，故C错误； D．丁图，手机开启了“省电模式”，是通过降低屏幕亮度、限制后台应用等方式减小手机的电功率消耗，由可知，可以延长手机续航时间，故D错误。 故选B。 4．如图是人工心脏的原理图，当电磁铁通电时因与左侧的磁体相互作用而运动，从而带动活塞运动；泵室通过单向阀门与血管相通，阀门只能向泵室外侧开启；阀门只能向泵室内侧开启。当人工心脏工作时，下列说法正确的是（　　） A．从能量转化角度看，人工心脏的工作原理与发电机相同 B．人工心脏要正常工作，线圈AB中的电流方向就不能改变 C．当线圈中的电流从B流向A时，活塞受到推力向右运动 D．当线圈中的电流从A流向B时，此时血液会流出泵室 【答案】C 【详解】A．人工心脏工作时，电磁铁通电后运动，将电能转化为机械能，其原理与电动机相同；而发电机是将机械能转化为电能，故A错误； B．人工心脏要实现泵血功能，活塞需要往复运动。活塞的往复运动是通过改变电磁铁与永磁体之间的作用力（吸引或排斥）来实现的。根据电磁铁磁极与电流方向的关系，必须周期性地改变线圈AB中的电流方向，才能使电磁铁的磁极交替变化，从而实现活塞的往复运动，故B错误； C．当线圈中的电流从B流向A时，根据安培定则，可知电磁铁的左端为N极。电磁铁的N极与永磁体的N极相对，同名磁极相互排斥，所以电磁铁受到向右的斥力，带动活塞向右运动，故C正确； D．当线圈中的电流从A流向B时，根据安培定则，可知电磁铁的左端为S极。电磁铁的S极与永磁体的N极相对，异名磁极相互吸引，所以电磁铁受到向左的引力，带动活塞向左运动。活塞向左运动时，泵室的容积增大，压强减小，阀门S1关闭，阀门S2打开，血液从血管②被吸入泵室。因此，此时血液会流入泵室，而不是流出泵室，故D错误。 故选C。 5．新能源汽车展厅中，有一个“能量回收与驱动”演示装置，原理如图所示（简化模型）：a、b两个导体棒分别置于两个磁场中，通过导线构成闭合回路。当推动导体棒a左右摆动时，导体棒b会随之摆动。下列分析不正确的是（    ） A．导体棒a相当于发电机，将机械能转化为电能 B．导体棒b相当于电动机，将电能转化为机械能 C．导体棒a的机械能全部转化为导体棒b的机械能 D．导体棒b的摆动方向与导体棒a的摆动方向有关 【答案】C 【详解】A．导体棒a做切割磁感线的有效运动，因此会产生电流，其原理为将机械能转化为电能，则导体棒a相当于发电机，故A正确，不符合题意； B．由于导体棒a将机械能转化为电能，导体棒b会有电流通过，又因为导体棒b处于磁场中，因此会受到磁场作用力发生运动，其原理为将电能转化为机械能，相当于电动机，故B正确，不符合题意； C．在闭合的电路中存在电阻，导体棒a由机械能转化而来的电能在传输的过程中产生损耗，因此导体棒a的机械能不能全部转化为导体棒b的机械能，故C错误，符合题意； D．导体切割磁感线的方向会直接决定感应电流的流动方向，而导体棒b所受到的作用力方向由电流方向决定，因此导体棒b的摆动方向由导体棒a的摆动方向有关，故D正确，不符合题意。 故选C。 6．某手机品牌新推出一款手机，其电池工作电压和充电时的电压均为3.8V，容量为8000mA·h，搭载了80W超级快充和50W无线充电技术。手机无线充电技术的原理如图甲、乙所示，交变电流（交流电）通过送电线圈（无线充电板）产生磁场，智能手机内部的受电线圈因磁场变化产生感应电流，这些电流经整流后为手机电池充电。并将电能储存到手机的锂电池内。手机无线充电的工作原理是 。该手机的电池充满电后可储存的电能为 J。将该手机电量从0%充到100%理论上所需的最短时间约为 min。 【答案】 电磁感应现象 109440 22.8 【详解】[1]送电线圈通交流电产生变化的磁场，受电线圈在变化的磁场中会产生感应电流，这正是电磁感应现象的应用。 [2]电池容量，工作电压，储存的电能 [3]充电功率，由得，所需的最短时间 7．手摇交流发电机的模型如图甲所示，摇动其手柄会看到小灯泡发光；交流发电机的原理如图乙所示。回答下列问题。 (1)发电机的工作原理是 ，发电时将机械能转化为电能； (2)图乙可用来演示发电机发出来的是交流电。演示时应 （选填“慢慢”或“快速”）摇动手柄，才能明显地观察到电流表的指针 （选填“左右摆动”或“向一侧摆动”），从而说明发出来的是交流电。 【答案】(1)电磁感应现象 (2) 慢慢 左右摆动 【详解】（1）闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，这是电磁感应现象，这就是发电机的原理，发电机发电时将机械能转化为电能。 （2）[1][2]图乙中电流表的指针左右摆动，这表明该发电机发出的电是交流电。若快速摇动手柄，电流表的指针摆动过快，现象不明显，所以应慢慢摇动手柄，才能明显地观察到电流表指针的左右摆动情况，从而说明发出来的是交流电。 8．利用如图所示的装置探究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入 ；若在a、b之间接入 可演示“电磁感应现象”，此时导体EF相当于电路中的 。（以上均选填“电源”、“用电器”或“灵敏电流计”） 【答案】 电源 灵敏电流计 电源 【详解】[1]因为通电导体在磁场中受力会运动，观察图可知缺少一个电源，因此利用如图所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入电源。 [2]电磁感应现象是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流的现象，将机械能转化为电能，不需要电源，由转换法，利用灵敏电流计显示是否有电流产生，所以若在a、b之间接入灵敏电流计可研究“电磁感应现象”。 [3]当导体EF切割磁感线时，它相当于一个电源，将机械能转化为电能，为整个电路提供电能。 9．观看了电视节目中介绍的古代地动仪后，小明突发奇想，利用所学物理知识自制了一种地震自动报警装置，其简化结构如图所示。