3.4电磁感应培优讲义-2025-2026学年浙教版科学八年级下册培优同步讲义

2025-2026学年浙教版（新教材）八下培优同步讲义 第三章 电磁及其应用 3.4电磁感应 知识要点1 （一）电磁感应现象 1. 1831年英国物理学家法拉第在实验中发现磁生电； 2. 电磁感应原理：当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象就被称为电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 3. 产生感应电流需要满足两个条件：一是电路必须是闭合的，二是要有一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。 4. 感应电流的方向由导体运动方向和磁场方向共同决定，导体运动方向和磁场方向两者改变其一，感应电流方向改变；若两者都改变，则感应电流方向不变。遵循右手定则：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，磁感线垂直穿入掌心，拇指指向导体运动方向，则四指所指方向即为感应电流方向。 5. 感应电流大小与导体切割磁感线的速度、与磁场强弱、线圈转速、线圈匝数及切割磁感线的有效面积成正比。 6. 感应电压：如果电路不闭合，即使导体做切割磁感线运动，也只会在导体两端产生感应电压，不会形成感应电流。 7. 电磁感应现象中，能量转化关系是机械能转化为电能，这一发现进一步揭示了电与磁之间的联系，为发电机的发明奠定了理论基础，开辟了电气化时代。 8. 摇动电线发电实验：取一根长约30 cm的软导线，两端接上小灯泡（或电流表），在强磁铁两极间快速来回摇动导线，可观察到灯泡闪烁（或电流表指针偏转）。把一根大约 10 m长的软电线的两端连接到一个灵敏电流表的两个接线柱上，形成闭合电路。两个同学摇动电线，并不断变化站立方向，电流表指针怎样变化？当两个同学沿哪个方向站立，摇动电线时，产生的电流比较大？ 实验现象：当电线沿垂直于磁感线方向摇动时，电流表指针偏转最明显；若沿平行于磁感线方向摇动，电流表指针几乎不偏转。 9. 电磁感应的应用：除发电机外，电磁感应还广泛应用于变压器、无线充电、金属探测器、MRI（磁共振成像）设备等。如下图所示，分别为电吉他拾音器、滑板车发光轮、手机无线充电线圈、电磁炉线圈等典型应用示意图。 10. 电磁炉：原理是电磁感应现象。利用高频交变电流通过线圈产生高频交变磁场，使锅底金属内自由电子定向移动形成高频涡旋电流，涡旋电流的热效应使导体快速升温，从而使铁锅加热食物。将电能转化为内能加热食物；其工作过程不依赖导体切割磁感线，而是基于电磁感应中的涡流效应，体现了电磁感应原理在生活中的创新应用。 11. 拓展思考：为什么电磁炉只能使用铁质或不锈钢等导磁金属锅具，而不能使用铝锅、铜锅或陶瓷锅？ 答：因为电磁炉依靠交变磁场在锅底激发涡流发热，只有铁、镍、钴等铁磁性材料或部分不锈钢（含铁磁性成分）才能被高频交变磁场强烈磁化，从而在锅底产生足够强的涡流；铝、铜虽为良导体但磁导率低，无法被有效磁化，涡流微弱；陶瓷等绝缘材料则根本不导电，无法产生涡流，故不能用于电磁炉加热。 知识要点2 （2） 发电机 1. 原理：利用电磁感应现象，将机械能转化为电能。 2. 交流电定义：大小和方向均随时间作周期性变化的电流，其周期由线圈转速和磁场分布共同决定，我国的国家电网供应交流电，标准频率为50 Hz，即每秒完成50个完整周期，周期是0.02秒，电流方向每秒改变100次。 3. 直流电定义：方向不随时间变化的电流，如干电池、蓄电池提供的电流。 4. 交流发电机结构主要包括定子（磁体）和转子（线圈），当线圈在磁场中旋转时，切割磁感线产生周期性变化的感应电流，从而输出交流电。工作时，线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，因此输出电流为交变电流。 5. 实际使用的大型交流发电机通常采用“旋转磁极式”结构，即定子为输出电流的线圈，转子为电磁铁，以减小转动时的机械损耗并提高稳定性；转子由外部动力（如水轮机、汽轮机）驱动旋转，产生旋转磁场。为了得到较强的磁场，用电磁铁来代替永磁体，通入直流电后可产生强而稳定的磁场，从而显著提升发电效率。 6. 发电机和电动机在能量转化上互为逆过程：发电机将机械能转化为电能，电动机则将电能转化为机械能；二者结构相似，但核心部件（如线圈与磁体）的相对运动方式和能量流向相反；例如，电动机通电后线圈在磁场中受力转动，而发电机则是外力驱动线圈（或磁体）运动从而产生电流；二者在实际应用中也常可互逆：某些直流电机在外部机械驱动下即可作为发电机使用，这在工程实践中被称为“可逆电机”原理。 （3） 电与磁的发展史 1. 公元前6世纪，中国和古希腊人发现天然磁石吸引铁屑的现象。 2. 公元前3世纪，我国就有司南（指南针）的记载，北宋时期指南针开始用于航海，推动了世界航海技术的发展，我国是最早将指南针用于航海的国家； 3. 1600年英国科学家吉尔伯特系统研究磁现象，指出地球本身是一个巨大磁体； 4. 1820年丹麦奥斯特发现电流的磁效应（电生磁），首次揭示电与磁之间的联系； 5. 1831年英国法拉第发现磁生电 ，成功实现了“磁生电”的突破，标志着电磁感应现象的正式发现，为发电机、变压器等电力设备的发明奠定了理论基础； 6. 1866年西门子发明了自激式直流发电机，使人类获得了廉价电能； 7. 1873年英国麦克斯韦建立电磁场统一理论，预言了电磁波的存在； 8. 1887年德国赫兹通过实验证实了电磁波的存在，为电磁学的发展与应用开辟了广阔前景。无线电波、微波、可见光、X射线、红外线、紫外线、γ射线等都属于电磁波。 9. 1895年意大利马可尼实现无线电通信，1901年马可尼成功实现跨大西洋无线电通信； 10. 20世纪50年代磁存储、磁共振成像（MRI）、核磁共振等现代技术相继问世；20世纪末以来，电磁技术已深度融入现代生活：从智能电网、高速磁悬浮列车，到5G通信、无线充电、量子计算等前沿科技，无不彰显电磁理论与技术对人类文明演进的深远影响。 【典例1】下列四幅图中能反映发电机原理的是（　　） A． B． C． D． 【典例2】在交流发电机中，当线圈平面，①转至与磁感线平行时，感应电流最大；②转过与磁感线平行时，感应电流改变方向；③发电机线圈每转过一圈，电流的方向改变一次；④当线圈不动，磁极转动时，也会有感应电流产生。以上说法正确的是（   ） A．①③ B．②③ C．①④ D．①②④ 【典例3】3月30日，温州龙湾半程马拉松在温州奥体中心鸣枪开跑。马拉松比赛采用的计时方式为感应芯片计时，当参赛者通过起点和终点设置的磁场地带时，芯片里的线圈会产生电流，驱动芯片发射信号并被接收，系统实时获取计时信息。以下设备和马拉松计时芯片工作原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【典例4】2025年4月24日神舟二十号载人飞船与空间站完成自主对接，为减小对接过程中的震动以保证安全，飞机内置了电磁阻尼器，它可以简化为如图所示的磁铁和线圈构成。当线圈水平向左运动时，线圈的ab边中会产生电流，同时ab边受到向右的磁力F，以减缓靠近速度。