当有地震发生时，金属球会在磁环中来回摆动，产生感应电流，使报警器发声报警，该装置的工作原理与 （选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）的工作原理相同。 【答案】动圈式话筒 【详解】该装置的工作原理是金属球摆动带动金属杆切割磁感线，产生感应电流，属于电磁感应现象。 动圈式话筒的工作原理是声音振动带动线圈切割磁感线，产生感应电流，属于电磁感应现象； 动圈式扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力振动，属于通电导体在磁场中受力运动。 因此该装置与动圈式话筒的工作原理相同。 10．某游乐室有一块能发电的地板，当小朋友们在上面跳跃时，小灯泡便会一闪一闪地发光。地板下方铺设的结构如图所示，踩踏地板时，固定在地面上的弹簧线圈做切割 运动，使闭合电路中产生 （选填“交流电”或“直流电”）。该装置中的磁体和线圈相当于电路中的 （选填“电源”或“用电器”）。 【答案】 磁感线 交流电 电源 【详解】[1]踩踏地板时，固定在地面上的弹簧线圈会随地板的上下运动切割磁感线，这是电磁感应现象的核心条件。 [2]线圈上下运动时，切割磁感线的方向会不断变化，因此闭合电路中产生的是交流电。 [3]该装置通过电磁感应将机械能转化为电能，磁体和线圈相当于电路中的电源（电源是提供电能的装置）。 11．用图甲所示装置“探究感应电流产生条件”。 （1）磁体和线框相对静止，闭合开关，观察到灵敏电流计指针 （选填“偏转”或“不偏转”）； （2）实验中，小明和小华发现小量程电流表指针摆动的角度有时会不同.于是，他们想探究产生感应电流的大小与哪些因素有关.经过讨论后，他们提出了以下猜想： 猜想.1：与导体切割磁感线运动的速度大小有关； 猜想2：与磁场的强弱有关。 ①如图甲，小明在同一磁体中驱动装置使线框AB边水平匀速向右运动，读出灵敏电流计测出的数值，记录的部分数据如下表： 实验序号 1 2 3 4 5 速度 1.0 1.5 3.0 3.4 4.0 感应电流I/mA 2 3 6 8 分析表中数据可知：实验验证的猜想 ，第4次感应电流I= mA； ②验证另一猜想时，小华设计了图乙所示的电磁铁代替原有磁体再次实验，此时需要在图乙的电路中再接入的元件是 ； （3）经进一步探究，小明还发现：线框匝数越多，磁场越强，导体切割磁感线的速度越快，产生的感应电流也越大。小明用图丙所示装置探究，电流传感器能将各时刻的电流数据传输到计算机，在电脑屏幕上同步显示出皿图像。已知小明将条形磁铁的N极以lcm/s匀速穿过螺线管时，得到如图丁中虚线所示的曲线，在图丁中用实线画出以2cm/s匀速让同一条形磁铁的N极穿过同一螺线管时的大致图像。 【答案】 不偏转 1 6.8 滑动变阻器 【详解】（1）[1]闭合开关，线框没有做切割磁感线运动，故不会产生感应电流，灵敏电流计不偏转。 （2）[2]实验使用同一磁体，由表中数据可知，线框运动速度不同，故验证猜想1。 [3]由表中数据可知，感应电流I与速度v成正比，所以有 解得 [4]验证猜想2，需要保证切割速度相同，改变磁场的强度，故选用电磁铁，通过滑动变阻器可以改变电磁铁磁场强度。 （3）[5]由猜想1可知，感应电流与导体切割磁感线速度有关，故速度增大，产生感应电流增大，完成切割时间更短，因磁场条件相同，故图像形状与之前大致相同，图像如图所示 12．增程式电动汽车由电池供电，以电动机驱动，可以到充电站给电池充电，也可以由车上的汽油机带动发电机给电池充电。已知某增程式汽车电池可储存电能50kW⋅h，正常行驶时电池消耗电能的80%转化为汽车的机械能。汽油机工作给电池充电时，汽油完全燃烧释放的内能中有40%最终转化成电能并储存于电池。油箱容积为60L，ρ汽油=0.75kg/L，q汽油=4.5×107 J/kg，假设汽车行驶时受到的阻力恒为1000N。在某次测试中，汽车以90km/h的速度行驶了2h，求： (1)发电机的原理是 ，本次测试中汽车行驶的距离是 ？ (2)1L汽油可发电多少J？ (3)该增程式汽车满油满电可行驶多少km？ 【答案】(1) 电磁感应现象 180km (2)1.35×107J (3)792km 【详解】（1）[1]发电机通过导体在磁场中做切割磁感线运动，将机械能转化为电能，其核心原理是电磁感应现象。 [2]本次测试中汽车行驶的距离是 （2）汽油的质量 1L汽油完全燃烧放出的热量 可发电 （3）汽油完全燃烧可发电 该增程式汽车满油满电可产生机械能 该增程式汽车满油满电可行驶的路程 【链接中考】 1．（2025·江苏南京·中考真题）以下实验反映的规律能解释电动机工作原理的是（　　） A．图中，闭合开关，铁钉被吸引 B．图中，闭合开关，水平移动金属棒，灵敏电流计指针偏转 C．图中，闭合开关，线圈转动 D．图中，闭合开关，小磁针偏转 【答案】C 【详解】A．闭合开关，铁钉被吸引，这是电磁铁的原理，即电流的磁效应，通电导线周围存在磁场，能吸引铁磁性物质，不能解释电动机工作原理，故A不符合题意。 B．闭合开关，水平移动金属棒，灵敏电流计指针偏转，这是电磁感应现象，是发电机的工作原理，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生感应电流，与电动机原理不同，故B不符合题意。 C．闭合开关，线圈转动，说明通电线圈在磁场中受到力的作用，电动机就是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，将电能转化为机械能，故C符合题意。 D．闭合开关，小磁针偏转，这是奥斯特实验，表明电流周围存在磁场，说明电流具有磁效应，不能解释电动机的工作原理，故D不符合题意。 故选C。 2．（2025·江苏常州·中考真题）2025年1月，中国科学家发布：月球20亿年前存在磁场，现在无磁场。下列四个实验，若分别在20亿年前、现在的月球表面实施，结果大相径庭的是（　　） A．多次水平拨动 B．闭合开关 C．闭合开关 D．左右移动导线 【答案】A 【详解】A．若月球表面不存在磁场，多次水平拨动，条形磁铁会由于拨动的力的作用静止在不同方向；若20亿年前存在磁场，多次水平拨动，条形磁铁会受月球磁场的作用力，停在南北方向，结果大相径庭，故A符合题意； B．如图所示，闭合开关，电磁铁中有电流通过，电生磁，都会吸引小铁钉，与月球是否存在磁场无关，结果都相同，故B不符合题意； C．如图所示，闭合开关，通电导体在磁场中都会受到力的作用，与月球是否存在磁场无关，结果都相同，故C不符合题意； D．如图所示，闭合开关，左右移动导线，都会切割磁感线产生感应电流，与月球是否存在磁场无关，结果都相同，故D不符合题意。 故选A。 3.（2025·江苏宿迁·中考真题）如图甲所示，将一条长约5米的软导线两端与微电流传感器相连，形成闭合回路。微电流传感器与计算机相连。让两位同学快速甩动软导线，计算机显示的微电流波形如图乙所示，这是 现象，此过程中产生的电流是 （选填“直流电”或“交变电流”），利用这一原理，可制成 （写出一种即可）。 【答案】 电磁感应 交变电流 发电机 【详解】[1][2][3]地球的周围存在磁场，两位同学快速甩动软导线，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，由图乙可知，产生电流，这是电磁感应现象，由图乙可知，电流的大小和方向发生变化，产生的电流是交变电流，发电机就是根据此原理制成的。 4．（2025·江苏扬州·中考真题）在研究电磁感应现象活动中。 (1)摇动发电机模型的手柄，灯泡发光，是因为线圈在 中转动，产生感应电流，把 能转化为电能。 (2)如图，导体AB静止，闭合开关，灵敏电流计指针 ；再让导体AB水平向右运动，灵敏电流计指针 。（选填“偏转”或“不偏转”） 【答案】(1) 磁场 机械 (2) 不偏转 偏转 【详解】（1）[1]发电机模型中，线圈在磁场中转动，切割磁感线产生感应电流 [2]转动手柄时，机械能转化为电能，所以是把机械能转化为电能 。 （2）[1][2]电磁感应现象中，闭合回路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动才会产生感应电流。导体静止时，无电流产生，指针不偏转。导体AB水平向右运动，此时导体做切割磁感线运动产生感应电流，指针偏转。 5．（2023·江苏泰州·中考真题）如图所示，小明和小刚利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体AB和若干导线等器材来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入表格： 序号 导体AB的运动情况 有无感应电流 ① 左右运动 有 ② 上下运动 无 ③ 前后运动 无 ④ 斜向上、斜向下运动 有 （1）分析①、②两次实验现象，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向垂直时，电路中就会产生感应电流。”小刚认为不准确，因为导体AB 运动时，其运动方向也与磁场方向垂直，但无感应电流； （2）采纳小刚意见后，小明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流”，小刚认为不全面，因为导体AB 运动时，也有感应电流； （3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将 能转化为电能；如果将图中的灵敏电流计换成 ，可以探究磁场对电流的作用。 【答案】 前后 斜向上/斜向下 机械 电源 【详解】（1）[1]根据表格中收集现象可以发现，导体AB在蹄形磁体中前后运动时，在磁场中的运动方向与磁场方向垂直时，但这个时候没有感应电流产生，所以小明的说法不正确。 （2）[2]根据表格中收集现象可以发现，导体AB在蹄形磁体中斜向上或斜向下运动时，此时虽然在切割磁感线，但不是垂直切割，也有感应电流产生，所以小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流”是不全面的。 （3）[3]闭合电路的一部分导体在磁场切割磁感线运动时，从而产生感应电流，从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将机械能转化为电能。 [4]要探究磁场对电流的作用，电流中需要有电源，所以可将图中的灵敏电流计换成电源。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 四、电磁感应 发电机 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电磁感应 1 题型2 发电机原理及其应用 8 题型3 交流电与高压输电 13 【能力培优练】 17 【链接中考】 22 【重难题型讲解】 题型1 电磁感应 1. 电磁感应现象 历史上，奥斯特实验证明了“电生磁”，即电流能够产生磁场。许多科学家由此思考：既然电能生磁，那么磁能否生电？英国物理学家法拉第经过长达10年不懈的探索，终于在1831年发现了电磁感应现象，为人类进入电气时代奠定了坚实基础。 电磁感应现象： ①电磁感应现象是指利用磁场产生电流的现象。 ②由电磁感应产生的电流叫做感应电流。 ③这一发现导致了发电机的发明，实现了电能的大规模生产。 2. 产生感应电流的条件 产生感应电流必须同时满足两个条件： ①导体是闭合电路的一部分。 ②导体在磁场中做切割磁感线运动（导体运动的方向与磁场方向不平行，当运动方向与磁场方向相垂直时，切割磁感线运动最明显）。 3. 