以下说法不正确的是（　　） A．线圈的ab边中会产生电流是因为其发生了电磁感应现象 B．只改变磁场方向，ab边中通过的电流方向随之改变 C．只改变磁场方向，ab边受到的磁力F方向不变 D．该过程是将电能转化成了机械能 【典例5】如图所示为研究电磁感应的实验装置，下列操作能使灵敏电流表指针偏转的是（    ） A．导体ab沿②方向上下运动 B．导体ab沿①方向左右运动 C．磁体沿②方向上下运动 D．磁体沿③方向前后运动 【典例6】2025年，第四批052D驱逐舰的飞行甲板上，全新涂装的Z•20F舰载反潜直升机揭开面纱。如图甲，这款代号“黑旋风”的国产机型，其机尾有根“棍子”，叫做舰载磁异探测器，它能将潜艇经过海域引起的磁场强弱变化转为相应的变化电流，从而发现潜艇的存在。那么，感应电流是如何产生的呢？下面是小明的探究过程，如图乙所示。请帮他解答相应问题。 (1)小明进行了如图丙中的1-5五次操作，在1-5逐次操作中电流表指针能发生偏转的是1、3、4；小明分析实验现象，得出了产生感应电流的条件：闭合电路中的一部分导体在磁场中做 时，导体中就会产生感应电流。在此装置中， 相当于电源； (2)在探究实验中，小明发现每次电流表指针摆动的角度不同，猜想可能与导体切割磁感线运动速度有关。小明为了验证自己的猜想，再次利用如图乙装置进速行多次实验（导体运动区域的磁场强弱相同）。如表所示是实验测得的数据，分析数据可得出结论：在磁场强弱相同时， ； 实验次数 1 2 3 4 5 速度v/cm/s 1 2 3 4 5 电流I/mA 2.0 4.0 5.9 8.1 10.2 (3)图中实验现象与 （选填“动圈式话筒”或“扬声器”）的工作原理相同。 【典例7】无线充电技术已广泛应用于智能手机。如图甲，将手机静置于充电器上方即可进行充电。相对静止的手机和充电器间是如何产生电流，进而对手机充电?兴趣小组开展下列研究： 【查阅资料】当前一种无线充电技术是利用电磁感应原理，充电器和手机内各有一个线圈。 【初步探究】兴趣小组设计了图乙所示的电路模拟手机无线充电，其中A、B是线圈，G是灵敏电流表。他们进行了相关实验，操作和结果如表所示。 序号 操作 电流表指针有无偏转 1 闭合开关前 无 2 闭合开关瞬间 有 3 闭合开关一段时间 无 4 断开开关瞬间 有 …… (1)图乙中模拟手机内线圈的是 （填“A”或“B”）； (2)上述实验初步得出：当线圈B中电流的有无发生变化时，会导致线圈B周围 的有无也发生变化，线圈A就会瞬间产生感应电流； (3)【继续探究】如何持续产生感应电流? 该小组继续实验发现：当线圈B磁场强弱持续发生变化时，线圈A 都能产生感应电流。则他们的实验操作是 ； (4) 生活中将无线充电器直接接入家庭电路，无需其他操作即可持续对手机进行充电，其原因是 。 题组A 夯实基础过关练 1．如图所示实验，说法正确的是（   ） A．甲图说明通电导体周围存在磁场 B．乙图说明电磁铁磁性强弱与电流大小有关 C．丙图说明通电导体在磁场中要受到力的作用 D．丁图说明导体在磁场中运动能产生感应电流 2．支付宝“碰一碰”收款设备能不断发出变化的磁场，当付款手机靠近时，手机内的NFC芯片产生感应电流被激活，完成信息交换。下列实验中能反映其工作原理的是（　　） A． B． C． D． 3．小明自制了一款夜跑灯，结构如图甲所示：线圈缠绕在塑料水管外壳上并与LED灯构成闭合电路，磁体在水管中会随着跑步者摆臂而来回移动。下列分析正确的是（　　） A．夜跑灯的工作原理是电流的磁效应 B．运动时加速摆臂，线圈中的感应电流大小不变 C．为提高LED灯的亮度，可换用磁性更强的磁体 D．跑步摆臂时，图甲的夜跑灯更适合平放于图乙P处 4．在高速公路收费站，我们经常看到自动收费系统(简称ETC)。当车辆靠近收费站时，固定在车道上的路测单元(RSU)自动产生电磁场，车内的收费仪器接收到磁信号后会在线圈中产生感应电流并自动完成支付。下列选项中与车内收费仪器完成自动支付功能的原理相同的是（   ） A． B． C． D． 5．如图所示，下列判断正确的是（　　） A．甲、乙两图都是直流电动机模型 B．甲、乙两图都是直流发电机模型 C．甲图表示的是电动机模型，乙图表示的是发电机模型 D．甲图表示的是发电机模型，乙图表示的是电动机模型 6．如图所示，甲、乙、丙、丁是四幅实验图。下列说法正确的是（    ） A．甲实验说明电流周围存在磁场 B．乙实验利用了电流的磁效应 C．丙实验说明了电磁感应的原理 D．丁图中，小磁针的N极指向地磁北极 7．如图所示是一种磁性门锁的工作原理示意图：闭合开关，电磁铁吸引插销，门打开；断开开关，在弹簧的作用下，插销重新插入门锁插槽，门锁上。下列有关磁性门锁的说法错误的是（　　） A．制作插销的材料可以选择铁 B．电磁铁的原理是电磁感应现象 C．门锁插槽需要定期抹油以减小摩擦 D．需定期更换电池，避免打不开门 8．如图是我国的自动充电高速公路的示意图，该高速的地下铺设有通电线圈，当汽车在高速行驶时，电动汽车的车载感应线圈内就会产生感应电流，从而实现汽车在行驶的过程中的充电。 (1)下图中可以反应汽车充电原理的示意图是 。 (2)要增大电动车感应线圈中的电流，可采用什么措施是 。（写出一条） 9．如图甲是用来检测血流速度和血流量的电磁流量计。其原理如图乙所示，使用时将血管放置于两磁极之间，金属电极A、B与血管壁接触，仪表与电极A、B相连。血液在血管中流动时A、B间就会有电压，产生的电流通过仪表从而显示出血流速度和流量。电磁流量计的工作原理是 ，利用类似的电磁流量计可以测量以下哪种液体的流量 （填序号）。 ①盐水　 ②蒸馏水　 ③食用油 10．课堂上老师用图甲所示电路研究“产生感应电流的条件”，小科同学受此启发，设计了如图乙所示的电路来研究“产生感应电流的方向与哪些因素有关”。实验步骤及现象如表所示： 操作序号 实验步骤 灵敏电流计偏转情况 1 闭合开关，A、B保持相对静止 不偏转 2 闭合开关，A静止，B向下运动 向左 3 闭合开关，A静止，____ 向右 4 闭合开关，A、B保持相对静止，滑片向左移动 向左 5 闭合开关，A、B保持相对静止，滑片向右移动 向右 6 改变电源正负极，闭合开关，A、B保持相对静止，滑片向左移动 向右 7 改变电源正负极，闭合开关，A、B保持相对静止，滑片向右移动 向左 (1)请用笔替代导线，完成图甲中的电路连接。 。 (2)根据操作2、3可得出：感应电流方向与线圈切割磁场方向有关。补充操作3的实验步骤： 。 (3)进行操作1时，灵敏电流计没有发生偏转，小科认为可能是磁场太弱的缘故，此时他可以进行的尝试有 。 (4)通过对比序号 ，小科同学得出产生感应电流的方向还与磁场方向有关。 11．小欢和小乐利用如图甲所示装置探究“导体在磁场中产生感应电流的条件”，相关步骤及结果如表所示。 序号 开关 AB 棒运动情况 灵敏电流计的指针偏转情况 ① 断开 左右运动 不偏转 ② 闭合 左右运动 偏转 ③ 闭合 上下运动 不偏转 (1)装置中，AB棒可能是 （选填“铁棒”“铝棒”或“塑料棒”）。 (2)对比①和②可知，产生感应电流的条件之一是 。 (3)对比②和③，小欢认为产生感应电流的条件之一是电路中的部分导体必须左右运动；小乐则认为产生感应电流的条件之一是电路中的部分导体需做切割磁感线运动，并不一定要左右运动。