探究感应电流的产生条件 实验操作 现象 结论与分析 开关断开，导体切割磁感线 电流表指针不偏转 电路不闭合，不能产生感应电流 开关闭合，导体静止 电流表指针不偏转 没有切割磁感线，不能产生感应电流 开关闭合，导体沿磁感线方向运动 电流表指针不偏转 没有切割磁感线，不能产生感应电流 开关闭合，导体切割磁感线运动 电流表指针偏转 产生了感应电流 改变切割方向 电流表指针偏转方向改变 感应电流方向与导体切割方向有关 改变磁场方向 电流表指针偏转方向改变 感应电流方向与磁场方向有关 加快切割速度或增强磁场 电流表指针偏转角度变大 感应电流大小与切割速度和磁场强弱有关 电磁感应定律的特点： 感应电流的方向与导体切割磁感线的方向和磁场方向有关。 感应电流的大小与导体切割磁感线的速度、磁场强弱、导体有效长度、线圈匝数有关。 能量转化方式：电磁感应现象中，导体切割磁感线运动，将机械能转化为电能。 ★培优拓展 判断感应电流方向的方法——右手定则 伸开右手，使拇指与四指在同一平面内并互相垂直，让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。 【典例1-1】下列四幅图的解释，正确的是（　　） A．甲图中卡片磁条在机器内刷过，产生电信号识别卡片信息，是电磁感应现象 B．乙图中对着话筒说话，能把声音传到扬声器，是电流的磁效应 C．丙图中的电磁起重机通电后能吸引金属材料，与电动机的原理相同 D．丁图中的电路通电后，导体棒会沿导轨滑动，与发电机的原理相同 【跟踪训练1】如图是一款外形是小飞机的电动车氛围灯。当骑行电动车时，风吹动小飞机的扇叶转动，小飞机便会发光，既美观又能起到警示作用，从而增加安全性。下列实验原理与发光小飞机的工作原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【跟踪训练2】如图所示，闭合开关，将导体ab水平向右移动，导体cd也随之运动起来。下列说法正确的是（    ） A．甲装置运用的原理是电磁感应 B．甲装置把电能转化为机械能 C．乙装置产生的现象在生活中的应用是发电机 D．若导体ab水平向左移动，导体cd的运动方向不变 【典例1-2】小明利用如图甲所示的装置探究感应电流产生的条件。灵敏电流计电流从哪端流入，指针便向哪边偏转。 (1)为了使实验现象更明显，实验中的AB棒应选用的是________（选填字母）。 A．塑料棒 B．铜棒 C．玻璃棒 (2)实验中通过观察 判断是否有感应电流产生，还可以通过指针偏转的方向判断 。 (3)连接好电路，小明无意间碰到AB棒，发现灵敏电流计的指针发生了偏转，他想知道是否只要AB棒运动就有感应电流产生，为此他进行了一系列探究，并把观察到的现象记录在表中。 实验次数 磁体摆放方向 导体棒运动方向 灵敏电流计指针偏转情况 1 N极在上 竖直向上 不偏转 2 N极在下 竖直向下 不偏转 3 N极在上 水平向左 向右偏转 4 N极在上 水平向右 向左偏转 5 N极在下 水平向左 向左偏转 6 N极在下 水平向右 向右偏转 ①产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动。 ②比较第3、4次实验现象发现，产生的电流的方向跟 有关。 ③比较第3、5次实验现象发现，产生的电流的方向跟 有关。 ④小明将灵敏电流计换成完好的小灯泡，再做第3、4次实验时小灯泡不亮，最可能的原因是 。 (4)实验中小明还发现，当快速晃动导体棒时，感应电流更大。于是小明猜想，感应电流的大小可能与 有关。 (5)发电机的原理与本实验的原理一样，图乙为发电机的示意图，此时线框水平，箭头为线框旋转的方向，此时ab边中的电流方向为 （选填“由a到b”或“由b到a”）。 【跟踪训练1】小华在学习电和磁的相关知识时，完成了下列两个实验。 (1)在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小华用相同的漆包线和铁钉绕制成电磁铁A和B，设计了如图甲所示的电路。 ①图中A、B串联的目的是为了探究电磁铁磁性强弱与 的关系； ②闭合开关后，把得到的实验数据填写在下表中，由此实验可以得出的结论是 ； 线圈（匝数一定） 电流 吸起的大头针的数目 A 50 B 28 A 85 B 53 ③若想要A铁钉吸引大头针的数目减少，则滑动变阻器的滑片应向 （选填“左”或“右”）端移动； (2)小华用如图乙所示的实验装置进一步探究产生感应电流的条件： ①闭合开关，若导体不动，前后移动磁铁，电路中 （选填“有”或“无”）感应电流；左右移动磁铁，电路中 （选填“有”或“无”）感应电流； ②该实验表明：闭合电路的一部分导体，在磁场中做 运动，导体中就会产生感应电流，这种现象就叫做 。 【跟踪训练2】如图甲所示，在“摇绳发电”活动中小明和小宏把一条大约10m长电线的两端连在一个灵敏电流计的两个接线柱上，形成闭合导体回路，然后他们沿某一方向站立并迅速摇动这条电线，发现灵敏电流计的指针摆动。 (1)你认为小明和小宏沿 （选填“东西”或“南北”）方向站立最好； (2)如图乙所示，为了让实验顺利进行，导体AB应选用 （选填“铁棒”或“铜棒”）。实验中通过观察 来判断电路中是否有感应电流； (3)小明将图乙实验中观察到的现象记录在表中。 实验次序 开关 磁场方向 导体AB的运动方向 灵敏电流计的指针 1 断开 上N下S 左右运动 不偏转 2 闭合 上N下S 上下运动 不偏转 3 闭合 上N下S 左右运动 偏转 ①分析实验1和3可知，产生感应电流的条件之一是开关必须保持 ； ②分析实验2和3可知，产生感应电流的另一个条件是电路中的部分导体必须做 ； (4)小明发现当如图乙中导体AB水平左右运动时，电流计的指针也左右偏转，说明电路中产生的感应电流方向是 （选填“变化”或“不变”）的，感应电流的方向与导体运动的方向 （选填“有关”或“无关”）； (5)如果将如图乙中电流计换成 可以探究磁场对通电导体的作用，生活中利用这一原理制成了 （选填“发电机”“电动机”或“电磁起重机”）。 【典例1-3】如图所示，图甲是发电机原理的示意图，图乙中的“○”表示图甲中的导线（观察的视线沿导线由b往a看），在磁场中分别转动到1、2、3、4位置，则从1位置转到4位置的过程中，发电机产生的电流方向 （选填“会变化”或“不变”）。在1位置时，电路中 （选填“会”或“不会”）产生感应电流。 【跟踪训练1】小芳设想完成两个探究实验，首先她探究了某个LED发光的颜色与通过其电流方向的关系，如图1所示。 (1)该LED在两次实验中发光情况如图2所示，两次实验线圈均在转动，线圈1顺时针转动，由此可知线圈2 （选填“顺时针”或“逆时针”）转动； (2)如图，导体棒a与该LED相连；在某磁场中，使a垂直于纸面左右往复运动（虚线为运动轨迹），LED交替发出红、黄光，则该过程a中电流方向 （选填“不变”或“变化”），该磁场可能的分布包括右下图中哪些选项？ （填序号）；以上这种现象就是我们教材中所描述的 现象；利用这种原理人们制成 ； 【跟踪训练2】在“探究感应电流的产生”的实验中，某同学的四次实验情况分别如图所示。 （1）有同学说：“只要闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，就会产生感应电流。”你认为他的说法对吗？ （选填“对”或“不对”），图 可支持你的结论； （2）为了探究感应电流的方向跟磁场方向和导体运动方向之间的关系： ①根据图甲和图乙的实验现象可知：在磁场方向相同的情况下，感应电流的方向与 有关； ②根据图乙和图丁的实验现象可知：在导体的运动方向相同的情况下，感应电流的方向与 有关； （3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是 能转化为 能的过程。 题型2 发电机原理及其应用 1． 发电机的构造 发电机是利用电磁感应原理工作的装置，主要由以下部分组成： 磁体（定子）：提供磁场的永磁体或电磁铁 线圈（转子）：在磁场中旋转的线圈 滑环：两个彼此绝缘的铜环，与线圈两端相连 电刷：与滑环保持滑动接触，将电流引出到外部电路 发电机的工作原理：导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流，人们根据这一原理制造了发电机，实现了机械能向电能的转化。 2． 发电机与电动机的区别与联系 比较项目 发电机 电动机 工作原理 电磁感应 磁场对电流的作用 能量转化 机械能→电能 电能→机械能 电路中的作用 产生电流，对外供电（电源） 由电源供电，消耗电能（用电器） 主要构造 磁体、线圈、滑环、电刷 磁体、线圈、换向器、电刷 实际应用 水电站、风力发电、汽车发电机 电风扇、电动车、洗衣机 ★特别提醒 只有磁生电才能叫做电磁感应。 发电机原理：电磁感应（磁生电），能量转化：机械能→电能。 电动机原理：磁场对电流的作用（电生磁），能量转化：电能→机械能。 发电机原理的判断：凡是利用磁场产生电流的装置，都是应用了电磁感应原理（发电机原理）。常见应用有：发电机、动圈式话筒、汽车速度传感器、电磁流量计等。 【典例2-1】如图所示，闭合S后电动机甲开始转动，同时用皮带带动电动机乙转动，小灯泡发光，此时，电动机乙相当于 （选填“用电器”“开关”或“电源”），此过程中利用的原理与 （选填“动圈式扬声器”或“话筒”）一致。将机械能转化为电能的实验装置是 （填“甲”或“乙”）。 【跟踪训练1】一次科技活动中，青青同学制作了一个小玩具，如图所示。导体AB、CD水平放置在蹄形磁体的磁场中，拉动AB向左移动时，发现CD也向左移动，对此现象下列说法正确的是（    ） A．此实验右侧装置用到了电磁感应原理 B．在此实验中，左侧装置相当于发电机，右侧装置相当于电动机 C．若将左侧实验装置中的磁体的N、S极倒置，拉动AB向左移动时，发现CD向左移动 D．若将右侧实验装置中的磁体的N、S极倒置，拉动AB向左移动时，发现CD向左移动 【跟踪训练2】(1)如图是电动机的模型，磁场由两个电磁铁提供，abcd是线圈，闭合开关。 ①图1中P为磁体N极，Q为磁体 极（选填“N”“S”）。 ②图1中线圈ab边受力方向竖直向下，图2中将电源正负极调转后ab边的受力方向竖直向 （选填“上”“下”），依据是 。 (2)图3中能体现发电机原理是图 （选填“丙”，“丁”），图4表示导体棒（露出一端）垂直于纸面运动时产生了感应电流。则它的运动方向可能是图中的哪些选项？ 。 【典例2-2】小明利用如图甲所示的装置探究感应电流产生的条件。灵敏电流计电流从哪端流入，指针便向哪边偏转。 (1)为了使实验现象更明显，实验中的AB棒应选用的是______（选填字母）。 A．塑料棒 B．铜棒 C．玻璃棒 (2)实验中通过观察 判断是否有感应电流产生，还可以通过指针偏转的方向判断 。 (3)连接好电路，小明无意间碰到AB棒，发现灵敏电流计的指针发生了偏转，他想知道是否只要AB棒运动就有感应电流产生，为此他进行了一系列探究，并把观察到的现象记录在表中。 实验次数 1 2 3 4 5 6 磁体方向 N极在上 N极在下 N极在上 N极在上 N极在下 N极在下 导体棒运动方向 竖直向上 竖直向下 水平向左 水平向右 水平向左 水平向右 灵敏电流计指针偏转情况 不偏转 不偏转 向右偏转 向左偏转 向左偏转 向右偏转 ①产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动。 ②比较第3、4次实验现象发现，产生的电流的方向跟 有关。 ③比较第3、5次实验现象发现，产生的电流的方向跟 有关。 (4)实验中小明还发现，当快速晃动导体棒时，感应电流更大。于是小明猜想，感应电流的大小可能与 有关。 (5)发电机的原理与本实验的原理一样，图乙为发电机的示意图，此时线框水平，箭头为线框旋转的方向，则此时ab边中的电流方向为 （选填“由a到b”或“由b到a”）。 【跟踪训练1】在“探究导体在磁场中运动时产生感应电流条件”实验中，“动手知真”小组利用电流计、开关、U形磁铁、导线、导体棒组成了如图甲所示电路。探究小组将观察到的现象记录在下表中。 