为了验证小欢观点的错误，小乐通过 （填写实验操作），让AB棒上下运动也产生了感应电流。 (4)依据探究结论，在如图乙所示的“摇绳发电”活动中，小欢和小乐应沿 （选填“东西”或“南北”）方向站立并摇绳。 题组B 拓展培优提分练 12．我国第一首076型两栖攻击舰“四川舰”于2024年底正式下水，它兼具航母和两栖攻击舰的功能，配置了电磁弹射（如右图所示）。电磁弹射的发射轨道相当于两根金属导轨，弹射车相当于金属棒，横在导轨上，通电后磁场对弹射车产生推力作用，从而使弹射车牵引飞机快速运动。该原理与以下哪个原理相同（　　） A． B． C． D． 13．磁共振成像是一种较新的医学成像技术，它采用强静磁场和变化磁场使人体组织成像。若携带金属物做磁共振成像，强静磁场会吸引铁质物品，变化磁场会使携带的金属中产生感应电流，从而使金属发热而灼伤病人，重则危及生命。上述说明中，没有涉及的知识是（　　） A．铁在磁场里会被磁化 B．电磁感应原理 C．电流的磁效应 D．电流的热效应 14．回答下列电磁学方面的问题。 (1)1820年4月，丹麦物理学家 发现了电流的磁效应，打开了通向电与磁联系的大门。 (2)如图甲所示是小乐设计的研究“电磁铁磁性强弱可能跟线圈匝数多少有关”的实验电路图。实验步骤如下： 步骤一：实验时，用铁芯和漆包线绕制匝数为20匝的电磁铁，并接入电路中的AB两端，其他元件如图正确连接； 步骤二：闭合开关S，调节滑动变阻器使电流表示数为1A，用电磁铁去吸引大头针，记录数据； 步骤三：断开开关S，用匝数为50匝的电磁铁替换20匝的电磁铁。闭合开关S，再用电磁铁去吸引大头针，记录数据。 实验时通过观察 来判断电磁铁磁性的强弱；小乐分析后，发现步骤三中存在错误，该错误是 ； (3)如图乙、丙为小红所做的探究实验。如图乙所示，当导体棒ab在蹄形磁体中静止时，小磁针N极指向下； 如图丙所示，当导体棒ab水平向右运动时，小磁针的N极指向右。当导体棒ab竖直向上运动时，小磁针的N极指向 （选填“上”、“下”、“左”或“右”）；人们利用该实验过程中的能量转化原理，在生活中制成了 ； (4)小聪用图丁所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用”，应在M、N之间接入 （选填“小量程电流表”、“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）。 15．小金对手机无线充电的原理感到好奇。查阅资料得知：充电时充电器内的发射线圈产生磁场，手机内的接收线圈会产生感应电流给电池充电，结构如图甲。学过电磁感应原理的小科提出质疑：手机和充电器在充电过程中都不动，并没有做切割磁感线运动，为何会产生感应电流？对此，他设计了图乙实验进行验证。（P线圈代表接收线圈，Q线圈代表发射线圈） (1)闭合开关后灵敏电流计指针被没有发生偏转，于是小金将滑片向左移。他的这一操作是基于什么猜想？ ； (2)他将滑片向左移后，仍未观察到指针偏转，但在断开开关、闭合开关、移动滑片时灵敏电流计指针均有明显偏转。请教老师后得知当闭合电路围成的平面内，磁感线数量发生改变时，电路中能产生感应电流。请根据上述事实分析，在该实验中若导体ab上下运动时（图丙），则闭合电路中不产生感应电流的原因是：导体ab上下运动时， ； (3)小金发现不同情况下灵敏电流计指针偏转方向不同。他猜测与Q线圈中的电流方向改变有关，于是进行实验并记录现象。实验结束后，小科分析自己原先的猜想是不正确，理由就是：从表格中的 两次实验可知，Q线圈中的电流方向改变，其他条件不变，灵敏电流计指针偏转方向不改变，说明感应电流方向与Q线圈中的电流方向无关。 实验次数 开关及滑动变阻器状态 灵敏电流计指针偏转方向 1 开关由断开变为闭合 向左 2 开关由闭合变为断开 向右 3 开关闭合时，滑片向左移动 向左 4 开关闭合时，滑片向右移动 向右 5 开关闭合后，滑片不移动 不偏转 6 改变电源正负极，闭合开关，滑片向左移动 向左 7 改变电源正负极，闭合开关，滑片向右移动 向右 16．学校开展项目化学习挑战赛——为夜跑者设计制作节能夜跑灯。 【提供器材】塑料水管、胶塞、圆柱形强磁体、漆包线、LED灯（图甲，LED灯具有单向导电性，当电流从“+”极流入时，LED灯会发光，当电流从“-”极流入时，LED灯不发光）等。 【方案设计】乙图为小柯设计的节能夜跑灯结构图，当磁体在水管中来回移动时，塑料水管外与线圈相连的LED灯发光。 【产品制作】小柯用磁性相同的磁体，以正常跑步时甩臂的速度切割磁感线，得到感应电压大小和线圈匝数关系如丙所示。 【项目评价】 节能夜跑灯产品性能评价量表（节选） 评价指标 5分 3分 1分 发光情况 两盏LED灯交替发光 两盏LED灯发光 一盏LED灯发光 使用情况 日常跑步甩臂发光 快于日常跑步甩臂发光 手中摇动发光 (1)设计制作节能夜跑灯，将日常跑步产生的机械能转化为电能，使LED灯发光，这是利用 原理； (2)如图丁，为使节能夜跑灯跑步时自动发光，将其佩戴在 （选填“A”或“B”）位置比较合适，请简述理由 ； (3)若LED灯正常发光需要的电压为18V、根据表中数据分析，在其他条件不变的情况下，小组同学至少要绕制 匝的线圈； (4)根据评价表，小科设计的夜跑灯“发光情况”一项评分为1分。请在图戊所示虚线框内画出改进后的设计图，使该指标达到5分。 6 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025-2026学年浙教版（新教材）八下培优同步讲义 第三章 电磁及其应用 3.4电磁感应 知识要点1 （一）电磁感应现象 1. 1831年英国物理学家法拉第在实验中发现磁生电； 2. 电磁感应原理：当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象就被称为电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 3. 产生感应电流需要满足两个条件：一是电路必须是闭合的，二是要有一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。 4. 感应电流的方向由导体运动方向和磁场方向共同决定，导体运动方向和磁场方向两者改变其一，感应电流方向改变；若两者都改变，则感应电流方向不变。遵循右手定则：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，磁感线垂直穿入掌心，拇指指向导体运动方向，则四指所指方向即为感应电流方向。 5. 感应电流大小与导体切割磁感线的速度、与磁场强弱、线圈转速、线圈匝数及切割磁感线的有效面积成正比。 6. 感应电压：如果电路不闭合，即使导体做切割磁感线运动，也只会在导体两端产生感应电压，不会形成感应电流。 7. 电磁感应现象中，能量转化关系是机械能转化为电能，这一发现进一步揭示了电与磁之间的联系，为发电机的发明奠定了理论基础，开辟了电气化时代。 8. 摇动电线发电实验：取一根长约30 cm的软导线，两端接上小灯泡（或电流表），在强磁铁两极间快速来回摇动导线，可观察到灯泡闪烁（或电流表指针偏转）。把一根大约 10 m长的软电线的两端连接到一个灵敏电流表的两个接线柱上，形成闭合电路。两个同学摇动电线，并不断变化站立方向，电流表指针怎样变化？当两个同学沿哪个方向站立，摇动电线时，产生的电流比较大？ 实验现象：当电线沿垂直于磁感线方向摇动时，电流表指针偏转最明显；若沿平行于磁感线方向摇动，电流表指针几乎不偏转。 9. 电磁感应的应用：除发电机外，电磁感应还广泛应用于变压器、无线充电、金属探测器、MRI（磁共振成像）设备等。如下图所示，分别为电吉他拾音器、滑板车发光轮、手机无线充电线圈、电磁炉线圈等典型应用示意图。 10. 电磁炉：原理是电磁感应现象。利用高频交变电流通过线圈产生高频交变磁场，使锅底金属内自由电子定向移动形成高频涡旋电流，涡旋电流的热效应使导体快速升温，从而使铁锅加热食物。将电能转化为内能加热食物；其工作过程不依赖导体切割磁感线，而是基于电磁感应中的涡流效应，体现了电磁感应原理在生活中的创新应用。 11. 拓展思考：为什么电磁炉只能使用铁质或不锈钢等导磁金属锅具，而不能使用铝锅、铜锅或陶瓷锅？ 答：因为电磁炉依靠交变磁场在锅底激发涡流发热，只有铁、镍、钴等铁磁性材料或部分不锈钢（含铁磁性成分）才能被高频交变磁场强烈磁化，从而在锅底产生足够强的涡流；铝、铜虽为良导体但磁导率低，无法被有效磁化，涡流微弱；陶瓷等绝缘材料则根本不导电，无法产生涡流，故不能用于电磁炉加热。 知识要点2 （2） 发电机 1. 原理：利用电磁感应现象，将机械能转化为电能。 2. 交流电定义：大小和方向均随时间作周期性变化的电流，其周期由线圈转速和磁场分布共同决定，我国的国家电网供应交流电，标准频率为50 Hz，即每秒完成50个完整周期，周期是0.02秒，电流方向每秒改变100次。 3. 直流电定义：方向不随时间变化的电流，如干电池、蓄电池提供的电流。 4. 交流发电机结构主要包括定子（磁体）和转子（线圈），当线圈在磁场中旋转时，切割磁感线产生周期性变化的感应电流，从而输出交流电。工作时，线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，因此输出电流为交变电流。 5. 实际使用的大型交流发电机通常采用“旋转磁极式”结构，即定子为输出电流的线圈，转子为电磁铁，以减小转动时的机械损耗并提高稳定性；转子由外部动力（如水轮机、汽轮机）驱动旋转，产生旋转磁场。为了得到较强的磁场，用电磁铁来代替永磁体，通入直流电后可产生强而稳定的磁场，从而显著提升发电效率。 6. 发电机和电动机在能量转化上互为逆过程：发电机将机械能转化为电能，电动机则将电能转化为机械能；二者结构相似，但核心部件（如线圈与磁体）的相对运动方式和能量流向相反；例如，电动机通电后线圈在磁场中受力转动，而发电机则是外力驱动线圈（或磁体）运动从而产生电流；二者在实际应用中也常可互逆：某些直流电机在外部机械驱动下即可作为发电机使用，这在工程实践中被称为“可逆电机”原理。 （3） 电与磁的发展史 1. 公元前6世纪，中国和古希腊人发现天然磁石吸引铁屑的现象。 2. 公元前3世纪，我国就有司南（指南针）的记载，北宋时期指南针开始用于航海，推动了世界航海技术的发展，我国是最早将指南针用于航海的国家； 3. 1600年英国科学家吉尔伯特系统研究磁现象，指出地球本身是一个巨大磁体； 4. 1820年丹麦奥斯特发现电流的磁效应（电生磁），首次揭示电与磁之间的联系； 5. 1831年英国法拉第发现磁生电 ，成功实现了“磁生电”的突破，标志着电磁感应现象的正式发现，为发电机、变压器等电力设备的发明奠定了理论基础； 6. 1866年西门子发明了自激式直流发电机，使人类获得了廉价电能； 7. 1873年英国麦克斯韦建立电磁场统一理论，预言了电磁波的存在； 8. 1887年德国赫兹通过实验证实了电磁波的存在，为电磁学的发展与应用开辟了广阔前景。无线电波、微波、可见光、X射线、红外线、紫外线、γ射线等都属于电磁波。 9. 1895年意大利马可尼实现无线电通信，1901年马可尼成功实现跨大西洋无线电通信； 10. 20世纪50年代磁存储、磁共振成像（MRI）、核磁共振等现代技术相继问世；20世纪末以来，电磁技术已深度融入现代生活：从智能电网、高速磁悬浮列车，到5G通信、无线充电、量子计算等前沿科技，无不彰显电磁理论与技术对人类文明演进的深远影响。 【典例1】下列四幅图中能反映发电机原理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．图示的是闭合电路的导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，是电磁感应现象，属于发电机的工作原理，故A符合题意；B．图示的是通电螺线管周围的磁场，是电流的磁效应形成的，故B不符合题意；C．图示的是奥斯特实验，说明了电流周围存在磁场，故C不符合题意；D．图示的通电导体在磁场中受到力的作用，是电动机的工作原理，故D不符合题意。故选A。 【典例2】在交流发电机中，当线圈平面，①转至与磁感线平行时，感应电流最大；②转过与磁感线平行时，感应电流改变方向；③发电机线圈每转过一圈，电流的方向改变一次；④当线圈不动，磁极转动时，也会有感应电流产生。以上说法正确的是（   ） A．①③ B．②③ C．①④ D．①②④ 【答案】C 【详解】①线圈在转至与磁感线平行时，线圈做切割磁感线运动，此时线圈中的感应电流最大，故①正确；②线圈在转过与磁感线平行时，线圈运动方向和磁感线方向都不变，所以线圈中电流方向不变，故②错误；③线圈在转动过程中，当转过与磁感线垂直位置时，这一瞬间感应电流方向改变，故③错误；④当线圈不动，磁极转动时，仍满足做切割磁感线运动，会产生感应电流，故④正确。 综合上述分析，故C正确，ABD错误。故选C。 【典例3】3月30日，温州龙湾半程马拉松在温州奥体中心鸣枪开跑。马拉松比赛采用的计时方式为感应芯片计时，当参赛者通过起点和终点设置的磁场地带时，芯片里的线圈会产生电流，驱动芯片发射信号并被接收，系统实时获取计时信息。以下设备和马拉松计时芯片工作原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由题意可知马拉松计时芯片工作原理是电磁感应现象。A．该实验是奥斯特实验，说明通电导体的周围存在磁场，故A不符合题意；B．该图是电磁铁，通电后有磁性，能够吸引大头针，其原理是电流的磁效应，故B不符合题意；C．该实验说明磁生电，是电磁感应现象，和马拉松计时芯片的原理相同，故C符合题意；D．该实验说明通电导体在磁场中会受到力的作用，是电动机原理，故D不符合题意。故选C。 【典例4】2025年4月24日神舟二十号载人飞船与空间站完成自主对接，为减小对接过程中的震动以保证安全，飞机内置了电磁阻尼器，它可以简化为如图所示的磁铁和线圈构成。当线圈水平向左运动时，线圈的ab边中会产生电流，同时ab边受到向右的磁力F，以减缓靠近速度。以下说法不正确的是（　　） A．线圈的ab边中会产生电流是因为其发生了电磁感应现象 B．只改变磁场方向，ab边中通过的电流方向随之改变 C．只改变磁场方向，ab边受到的磁力F方向不变 D．该过程是将电能转化成了机械能 【答案】D 【详解】A．由图根据电磁感应原理知道，当线圈水平向左运动时，线圈的ab边切割磁感线产生感应电流，线圈中会产生感应电流，即线圈ab边中产生电流的原理是电磁感应，故A正确，不符合题意；B．感应电流的方向与磁场方向有关，只改变磁场方向，ab边中通过的电流方向随之改变，故B正确，不符合题意；C．通电导线在磁场中受到力的方向与电流的方向和磁感线的方向有关，要改变受力的方向有两种方法：①可保持磁场方向不变，改变电流方向；②可保持电流方向不变，改变磁场方向，故C正确，不符合题意；D．做切割磁感线运动，产生了感应电流，这是电磁感应现象，此过程中机械能转化为了电能，利用该原理制成了发电机，故D错误，符合题意。故选D。 【典例5】如图所示为研究电磁感应的实验装置，下列操作能使灵敏电流表指针偏转的是（    ） A．导体ab沿②方向上下运动 B．导体ab沿①方向左右运动 C．磁体沿②方向上下运动 D．磁体沿③方向前后运动 【答案】B 【详解】要使电路中产生感应电流，必须满足两个条件，一是要有闭合的回路；二是要有部分导体切割磁感线；对照选项可知，磁体不动，导体ab沿①方向左右运动能够切割磁感线运动，或导体ab不动，磁体沿①方向左右移动，也能切割磁感线运动，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 【典例6】2025年，第四批052D驱逐舰的飞行甲板上，全新涂装的Z•20F舰载反潜直升机揭开面纱。如图甲，这款代号“黑旋风”的国产机型，其机尾有根“棍子”，叫做舰载磁异探测器，它能将潜艇经过海域引起的磁场强弱变化转为相应的变化电流，从而发现潜艇的存在。那么，感应电流是如何产生的呢？下面是小明的探究过程，如图乙所示。请帮他解答相应问题。 (1)小明进行了如图丙中的1-5五次操作，在1-5逐次操作中电流表指针能发生偏转的是1、3、4；小明分析实验现象，得出了产生感应电流的条件：闭合电路中的一部分导体在磁场中做 时，导体中就会产生感应电流。在此装置中， 相当于电源； (2)在探究实验中，小明发现每次电流表指针摆动的角度不同，猜想可能与导体切割磁感线运动速度有关。小明为了验证自己的猜想，再次利用如图乙装置进速行多次实验（导体运动区域的磁场强弱相同）。如表所示是实验测得的数据，分析数据可得出结论：在磁场强弱相同时， ； 实验次数 1 2 3 4 5 速度v/cm/s 1 2 3 4 5 电流I/mA 2.0 4.0 5.9 8.1 10.2 (3)图中实验现象与 （选填“动圈式话筒”或“扬声器”）的工作原理相同。 【答案】(1)切割磁感线运动 导体AB (2)导体切割磁感线速度越大，感应电流越大 (3)动圈式话筒 【详解】（1）[1][2]分析图丙可知，2、5没有切割磁感线，没有产生感应电流；1、3、4切割磁感线，产生感应电流，由此可以得出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时，导体中就会产生感应电流。此时导体AB在磁场中运动，产生感应电流，把机械能转化为电能，则导体AB相当于电源。 （2）由表格数据可知，导体运动的速度越大，产生的感应电流越强，则可得出结论：在磁场强弱相同时，导体切割磁感线速度越大，产生的感应电流越大。 （3）动圈式话筒是利用电磁感应原理工作的，扬声器是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理工作的，图中实验现象原理为电磁感应现象，所以动圈式话筒的工作原理和图中实验现象的原理相同。 【典例7】无线充电技术已广泛应用于智能手机。如图甲，将手机静置于充电器上方即可进行充电。相对静止的手机和充电器间是如何产生电流，进而对手机充电?兴趣小组开展下列研究： 【查阅资料】当前一种无线充电技术是利用电磁感应原理，充电器和手机内各有一个线圈。 【初步探究】兴趣小组设计了图乙所示的电路模拟手机无线充电，其中A、B是线圈，G是灵敏电流表。他们进行了相关实验，操作和结果如表所示。 序号 操作 电流表指针有无偏转 1 闭合开关前 无 2 闭合开关瞬间 有 3 闭合开关一段时间 无 4 断开开关瞬间 有 …… (1)图乙中模拟手机内线圈的是 （填“A”或“B”）； (2)上述实验初步得出：当线圈B中电流的有无发生变化时，会导致线圈B周围 的有无也发生变化，线圈A就会瞬间产生感应电流； (3)【继续探究】如何持续产生感应电流? 该小组继续实验发现：当线圈B磁场强弱持续发生变化时，线圈A 都能产生感应电流。则他们的实验操作是 ； (4) 生活中将无线充电器直接接入家庭电路，无需其他操作即可持续对手机进行充电，其原因是 。 【答案】(1)A (2)磁场 (3)见解析 (4)见解析 【详解】（1）无线充电中，充电器内线圈通过变化电流产生磁场，手机内线圈在磁场中产生感应电流。图乙中，B线圈与电源等构成电路，A线圈与灵敏电流表构成电路，类似手机线圈，产生感应电流，所以模拟手机内线圈的是A。 （2） 因为电流周围存在磁场，所以当线圈B中电流的有无发生变化时，会导致线圈B周围磁场的有无也发生变化，从而使线圈A瞬间产生感应电流。 （3） 要使线圈B磁场强弱持续变化，可通过改变线圈B中电流大小实现，电路中有滑动变阻器，所以实验操作是移动滑动变阻器的滑片，使线圈B中的电流大小持续变化，这样线圈B磁场强弱持续变化，线圈A就能持续产生感应电流。 （4）家庭电路是交流电，电流方向和大小周期性变化，接入无线充电器后，充电器内线圈的电流持续变化，导致其周围磁场持续变化，手机内线圈就能持续产生感应电流，从而持续充电。即家庭电路是交流电，电流不断变化，使得线圈B周围的磁场不断变化，从而在线圈A中持续产生感应电流。 题组A 夯实基础过关练 1．如图所示实验，说法正确的是（   ） A．甲图说明通电导体周围存在磁场 B．乙图说明电磁铁磁性强弱与电流大小有关 C．丙图说明通电导体在磁场中要受到力的作用 D．丁图说明导体在磁场中运动能产生感应电流 【答案】A 【详解】A．甲图为奥斯特实验，通电后小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在磁场，故A正确；B．乙图中两电磁铁串联，电流相等，但两电磁铁线圈匝数不同，吸引铁钉数不同，说明电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关，故B错误；C．丙图中没有电源，导体棒在磁场中做切割磁感线运动会产生感应电流，是电磁感应现象，故C错误；D．丁图中有电源，闭合开关导体棒会运动，说明通电导体在磁场中要受到力的作用，故D错误。故选 A。 2．支付宝“碰一碰”收款设备能不断发出变化的磁场，当付款手机靠近时，手机内的NFC芯片产生感应电流被激活，完成信息交换。下列实验中能反映其工作原理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】从题意可知，支付宝“碰一碰”收款设备能不断发出变化的磁场，当付款手机靠近时，手机内的NFC芯片产生感应电流被激活，是利用电磁感应原理工作的；A．该图是奥斯特实验，验证了电流的磁效应，故A不符合题意；B．该图是探究感应电流产生的条件，是电磁感应现象，故B符合题意；C．该图是探究通电导体在磁场中受力的作用，故C不符合题意；D．该图是探究通电螺线管的磁场，利用的是电流的磁效应，故D不符合题意。故选B。 3．小明自制了一款夜跑灯，结构如图甲所示：线圈缠绕在塑料水管外壳上并与LED灯构成闭合电路，磁体在水管中会随着跑步者摆臂而来回移动。下列分析正确的是（　　） A．夜跑灯的工作原理是电流的磁效应 B．运动时加速摆臂，线圈中的感应电流大小不变 C．为提高LED灯的亮度，可换用磁性更强的磁体 D．跑步摆臂时，图甲的夜跑灯更适合平放于图乙P处 【答案】C 【详解】A．根据“夜跑灯”的特点可知，当运动时，磁体在水管中反复运动，线圈切割磁感线而产生电流，其原理是电磁感应现象，故A错误；B．运动时加速摆臂，线圈切割磁感线的速度变大，线圈中的感应电压变大，故B错误；C．感应电流的大小和磁场强弱、导体切割磁感线的速度有关，为提高LED灯的亮度，可换用磁性更强的磁体，故C正确；D．根据电磁感应原理可知为了夜跑时，灯达到最亮，应将夜跑灯佩戴在Q处，因为前臂Q位置主要做水平往返运动，能使强磁铁在水管内往返运动，连续切割磁感线产生感应电流使灯发光，且手臂摆时，Q处速度大于P处的速度，故D错误。故选C。 4．在高速公路收费站，我们经常看到自动收费系统(简称ETC)。当车辆靠近收费站时，固定在车道上的路测单元(RSU)自动产生电磁场，车内的收费仪器接收到磁信号后会在线圈中产生感应电流并自动完成支付。下列选项中与车内收费仪器完成自动支付功能的原理相同的是（   ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】车内的收费仪器接收到磁信号后，会在线圈中产生感应电流，利用电磁感应原理工作；A．图中是探究电磁铁磁性强弱与电流大小关系的实验，利用的是电流的磁效应，与电磁感应原理不同，故A不符合题意；B．图中是通电导体在磁场中受力运动的实验，是电动机的原理，与电磁感应原理不同，故B不符合题意；C．图中是发电机的原理，利用的是电磁感应现象，与车内收费仪器完成自动支付功能的原理相同，故C符合题意；D．图中是奥斯特实验，证明了电流的磁效应，与电磁感应原理不同，故D不符合题意。故选C。 5．如图所示，下列判断正确的是（　　） A．甲、乙两图都是直流电动机模型 B．甲、乙两图都是直流发电机模型 C．甲图表示的是电动机模型，乙图表示的是发电机模型 D．甲图表示的是发电机模型，乙图表示的是电动机模型 【答案】C 【详解】如图甲，电池给线圈供电，当线圈中有电流时，通电线圈在磁场中会受力而转动，即利用通电导体在磁场中受力而运动的原理，即是直流电动机模型；乙图中没有电源，即当线圈在磁场中转动时，会产生电流，这就是电磁感应现象，是为发电机模型，故C正确，ABD错误。故选C。 6．如图所示，甲、乙、丙、丁是四幅实验图。下列说法正确的是（    ） A．甲实验说明电流周围存在磁场 B．乙实验利用了电流的磁效应 C．丙实验说明了电磁感应的原理 D．丁图中，小磁针的N极指向地磁北极 【答案】B 【详解】A．甲实验的电路中没有电源，有磁体、电流计、导线、导体棒构成闭合回路，可以说明电磁感应原理，故A错误；B．乙实验的电路中闭合开关，电磁铁通电具备磁性，吸引衔铁，弹簧片敲打铃碗发出声音，利用了电流的磁效应，故B正确；C．丙实验的电路中有电源，闭合开关，通电导体在磁场中受力运动，故C错误；D．地磁南北极与地理南北极相反，且地磁南北极与地理南北极存在一定的夹角，极磁偏角；所以丁图中，小磁针的N极指向地磁南极（地理北极的附近），故D错误。故选B。 7．如图所示是一种磁性门锁的工作原理示意图：闭合开关，电磁铁吸引插销，门打开；断开开关，在弹簧的作用下，插销重新插入门锁插槽，门锁上。下列有关磁性门锁的说法错误的是（　　） A．制作插销的材料可以选择铁 B．电磁铁的原理是电磁感应现象 C．门锁插槽需要定期抹油以减小摩擦 D．需定期更换电池，避免打不开门 【答案】B 【详解】A．铁是磁性材料，容易被电磁铁吸引，所以制作插销的材料可以选择铁，故A正确，不符合题意； B．电磁铁的原理是电流的磁效应，即通电导体周围存在磁场，而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，导体中会产生感应电流，故B错误，符合题意；C．门锁插槽定期抹油，可以使接触面更光滑，从而减小摩擦，故C正确，不符合题意；D．磁性门锁一般由电池供电，随着使用时间的增加，电池电量会逐渐耗尽，所以需定期更换电池，避免因电池没电导致电磁铁无法工作而打不开门，故D正确，不符合题意。 故选B。 8．如图是我国的自动充电高速公路的示意图，该高速的地下铺设有通电线圈，当汽车在高速行驶时，电动汽车的车载感应线圈内就会产生感应电流，从而实现汽车在行驶的过程中的充电。 (1)下图中可以反应汽车充电原理的示意图是 。 (2)要增大电动车感应线圈中的电流，可采用什么措施是 。（写出一条） 【答案】(1)B (2)提升地下供电线圈的交变电流强度或增加车辆感应线圈的匝数 【详解】（1）当电动汽车内的线圈随汽车运动时，线圈在磁场中做切割磁感线运动，会在汽车的线圈中产生感应电流，从而实现运动中的无线充电，原理为电磁感应现象；A．图中是奥斯特实验，说明了通电导体周围有磁场，故A不符合题意；B．由图知，开关闭合后，在外力作用下使导体左右移动，做切割磁感线运动，此时有感应电流产生，是电磁感应现象，故B符合题意；C．图有电源，通电导体在磁场中受力而运动，这是电动机的原理图，故C不符合题意。故选B。 （2）依据电磁感应的相关原理，可采取以下几种措施增大电流：提升地下供电线圈的交变电流强度：电流越大，磁场越强，可让感应电流变大。增加车辆感应线圈的匝数：匝数增多，切割磁感线更显著，从而提升感应电流。 9．如图甲是用来检测血流速度和血流量的电磁流量计。其原理如图乙所示，使用时将血管放置于两磁极之间，金属电极A、B与血管壁接触，仪表与电极A、B相连。血液在血管中流动时A、B间就会有电压，产生的电流通过仪表从而显示出血流速度和流量。电磁流量计的工作原理是 ，利用类似的电磁流量计可以测量以下哪种液体的流量 （填序号）。 ①盐水　 ②蒸馏水　 ③食用油 【答案】电磁感应 ① 【详解】[1]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的现象，叫电磁感应现象。血液在血管中流动时，相当于导体在磁场中做切割磁感线运动，从而在电极A、B间产生电压，这是电磁感应现象，电磁流量计的工作原理是电磁感应现象。 [2]电磁流量计测量的液体需要是导体，盐水是导体，含有自由移动的离子 ，蒸馏水和食用油几乎没有自由移动的电荷 ，是绝缘体，所以电磁流量计可以测量盐水的流量，故①符合题意，②③不符合题意。故选①。 10．课堂上老师用图甲所示电路研究“产生感应电流的条件”，小科同学受此启发，设计了如图乙所示的电路来研究“产生感应电流的方向与哪些因素有关”。实验步骤及现象如表所示： 操作序号 实验步骤 灵敏电流计偏转情况 1 闭合开关，A、B保持相对静止 不偏转 2 闭合开关，A静止，B向下运动 向左 3 闭合开关，A静止，____ 向右 4 闭合开关，A、B保持相对静止，滑片向左移动 向左 5 闭合开关，A、B保持相对静止，滑片向右移动 向右 6 改变电源正负极，闭合开关，A、B保持相对静止，滑片向左移动 向右 7 改变电源正负极，闭合开关，A、B保持相对静止，滑片向右移动 向左 (1)请用笔替代导线，完成图甲中的电路连接。 。 (2)根据操作2、3可得出：感应电流方向与线圈切割磁场方向有关。补充操作3的实验步骤： 。 (3)进行操作1时，灵敏电流计没有发生偏转，小科认为可能是磁场太弱的缘故，此时他可以进行的尝试有 。 (4)通过对比序号 ，小科同学得出产生感应电流的方向还与磁场方向有关。 【答案】(1)(2)B向上运动 (3)滑动变阻器左移(4)4、6/5、7 【详解】（1）应将灵敏电流计与线圈A连接成闭合回路，使通电线圈B在线圈A的磁场中运动，连接开关和线圈B，连接线圈A和电流表，如图所示： （2）根据操作2、3，操作2中B向下运动，灵敏电流计向左偏转；操作3中要探究感应电流方向与线圈切割磁场方向的关系，应让B向上运动，这样可以改变线圈切割磁场的方向，观察灵敏电流计的偏转情况。 （3）进行操作1时，灵敏电流计没有发生偏转，可能是磁场太弱，此时可以尝试增大磁场强度，如滑动变阻器左移（增大电源电压，使线圈中的电流增大，磁场增强）等。 （4）通过对比序号4、6（或5、7），在这两组实验中，线圈切割磁场的方向相同，通过改变电源正负极改变了磁场方向，观察到灵敏电流计的偏转方向不同，从而得出产生感应电流的方向还与磁场方向有关。 11．小欢和小乐利用如图甲所示装置探究“导体在磁场中产生感应电流的条件”，相关步骤及结果如表所示。 序号 开关 AB 棒运动情况 灵敏电流计的指针偏转情况 ① 断开 左右运动 不偏转 ② 闭合 左右运动 偏转 ③ 闭合 上下运动 不偏转 (1)装置中，AB棒可能是 （选填“铁棒”“铝棒”或“塑料棒”）。 (2)对比①和②可知，产生感应电流的条件之一是 。 (3)对比②和③，小欢认为产生感应电流的条件之一是电路中的部分导体必须左右运动；小乐则认为产生感应电流的条件之一是电路中的部分导体需做切割磁感线运动，并不一定要左右运动。为了验证小欢观点的错误，小乐通过 （填写实验操作），让AB棒上下运动也产生了感应电流。 (4)依据探究结论，在如图乙所示的“摇绳发电”活动中，小欢和小乐应沿 （选填“东西”或“南北”）方向站立并摇绳。 【答案】(1)铝棒 (2)电路为通路 (3)导体AB从左上到右下运动 (4)东西 【详解】（1）根据电磁感应发生的条件可知，AB棒必须是导体，为了保证在磁场中自由移动，且不能是磁性物质，故选铝棒。 （2）根据表格数据可知，①中开关断开为断路，此时没有产生感应电流；②中开关闭合为通路，此时产生感应电流，则二者对比产生感应电流的条件之一为：电路为通路。 （3）根据甲图可知，当导体AB从左上到右下运动时也会切割磁感线，产生感应电流，则为了验证小欢观点的错误，小乐通过导体AB从左上到右下运动，让AB棒上下运动也产生了感应电流。 （4）地磁场沿南北方向，当小欢和小乐沿东西方向站立并摇绳时，导线不断切割磁感线，会产生感应电流。 题组B 拓展培优提分练 12．我国第一首076型两栖攻击舰“四川舰”于2024年底正式下水，它兼具航母和两栖攻击舰的功能，配置了电磁弹射（如右图所示）。电磁弹射的发射轨道相当于两根金属导轨，弹射车相当于金属棒，横在导轨上，通电后磁场对弹射车产生推力作用，从而使弹射车牵引飞机快速运动。该原理与以下哪个原理相同（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】通电后磁场对弹射车产生推力作用，则原理是通电导体在磁场中受到力的作用；A．图中是奥斯特实验，说明电流周围存在磁场，故A不符合题意；B．图中探究电磁铁的磁场强弱和磁场的特点，故B不符合题意；C．有电源供电，是探究磁场对电流的作用，即通电导体在磁场中受到力的作用，与题意相符，故C符合题意；D．没有电源，探究电磁感应，即发电机原理，故D不符合题意。故选C。 13．磁共振成像是一种较新的医学成像技术，它采用强静磁场和变化磁场使人体组织成像。若携带金属物做磁共振成像，强静磁场会吸引铁质物品，变化磁场会使携带的金属中产生感应电流，从而使金属发热而灼伤病人，重则危及生命。上述说明中，没有涉及的知识是（　　） A．铁在磁场里会被磁化 B．电磁感应原理 C．电流的磁效应 D．电流的热效应 【答案】C 【详解】A．题干中提到“强静磁场会吸引铁质物品”，铁是磁性材料，当铁处于强静磁场中时，会被磁化，从而受到磁场力的作用，被强静磁场吸引，所以涉及了铁在磁场里会被磁化的知识，故A不符合题意；  B．题干中提到“变化磁场会使携带的金属中产生感应电流”，这符合电磁感应现象的定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流。变化的磁场相当于导体在做切割磁感线运动，从而使金属中产生感应电流，所以涉及了电磁感应原理，故B不符合题意；  C．电流的磁效应是指任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象。而题干中并没有描述电流产生磁场相关的内容，所以没有涉及电流的磁效应知识，故C符合题意；D．题干中提到“使金属发热而灼伤病人”，这是因为金属中有感应电流通过，电流通过导体时会产生热量，这就是电流的热效应，所以涉及了电流的热效应知识，故D不符合题意。 故选C。 14．回答下列电磁学方面的问题。 (1)1820年4月，丹麦物理学家 发现了电流的磁效应，打开了通向电与磁联系的大门。 (2)如图甲所示是小乐设计的研究“电磁铁磁性强弱可能跟线圈匝数多少有关”的实验电路图。实验步骤如下： 步骤一：实验时，用铁芯和漆包线绕制匝数为20匝的电磁铁，并接入电路中的AB两端，其他元件如图正确连接； 步骤二：闭合开关S，调节滑动变阻器使电流表示数为1A，用电磁铁去吸引大头针，记录数据； 步骤三：断开开关S，用匝数为50匝的电磁铁替换20匝的电磁铁。闭合开关S，再用电磁铁去吸引大头针，记录数据。 实验时通过观察 来判断电磁铁磁性的强弱；小乐分析后，发现步骤三中存在错误，该错误是 ； (3)如图乙、丙为小红所做的探究实验。如图乙所示，当导体棒ab在蹄形磁体中静止时，小磁针N极指向下； 如图丙所示，当导体棒ab水平向右运动时，小磁针的N极指向右。当导体棒ab竖直向上运动时，小磁针的N极指向 （选填“上”、“下”、“左”或“右”）；人们利用该实验过程中的能量转化原理，在生活中制成了 ； (4)小聪用图丁所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用”，应在M、N之间接入 （选填“小量程电流表”、“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）。 【答案】(1)奥斯特 (2)吸引大头针个数 没有控制电流相等 (3)下 发电机(4)电源 铝棒 【详解】（1）1820年4月，丹麦物理学家奥斯特在一次讲课结束时，助手收拾仪器时，发现通电的导体周围的小磁针发生了偏转，正是由于他的敏锐洞察力，发现了电生磁，即电流的磁效应，打开了通向电与磁联系的大门。 （2）[1]在实验中，由于电磁铁磁性的强弱不便于直接观察，所以采用转换法，通过观察电磁铁吸引大头针的数目来判断电磁铁磁性的强弱。吸引的大头针数目越多，说明电磁铁的磁性越强；反之，磁性越弱。 该实验研究的是“电磁铁磁性强弱可能跟线圈匝数多少有关”，根据控制变量法，在探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系时，需要控制铁芯和电流大小不变，只改变线圈的匝数。 [2]在步骤三中，用匝数为50匝的电磁铁替换20匝的电磁铁后，直接闭合开关进行实验，没有控制电流大小相等。正确的操作应该是：闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表示数仍为1A后，再用电磁铁去吸引大头针，记录数据。 （3）[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切割磁感线运动。 在图乙中，导体棒ab静止，不切割磁感线，电路中没有感应电流产生，此时小磁针N极指向下，说明蹄形磁体的磁场方向是使小磁针N极指向下。 在图丙中，当导体棒ab水平向右运动时，导体棒ab切割磁感线，电路中产生感应电流，小磁针的N极指向右，说明感应电流产生了磁场，改变了小磁针的指向。 当导体棒ab竖直向上运动时，其运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，电路中没有感应电流产生，此时小磁针不受感应电流产生的磁场的影响，所以小磁针的N极指向仍为下。 [2]该实验是电磁感应现象的实验，电磁感应现象中是将机械能转化为电能。人们利用该原理制成了发电机，发电机工作时，通过线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，将机械能转化为电能。 （4）[1]“观察磁场对通电直导线的作用”实验，需要有电流通过导体棒，使导体棒在磁场中受到力的作用。小量程电流表是用来测量电路中电流大小的仪器，若接入小量程电流表，电路中没有电源，无法形成电流，不能观察到磁场对通电直导线的作用。灯泡是用来显示电路是否导通的元件，若接入灯泡，同样电路中没有电源，无法形成电流，不能观察到磁场对通电直导线的作用。电源是提供电能的装置，接入电源后，电路中有电流通过导体棒，导体棒在磁场中就会受到力的作用，从而可以观察到磁场对通电直导线的作用。因此，应在M、N之间接入电源。 [2]在该实验中，需要研究磁场对通电导体的作用，为了能明显地观察到导体棒的运动，导体棒应选用轻质的，且不能被磁化，否则会受到磁体吸引的影响。铁棒能被磁化，会被磁体吸引，这样就会干扰实验结果，无法准确观察磁场对通电直导线的作用。铝棒不能被磁化，不会受到磁体吸引的影响，能更好地体现磁场对通电直导线的作用。因此，装置中的导体棒应选用轻质的铝棒。 15．小金对手机无线充电的原理感到好奇。查阅资料得知：充电时充电器内的发射线圈产生磁场，手机内的接收线圈会产生感应电流给电池充电，结构如图甲。学过电磁感应原理的小科提出质疑：手机和充电器在充电过程中都不动，并没有做切割磁感线运动，为何会产生感应电流？对此，他设计了图乙实验进行验证。（P线圈代表接收线圈，Q线圈代表发射线圈） (1)闭合开关后灵敏电流计指针被没有发生偏转，于是小金将滑片向左移。他的这一操作是基于什么猜想？ ； (2)他将滑片向左移后，仍未观察到指针偏转，但在断开开关、闭合开关、移动滑片时灵敏电流计指针均有明显偏转。请教老师后得知当闭合电路围成的平面内，磁感线数量发生改变时，电路中能产生感应电流。请根据上述事实分析，在该实验中若导体ab上下运动时（图丙），则闭合电路中不产生感应电流的原因是：导体ab上下运动时， ； (3)小金发现不同情况下灵敏电流计指针偏转方向不同。他猜测与Q线圈中的电流方向改变有关，于是进行实验并记录现象。实验结束后，小科分析自己原先的猜想是不正确，理由就是：从表格中的 两次实验可知，Q线圈中的电流方向改变，其他条件不变，灵敏电流计指针偏转方向不改变，说明感应电流方向与Q线圈中的电流方向无关。 实验次数 开关及滑动变阻器状态 灵敏电流计指针偏转方向 1 开关由断开变为闭合 向左 2 开关由闭合变为断开 向右 3 开关闭合时，滑片向左移动 向左 4 开关闭合时，滑片向右移动 向右 5 开关闭合后，滑片不移动 不偏转 6 改变电源正负极，闭合开关，滑片向左移动 向左 7 改变电源正负极，闭合开关，滑片向右移动 向右 【答案】(1)见解析 (2)见解析 (3)3、6（或4、7） 【详解】（1）闭合开关后灵敏电流计指针并没有发生偏转，可能是P线圈周围的磁场不够强，也就是Q线圈产生的磁场太弱，而电流周围磁场的强弱与电流大小有关，因而他将滑片向左移以增大通过Q线圈的电流，使Q线圈周围的磁场更强，则他基于的猜想是：Q线圈周围的磁场越强，P线圈中的感应电流越大。 （2）当闭合电路围成的平面内，磁感线数量发生改变时，电路中就能产生感应电流。根据上述事实，实验中导体ab上下运动时，该闭合电路内磁感线数量未发生改变，所以不产生感应电流。 （3）比较3、6或4、7可知，Q线圈中的电流方向改变，其他条件不变，灵敏电流计指针偏转方向不改变，说明感应电流方向与Q线圈中的电流方向无关。 16．学校开展项目化学习挑战赛——为夜跑者设计制作节能夜跑灯。 【提供器材】塑料水管、胶塞、圆柱形强磁体、漆包线、LED灯（图甲，LED灯具有单向导电性，当电流从“+”极流入时，LED灯会发光，当电流从“-”极流入时，LED灯不发光）等。 【方案设计】乙图为小柯设计的节能夜跑灯结构图，当磁体在水管中来回移动时，塑料水管外与线圈相连的LED灯发光。 【产品制作】小柯用磁性相同的磁体，以正常跑步时甩臂的速度切割磁感线，得到感应电压大小和线圈匝数关系如丙所示。 【项目评价】 节能夜跑灯产品性能评价量表（节选） 评价指标 5分 3分 1分 发光情况 两盏LED灯交替发光 两盏LED灯发光 一盏LED灯发光 使用情况 日常跑步甩臂发光 快于日常跑步甩臂发光 手中摇动发光 (1)设计制作节能夜跑灯，将日常跑步产生的机械能转化为电能，使LED灯发光，这是利用 原理； (2)如图丁，为使节能夜跑灯跑步时自动发光，将其佩戴在 （选填“A”或“B”）位置比较合适，请简述理由 ； (3)若LED灯正常发光需要的电压为18V、根据表中数据分析，在其他条件不变的情况下，小组同学至少要绕制 匝的线圈； (4)根据评价表，小科设计的夜跑灯“发光情况”一项评分为1分。请在图戊所示虚线框内画出改进后的设计图，使该指标达到5分。 【答案】(1)电磁感应 (2)B B位置摆动幅度大，磁体切割磁感线数量更多，产生的电流越强，越容易发光 (3)5000 (4) 【详解】（1）根据题意节能夜跑灯，将日常跑步产生的机械能转化为电能，利用的是发电机原理，即电磁感应现象。 （2）[1][2]为使节能夜跑灯跑步时自动发光，将其佩戴在B位置，因为B位置摆动幅度大，磁体切割磁感线数量更多，产生的感应电流越强，越容易发光。 （3）有表格数据分析可知，当线圈匝数为50，感应电压为0.18V；当线圈匝数为100，感应电压为0.36V，可得感应电压与线圈匝数成正比，则 可得线圈的匝数为n=5000。 （4）由于LED具有单向导电性，切割方向发生改变，电流发生改变，两盏LED灯交替发光，则可设计电路如下图所示： 6 学科网（北京）股份有限公司 $