开关闭合 导体棒运动方向 电流表指针偏转情况 开关断开 导体棒运动方向 电流表指针偏转情况 竖直上下（乙图） 不偏转 竖直上下（乙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转 水平左右（丁图） 偏转 水平左右（丁图） 不偏转 (1)分析表中信息可知导体在磁场中运动产生感应电流的条件： 电路的一部分导体在磁场中做 ； (2)探究小组观察到磁体不动时，导体棒向右运动指针向右偏转，向左运动指针向左偏转；若导体棒静止不动，磁体向右运动时，观察到电流表指针向 偏转； (3)探究小组发现实验中电流表的指针偏转角度较小，你有什么方法使指针偏转角度变大？答：________。 A．增大导体棒的切割速度 B．减小导体棒的切割速度 (4)如果将电流表换成 ，可以探究磁场对通电导体的作用。 (5)从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是 转化为电能： (6)应用：人们用电磁感应现象制成了 。（选填“电动机”或“发电机”） 【跟踪训练2】图甲所示的是探究电磁感应现象的装置。 (1)闭合开关，让导体AB沿水平方向左右运动，观察到灵敏电流计的指针偏转；若让导体AB由图示位置沿竖直方向上下运动，则灵敏电流计的指针 （选填“偏转”或“不偏转”）。 (2)利用此装置，探究感应电流方向与磁场方向和切割磁感线方向之间的关系，观察到的实验现象记录如下表所示： 实验次序 磁场方向 导体切割磁感线方向 灵敏电流计指针偏转方向 1 向下 向右 向左 2 向上 向右 向右 3 向下 向左 向右 4 向上 向左 向左 在上述四次实验中，比较 两次实验可知，感应电流方向与磁场方向有关。比较 两次实验可知，同时改变磁场方向和导体切割磁感线的方向，感应电流方向不变。 (3)在探究中还发现，导体AB水平向左（或向右）缓慢运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较小；导体AB水平向左（或向右）快速运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较大。这说明感应电流的大小与 有关。 (4)如图乙所示的是实验室用到的手摇发电机模型。将小灯泡换成灵敏电流计，缓慢摇动手柄，观察到灵敏电流计的指针 （选填“左右摆动”或“向一侧摆动”）。这表明该发电机模型产生的电是 （选填“交流”或“直流”）。 题型3 交流电与高压输电 1. 认识交流电 线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生周期性的变化，这种电流叫做交变电流，简称交流电。 我国家庭电路的额定电压是220V，频率是50赫兹（Hz），代表电流在一秒内完成50个周期性变化。周期为0.02秒（s），一个周期内，电流变化方向2次，即一秒内电流变化方向的次数为100次。 2. 高压输电 远距离输电采用高压，这样做的好处是减小输电线路上的电能损失。 远距离输电时，导线的电阻不可忽略，结合公式P=UI可知，当输电功率一定时，电压越高，电流越小。输电线上损失功率P损=I2R，可知电压越高时，传输过程中损失的电能越小。 3. 高压输电的过程 环节 设备 作用 升压 升压变压器 将发电机输出的电压升高，减小电流，降低输电损耗 输电 高压输电线 将电能远距离输送 降压 降压变压器 将高压降低到用户所需的电压（如220V） ★特别提醒 “高压输电不是电压越高越好：电压越高对绝缘要求越高，技术难度越大，投资成本也越高。因此需要综合考虑，选择经济合理的输电电压。 【典例3-1】关于家庭电路，下列说法正确的是（　　） A．通常情况下，各用电器采用并联的方式接在家庭电路中 B．我国家庭电路使用的是交流电，其频率为60 Hz C．为避免产生过多的焦耳热，家庭电路中的导线通常是用超导体制成的 D．空气开关自动断开，一定是电路中出现了短路 【跟踪训练1】我国家庭电路用的是 （选填“直流电”或“交流电”），家中电风扇长时间使用后叶片上粘有大量灰尘，是由于叶片与空气摩擦后带上 而吸引轻小物体；使用测电笔辨别零线或火线时，手不能接触 （选填“笔尖”或“笔尾”）金属体。 【跟踪训练2】如图所示，用漆包线绕成矩形线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场。 闭合开关，由于磁场对 有力的作用，线圈会转动；线圈在磁场中 （选填“能”或“不能”）持续转动。左图是实验室用的手摇发电机，若在发电机和小灯泡的电路里串联一个灵敏电流计，慢慢摇动手柄，观察到电流表的指针 （选填“左右摆动”或“向一侧摆动”），这表明该发电机发出的电是 （选填“直流电”或“交流电”）， 我国使用的照明电是交流电，它的频率是 Hz，周期是 秒。 【典例3-2】我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约70%的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。在保证输送功率不变的情况下，远距离送电采取高压送电的方式来实施。图是远距离输电流程示意图。 (1)发电机的工作原理是 . (2)关于远距离输电，下列表述正确的是________。（选填字母） A．提高输电电压可以减小输电线电阻，从而减小输电损失 B．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 C．若能研制出常温下的超导体，用它制作远距离输电导线，将不需要高压输电方式 (3)若核电站的发电输出电功率为，用的高压进行输电，已知此时输电线的电阻为5，输电线上的热损耗功率为 W：在输送功率不变时，若改用的电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 . (4)远距离输电时某处发生了短路，为确定短路位置，检修员利用电压表、电流表和电源接成如图2所示的电路进行测量，已知甲、乙两地的每根输电线每千米的电阻为，电压表示数为，电流表示数为，则短路位置到甲地的距离为 。 【跟踪训练1】我国的特高压技术已经领先全球，为我们的生产、生活带来了巨大的活力和价值。如图所示，在相距100km的甲、乙两地之间有两条高压输电线，已知每1m输电线的电阻为0.01Ω。在某次强对流天气后输电线的某处发生短路。为确定短路位置，检修员利用电流表、阻值为100Ω的定值电阻R和电压可调的电源接成如图所示电路进行检测。当可调电源提供的电压为200V时，电流表示数为0.2A。求： (1)此时电路的总功率； (2)短路位置离甲地距离多少km； (3)排除短路、线路检修完毕，甲、乙两地恢复正常供电，输电电压为500kV，输电总功率为，此时输电线消耗的电功率为？此时高压输电的输电效率为多少（输电效率为乙地得到电功率与甲地输电总功率之比，用百分数表达）。 【跟踪训练2】2025年5月8日，我国首个“风光火储一体化”特高压工程——陇东至山东±800千伏特高压直流工程竣工投产。工程西起甘肃庆阳换流站，东至山东东平换流站，采用双八百（±800千伏额定电压、800万千瓦额定容量）特高压直流输电技术，输电距离915公里，每年可向山东省输送电量超过360亿千瓦时，每年减少燃煤消耗约1085万吨，减少二氧化碳排放约1490万吨，减少二氧化硫排放约1800吨，减少氮氧化物排放约2700吨，环境效益显著，对于加速我国电力绿色低碳转型、助力实现“双碳”目标具有重要意义。 (1)图甲中，风力发电机组工作时将机械能转化为 能； (2)如图乙，若太阳能电池板的面积为2m2，光电能量转化效率为20%，则在1000W/m2的光照强度下，每小时可以输出多少电能？ (3)若高压输电线每千米的电阻为0.2Ω，在双八百（额定功率等于额定容量）输电技术下，该工程每根输电线每秒放出多少热量？这些热量相当于完全燃烧多少kg的煤放出的热量？（煤的热值q煤=3×107J/kg） (4)东平换流站将800kV的特高压经降压变压器逐级降低成380V或220V的用户所需电压。该电压仍远超人体安全电压，所以，为确保用电安全，日常生活中要做到：不 低压带电体，不靠近高压带电体； (5)陇东地区丰富的风、光资源发电，提供超50%的绿色电能，与传统火力发电相比，请列举一条风、光发电的优点 。 【典例3-3】如图所示，下列物理知识或操作与结果对应错误的是（　　） A．甲：电磁感应→话筒（麦克风） B．乙：电磁感应→扬声器发声 C．丙：磁极间的相互作用→磁悬浮列车 D．丁：闭合开关→电铃发声 【跟踪训练1】如图所示，某同学自制了一个扬声器，将线圈紧密粘贴在纸杯底部，在线圈上方放置一个强磁体，在线圈中通入变化的电流后，导致线圈的磁极不断变化，通过磁体吸引或排斥线圈，带动纸杯振动发声，下列与其原理相同的是（　　） A．金属探测仪 B．手摇发电机 C．电动机 D．动圈式话筒 【跟踪训练2】如图所示，甲、乙、丙、丁分别为动圈式话筒、动圈式扬声器、电动机、发电机的构造示意图或原理示意图，下列说法中正确的是（    ） A．甲与丁的原理相同，都是利用电磁感应原理 B．甲与丙的原理相同，都是利用电磁感应原理 C．乙与丁的原理相同，都是利用磁场对通电线圈有力的作用 D．甲与丙的原理相同，都是利用磁场对通电线圈有力的作用 【能力培优练】 1．下列关于电和磁的说法中正确的是（   ） ①磁感线上某点的切线方向就是此点的磁场方向 ②在通电螺线管内插入铜芯制成电磁铁 ③直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜半环组成的 ④发电机线圈中产生电流是由于电流的磁效应 A．①③ B．②④ C．②③ D．①④ 2．马拉松比赛采用感应芯片进行计时。运动员佩戴感应芯片通过起点和终点磁场地带时，感应芯片里的线圈就会产生电流，激发芯片发送编码信息，系统自动获取信息并计时。下列选项中与感应芯片工作原理相同的是（　　） A． B． C． D． 3．关于图中所示情景说法正确的是（　　） A．甲图中的通电螺线管的B端是螺线管的S极 B．乙图中的手摇发电机的原理与动圈式话筒相同 C．丙图中的插座，孔1没有连接火线或零线，完全无用 D．丁图中手机开启“省电模式”，增大了手机的电功率消耗 4．如图是人工心脏的原理图，当电磁铁通电时因与左侧的磁体相互作用而运动，从而带动活塞运动；泵室通过单向阀门与血管相通，阀门只能向泵室外侧开启；阀门只能向泵室内侧开启。当人工心脏工作时，下列说法正确的是（　　） A．从能量转化角度看，人工心脏的工作原理与发电机相同 B．人工心脏要正常工作，线圈AB中的电流方向就不能改变 C．当线圈中的电流从B流向A时，活塞受到推力向右运动 D．当线圈中的电流从A流向B时，此时血液会流出泵室 5．新能源汽车展厅中，有一个“能量回收与驱动”演示装置，原理如图所示（简化模型）：a、b两个导体棒分别置于两个磁场中，通过导线构成闭合回路。当推动导体棒a左右摆动时，导体棒b会随之摆动。下列分析不正确的是（    ） A．导体棒a相当于发电机，将机械能转化为电能 B．导体棒b相当于电动机，将电能转化为机械能 C．导体棒a的机械能全部转化为导体棒b的机械能 D．导体棒b的摆动方向与导体棒a的摆动方向有关 6．某手机品牌新推出一款手机，其电池工作电压和充电时的电压均为3.8V，容量为8000mA·h，搭载了80W超级快充和50W无线充电技术。手机无线充电技术的原理如图甲、乙所示，交变电流（交流电）通过送电线圈（无线充电板）产生磁场，智能手机内部的受电线圈因磁场变化产生感应电流，这些电流经整流后为手机电池充电。并将电能储存到手机的锂电池内。手机无线充电的工作原理是 。该手机的电池充满电后可储存的电能为 J。将该手机电量从0%充到100%理论上所需的最短时间约为 min。 7．手摇交流发电机的模型如图甲所示，摇动其手柄会看到小灯泡发光；交流发电机的原理如图乙所示。回答下列问题。 (1)发电机的工作原理是 ，发电时将机械能转化为电能； (2)图乙可用来演示发电机发出来的是交流电。演示时应 （选填“慢慢”或“快速”）摇动手柄，才能明显地观察到电流表的指针 （选填“左右摆动”或“向一侧摆动”），从而说明发出来的是交流电。 8．利用如图所示的装置探究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入 ；若在a、b之间接入 可演示“电磁感应现象”，此时导体EF相当于电路中的 。（以上均选填“电源”、“用电器”或“灵敏电流计”） 9．观看了电视节目中介绍的古代地动仪后，小明突发奇想，利用所学物理知识自制了一种地震自动报警装置，其简化结构如图所示。当有地震发生时，金属球会在磁环中来回摆动，产生感应电流，使报警器发声报警，该装置的工作原理与 （选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）的工作原理相同。 10．某游乐室有一块能发电的地板，当小朋友们在上面跳跃时，小灯泡便会一闪一闪地发光。地板下方铺设的结构如图所示，踩踏地板时，固定在地面上的弹簧线圈做切割 运动，使闭合电路中产生 （选填“交流电”或“直流电”）。该装置中的磁体和线圈相当于电路中的 （选填“电源”或“用电器”）。 11．用图甲所示装置“探究感应电流产生条件”。 （1）磁体和线框相对静止，闭合开关，观察到灵敏电流计指针 （选填“偏转”或“不偏转”）； （2）实验中，小明和小华发现小量程电流表指针摆动的角度有时会不同.于是，他们想探究产生感应电流的大小与哪些因素有关.经过讨论后，他们提出了以下猜想： 猜想.1：与导体切割磁感线运动的速度大小有关； 猜想2：与磁场的强弱有关。 ①如图甲，小明在同一磁体中驱动装置使线框AB边水平匀速向右运动，读出灵敏电流计测出的数值，记录的部分数据如下表： 实验序号 1 2 3 4 5 速度 1.0 1.5 3.0 3.4 4.0 感应电流I/mA 2 3 6 8 分析表中数据可知：实验验证的猜想 ，第4次感应电流I= mA； ②验证另一猜想时，小华设计了图乙所示的电磁铁代替原有磁体再次实验，此时需要在图乙的电路中再接入的元件是 ； （3）经进一步探究，小明还发现：线框匝数越多，磁场越强，导体切割磁感线的速度越快，产生的感应电流也越大。小明用图丙所示装置探究，电流传感器能将各时刻的电流数据传输到计算机，在电脑屏幕上同步显示出皿图像。已知小明将条形磁铁的N极以lcm/s匀速穿过螺线管时，得到如图丁中虚线所示的曲线，在图丁中用实线画出以2cm/s匀速让同一条形磁铁的N极穿过同一螺线管时的大致图像。 12．增程式电动汽车由电池供电，以电动机驱动，可以到充电站给电池充电，也可以由车上的汽油机带动发电机给电池充电。已知某增程式汽车电池可储存电能50kW⋅h，正常行驶时电池消耗电能的80%转化为汽车的机械能。汽油机工作给电池充电时，汽油完全燃烧释放的内能中有40%最终转化成电能并储存于电池。油箱容积为60L，ρ汽油=0.75kg/L，q汽油=4.5×107 J/kg，假设汽车行驶时受到的阻力恒为1000N。在某次测试中，汽车以90km/h的速度行驶了2h，求： (1)发电机的原理是 ，本次测试中汽车行驶的距离是 ？ (2)1L汽油可发电多少J？ (3)该增程式汽车满油满电可行驶多少km？ 【链接中考】 1．（2025·江苏南京·中考真题）以下实验反映的规律能解释电动机工作原理的是（　　） A．图中，闭合开关，铁钉被吸引 B．图中，闭合开关，水平移动金属棒，灵敏电流计指针偏转 C．图中，闭合开关，线圈转动 D．图中，闭合开关，小磁针偏转 2．（2025·江苏常州·中考真题）2025年1月，中国科学家发布：月球20亿年前存在磁场，现在无磁场。下列四个实验，若分别在20亿年前、现在的月球表面实施，结果大相径庭的是（　　） A．多次水平拨动 B．闭合开关 C．闭合开关 D．左右移动导线 3.（2025·江苏宿迁·中考真题）如图甲所示，将一条长约5米的软导线两端与微电流传感器相连，形成闭合回路。微电流传感器与计算机相连。让两位同学快速甩动软导线，计算机显示的微电流波形如图乙所示，这是 现象，此过程中产生的电流是 （选填“直流电”或“交变电流”），利用这一原理，可制成 （写出一种即可）。 4．（2025·江苏扬州·中考真题）在研究电磁感应现象活动中。 (1)摇动发电机模型的手柄，灯泡发光，是因为线圈在 中转动，产生感应电流，把 能转化为电能。 (2)如图，导体AB静止，闭合开关，灵敏电流计指针 ；再让导体AB水平向右运动，灵敏电流计指针 。（选填“偏转”或“不偏转”） 5．（2023·江苏泰州·中考真题）如图所示，小明和小刚利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体AB和若干导线等器材来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入表格： 序号 导体AB的运动情况 有无感应电流 ① 左右运动 有 ② 上下运动 无 ③ 前后运动 无 ④ 斜向上、斜向下运动 有 （1）分析①、②两次实验现象，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向垂直时，电路中就会产生感应电流。”小刚认为不准确，因为导体AB 运动时，其运动方向也与磁场方向垂直，但无感应电流； （2）采纳小刚意见后，小明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流”，小刚认为不全面，因为导体AB 运动时，也有感应电流； （3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将 能转化为电能；如果将图中的灵敏电流计换成 ，可以探究磁场对电流的作用。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $