5.2电磁感应现象及其应用（讲义）物理鲁科版必修第三册

本讲义聚焦电磁感应现象及其应用核心知识点，从电磁感应发现历程切入，系统梳理磁通量（定义、计算、变化方式）、感应电流产生条件（闭合回路与磁通量变化）、方向判断（楞次定律四步骤、右手定则）及典型应用（发电机、动圈式话筒等），构建连贯知识支架。 资料融合科学史培养科学态度，通过随学随练和磁通量变化辨析提升科学思维，结合跳绳发电、电磁炉等实例强化物理观念。课中辅助教师讲解重难点，课后分层练习帮助学生查漏补缺，有效落实核心素养。

第五章 初识电磁场与电磁波 5.2电磁感应现象及其应用 课标要点 1.了解电磁感应现象的发现历程，知道磁生电的条件，区分磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率。 2.理解感应电流产生的两类情况：磁场不变、回路面积变化；回路不动、磁感应强度变化。 学习重难点 重点：感应电流产生条件、磁通量概念、电磁感应生活应用原理 难点：磁通量变化的辨析、综合场景下感应电流方向判断 知识点电磁感应的发现与磁通量 1.电磁感应的发现 1820年奥斯特发现电流的磁效应(电生磁)，启发科学家逆向研究“磁能否生电”； 1831年法拉第通过大量实验首次发现电磁感应现象，实现磁生电，奠定现代电磁发电、电气化工业基础。 2.磁通量 (1)定义：穿过某一闭合回路磁感线的总条数，符号。 (2)计算公式： ：匀强磁场磁感应强度；：回路面积；：磁场与回路法线的夹角。 (3)单位：韦伯，符号，。 (4)物理意义：表征磁场穿过回路的多少；磁感线垂直穿过回路时磁通量最大，平行穿过时磁通量为0。 3.磁通量的变化(产生感应电流的核心前提) 三种能使改变的方式： ①磁感应强度变化(磁场强弱改变)； ②闭合回路面积变化； ③回路平面与磁场夹角变化(线圈转动、翻转)。 4.感应电流产生条件 闭合回路+磁通量发生变化，二者缺一不可：回路不闭合：仅产生感应电动势，无感应电流；回路闭合但磁通量不变：无感应电动势、无感应电流。 随学随练 1．下列现象中，属于电磁感应现象的是 （　　） A．通电导线发热 B．因闭合线圈在磁场中运动而产生了电流 C．磁铁吸引小磁针 D．小磁针在通电导线附近发生偏转 【答案】B 【详解】A．通电导线发热，属于电流的热效应，故A错误； B．因闭合线圈在磁场中运动而产生了，即穿过线圈的磁通量发生变化，从而产生了感应电流，属于电磁感应现象，故B正确； C．磁铁吸引小磁针，属于磁体间的相互作用，不属于电磁感应现象，故C错误； D．小磁针在通电导线附近发生偏转，属于电流的磁效应，故D错误。 故选B。 2．物理学家的科学研究推动了人类社会文明的进程，下列说法正确的是（　　） A．库仑最早通过扭秤实验测量了元电荷的数值为1.6×10-19C B．欧姆发现了欧姆定律，说明了电现象和热现象之间存在联系 C．奥斯特发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系 D．美国科学家富兰克林命名了正、负电荷，密立根通过实验测得元电荷的电量 【答案】D 【详解】A．密立根最早用油滴实验测得元电荷的数值为1.6×10-19C，故A错误； B．欧姆发现的欧姆定律描述了电流与电阻、电压与电动势之间的关系，焦耳发现的焦耳定律才揭示了热现象与电现象间的联系，故B错误； C．奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了磁现象和电现象之间的联系，故C错误； D．美国科学家富兰克命名了正、负电荷，密立根通过油滴实验测得元电荷的电量，故D正确。 故选D。 3．跳绳也可以“发电”。用一根带有绝缘皮的长铜导线做跳绳，将它的两端与固定在地面上的灵敏电流计相连，摇动跳绳时，发现灵敏电流计的指针左右摆动。则（　　） A．向任意方向摇绳一定都能产生电流 B．只能在赤道平面上产生电流 C．跳绳发电属于电磁感应 D．跳绳发电属于电流的磁效应 【答案】C 【详解】AB．地球是个大磁体，地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，所以磁感线大致沿南北方向，所以若两位同学站在东西方向，摇动铜线跳绳切割磁感线运动，有电流，若站在南北方向，则跳绳不切割磁感线，无电流，所以电流方向与绳子运动方向有关，故AB错误； CD．跳绳发电属于电磁感应现象，故C正确，D错误。 故选C。 知识点感应电流方向判断：楞次定律与右手定则 一、楞次定律 1.内容：感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 2.核心口诀：增反减同 原磁通量增大：感应磁场与原磁场方向相反； 原磁通量减小：感应磁场与原磁场方向相同。 3.完整判断四步骤： ①确定原磁场方向； ②判断原磁通量是增大还是减小； ③用增反减同确定感应电流磁场方向； ④安培定则(右手螺旋定则)推出感应电流环绕方向。 4.对“阻碍”的理解： 阻碍≠阻止，仅延缓磁通量变化，无法抵消磁通量的增减；阻碍对象是磁通量的变化，不是磁场本身。 二、右手定则(特殊简化判断，仅适用于导体切割磁感线) 1.适用场景：闭合回路中一段导体做切割磁感线运动。 2.操作方法：伸开右手，磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，四指指向感应电流方向。 3.关系对比：右手定则是楞次定律在切割场景下的推论，二者判断结果完全一致。 随学随练 4．将一金属弹簧两端如图所示接入到电路中，当电键S闭合将有电流通过弹簧，以下说法正确的是（    ）    A．电键闭合后弹簧将保持原长不变 B．电键闭合电路稳定后，滑动变阻器滑片不发生移动，弹簧长度等于原长 C．电键闭合电路稳定后，将滑动变阻器滑片向左移动时弹簧将变长 D．电键闭合电路稳定后，将滑动变阻器滑片向右移动时弹簧将变长 【答案】C 【详解】AB．电键闭合后，弹簧中有电流通过，各匝弹簧中电流同向，由“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”可知，弹簧受到相互吸引的磁场力而收缩，弹簧长度一定小于原长，故AB错误； C．电键闭合电路稳定后，将滑动变阻器滑片向左移动时，电路中的总电阻增大，电流减小，弹簧间的磁场力减小，弹簧将变长，但仍小于原长，故C正确； D．电键闭合电路稳定后，将滑动变阻器滑片向右移动时，电路中的总电阻减小，电流增大，弹簧间的磁场力增强，弹簧缩短，故D错误。 故选C。 5．图甲和乙是演示自感现象的两个电路图，和为电感线圈。实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关，灯逐渐变亮。而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同。下列说法正确的是（     ） A．图甲中，与的电阻值相同 B．图甲中，闭合，电路稳定后，中电流大于中电流 C．图乙中，变阻器R与的电阻值相同 D．图乙中，闭合瞬间，中电流与变阻器R中电流相等 【答案】C 【详解】AB．在图甲中，断开开关瞬间，与构成闭合回路，通过灯的电流与相同，又因灯突然闪亮，即通过的电流增大，则可推出，闭合，待电路稳定后，通过的电流大于通过灯电流，根据与并联，可知的电阻小于的电阻，故AB错误； CD．在图乙中，闭合开关，最终与亮度相同，即电流相同，所以与电阻相同；闭合开关的瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流增加，可知中电流小于变阻器中电流，故C正确，D错误。 故选C。 6．某同学用如图所示的装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验。（线圈绕向如图中所示） (1)①当条形磁铁的N极向下插入线圈时，观察到灵敏电流计指针向右偏转，从上往下看线圈中感应电流的方向为____________（填顺时针方向或逆时针方向）；②当条形磁铁的N极从线圈中向上拔出时，灵敏电流计指针将向_______（填“左”或“右”）偏转。 (2)该同学进一步探究电磁感应现象：将两个线圈A、B套在同一铁芯上，线圈A与电源、滑动变阻器、开关组成回路，线圈B与灵敏电流计组成闭合回路。①开关闭合瞬间，指针__________（偏转/不偏转）；②开关闭合，电路稳定后指针__________（偏转/不偏转）；③开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片的过 程中，指针__________（偏转/不偏转）。 (3)在做“探究电磁感应现象”实验时，如果B线圈两端不接任何元件，仍然进行（2）中操作，则B线圈电路中将（     ） A．因电路不闭合，无电磁感应现象 B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势 C．不能用楞次定律判断感应电动势方向 D．可以用楞次定律判断感应电动势方向 【答案】(1) 逆时针方向 左 (2) 偏转 不偏转 偏转 (3)BD 【详解】（1）[1]N极向下插入线圈时，穿过线圈的向下的磁通量增加，根据楞次定律，感应电流的磁场方向向上（阻碍磁通量增加），从上往下看线圈中感应电流的方向为逆时针方向。 [2]N极向上拔出线圈时，穿过线圈的向下的磁通量减少，根据楞次定律，感应电流的磁场方向向下（阻碍磁通量减少），感应电流方向与前面相反，灵敏电流计指针将向左偏转。 （2）[1]开关闭合瞬间，线圈A的电流从无到有，产生的磁场从无到有，穿过线圈B的磁通量增加，因此线圈B产生感应电流，电流计指针偏转； [2]开关保持闭合、滑动变阻器滑片不动时，线圈A的电流不变，穿过线圈B的磁通量不变，没有感应电流产生，因此电流计指针不偏转。 [3]开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片的过程中，线圈A的电流发生变化，穿过线圈B的磁通量发生变化，产生感应电流，因此电流计指针偏转。 （3）如果线圈B两端不接任何元件，则无法形成闭合回路，当穿过线圈B的磁通量变化时，会产生电磁感应现象，即线圈B电路中将产生感应电动势，但无法形成感应电流，感应电动势的方向与感应电流的方向都可以用楞次定律判断，故选BD。 知识点电磁感应的典型应用 1.发电机(交流/直流发电机) 原理：转子线圈在匀强磁场中持续转动，线圈与磁场夹角周期性改变，磁通量不断变化，产生周期性交变感应电流，将机械能转化为电能。 交流发电机：无换向器，输出交流电； 直流发电机：加装换向器，对外输出单向直流电。 2.动圈式话筒 内部结构：永久磁铁、线圈、振膜； 工作流程：声波推动振膜带动线圈振动，线圈切割磁铁磁感线产生微弱感应电流，声信号转化为电信号。 3.电磁炉 交变电流通入线圈产生交变磁场，交变磁场穿过金属锅底，锅底金属内磁通量持续变化，产生涡旋感应电流(涡流)；电流热效应使锅底升温加热食物，电能转化为内能。 4.金属探测仪 设备探头产生交变磁场，地下/安检处金属内部磁通量变化，激发涡流；涡流反向产生磁场，被探头接收，设备报警提示金属存在。 5.变压器(拓展) 原线圈通入交变电流→铁芯产生交变磁场→副线圈磁通量周期性变化，副线圈产生感应电动势，实现电压升降，是远距离输电核心设备。 随学随练 7．高压直流输电中，两条输电线 M、N 等高平行排列，导线中通有等大、反向的电流。将一金属圆环置于垂直两输电线所在的平面内，其圆心位于 MN 连线中点 O，与 MN 的中垂线交于 a、b 两点，与 MN 连线交于 c、d。不计圆环对磁场的影响，则（　　） A．O 点磁感应强度为零 B．a、b 两点的磁感应强度方向相反 C．c、d 两点的磁感应强度方向相同 D．若圆环垂直纸面向外移动稍许，圆环内将产生感应电流 【答案】C 【详解】A．反向平行通电导线，点处两根导线产生的磁场方向相同，磁场叠加，，故A错误； B．根据安培定则，中垂线上、两点磁场方向完全相同，沿圆环平面向下，故B错误； C．、两点分别位于两根导线两侧，两处磁场叠加后方向一致，沿圆环平面向下，故C正确； D．圆环初始位置总磁通量始终为，垂直纸面向外移动时，圆环内合磁通量仍为，磁通量无变化，无感应电流，故D错误。 故选C。 8．如图，电吉他的拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成，磁体产生的磁场使金属琴弦磁化，磁化的琴弦也有了磁性．当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时，线圈中就会产生相应的电流，并最终还原为声音信号．下列说法正确的是    A．若磁体失去磁性，电吉他仍能正常工作 B．换用尼龙材质的琴弦，电吉他仍能正常工作 C．琴弦振动的过程中，线圈中电流的方向不会发生变化 D．拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动信号转化为电信号 【答案】D 【详解】A．若失去磁性则无法产生电磁感应，因此吉他不能正常工作，故A错误； B．电吉他不可以使用尼龙线做琴弦．若是尼龙线则不能构成回路，不会产生电磁感应现象，故B错误； C．琴弦振动时，线圈中产生感应电流的大小和方向均是变化的，若是恒定，则声音全是一种调，所以电流方向不可能不发生变化；而根据右手定则可知，电流方向一定是变化的．故C错误； D．电吉他是属于磁生电的应用，是根据电磁感应原理工作的．拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号，故D正确。 故选D。 9．有人做过这样一个实验：将一锡块和一个磁性很强的小永久磁铁叠放在一起，放入一个浅平的塑料容器中。往塑料容器中倒入液态氮，降低温度，使锡出现超导性。这时可以看到，小磁铁竟然离开锡块表面，飘然升起，与锡块保持一定距离后，便悬空不动了。产生该现象的原因是：磁场中的超导体能将磁场完全排斥在超导体外，即超导体内部没有磁通量（迈斯纳效应）。如果外界有一个磁场要通过超导体内部，那么在磁场作用下，超导体表面就会产生一个无损耗感应电流。这个电流产生的磁场恰恰与外加磁场大小相等、方向相反，这就形成了一个斥力。当磁铁受到的向上的斥力大小刚好等于它重力大小的时候，磁铁就可以悬浮在空中。根据以上材料可知（　　） A．超导体处在恒定的磁场中时它的表面不会产生感应电流 B．超导体处在均匀变化的磁场中时它的表面将产生恒定的感应电流 C．将悬空在超导体上面的磁铁翻转180°，超导体和磁铁间的作用力将变成引力 D．将磁铁靠近超导体，超导体表面的感应电流增大，超导体和磁铁间的斥力就会增大 【答案】D 【详解】A．由题意可知，超导体处在磁场中，磁场要通过超导体内部，超导体表面就会产生一个无损耗感应电流，故A错误； B．超导体处在均匀变化的磁场中时，超导体表面就会产生感应电流，为了抵消外加磁场，超导体表面的感应电流产生的磁场要与外加磁场大小相等方向相反，那么感应电流也应该是均匀变化的，故B错误； C．由材料可知，超导体在外界磁场作用下，磁铁和超导体之间相互排斥，则将悬空在超导体上面的磁铁翻转，超导体和磁铁间的作用力仍为斥力，故C错误； D．由材料可知，将磁铁靠近超导体，磁场要通过超导体的磁通量增大，超导体表面的感应电流增大，电流产生的磁场增大，则超导体和磁铁间的斥力就会增大，故D正确。 故选D。 疑难点磁通量变化的易错辨析 1.线圈翻转180°时磁通量变化量计算： 初始，翻转后磁感线反向穿过，变化量，易错点直接算成0。 2.回路全部在匀强磁场内平动： 整体平移时穿过回路磁感线条数不变，磁通量不变，无感应电流；只有进出磁场边界时才有感应电流。 3.磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率三者无必然大小关系： 大不代表大，大不代表变化快(变化率大)。 活学活用 10．（多选）如图所示，在水平面有一长方形abcd区域内，有竖直向下的匀强磁场，ab=1m，磁感应强度B=1T。现有一长方形abef线框可绕ab轴在竖直面内转动，bc=be=2m，线框与水平方向的夹角为θ，下列说法正确的是（　　） A．当=0°时，穿过线框的磁通量为0Wb B．当=30°时，穿过线框的磁通量为1Wb C．当=60°时，穿过线框的磁通量为1Wb D．当=90°时，穿过线框的磁通量为0Wb 【答案】CD 【详解】A．根据磁通量的定义可知，当时，穿过线框的磁通量为，故A错误； B．根据磁通量的定义可知，当时，穿过线框的磁通量为，故B错误； C．根据磁通量的定义可知，当时，穿过线框的磁通量为，故C正确； D．根据磁通量的定义可知，当时，线框平面与磁场方向平行，则穿过线框的磁通量为，故D正确。 故选CD。 11．如图所示，水平放置的匝矩形线框面积为，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向与水平面成角斜向上，现使矩形线框以边为轴顺时针旋转90°到竖直的虚线位置。已知，，关于矩形线框的磁通量，下列说法正确的是（    ） A．初态磁通量大小为 B．末态磁通量大小为 C．磁通量变化量的大小为 D．磁通量变化量的大小为 【答案】D 【详解】A．线框水平放置，磁场与水平面成，垂直于线框平面的磁感应强度分量为，因此初态磁通量，故A错误； B．线框绕顺时针转到竖直位置后，垂直于线框平面的磁感应强度分量为，且穿过线框的方向与初态相反，因此末态磁通量 末态磁通量大小为，故B错误； CD．，变化量与匝数无关，故C错误，D正确。 故选D。 12．如图所示，水平桌面上有一个长为a=0.4m、宽为b=0.2m 的矩形线框ABCD，M为AB 边的中点，N为CD 边的中点，MN 正上方平行MN 方向水平放置一通电长直导线，电流沿MN 方向，直导线中电流产生的磁场在 MN上的磁感应强度大小 ，整个空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为 ，则下列说法正确的是（　　） A．M、N连线上的磁感应强度大小为 ，方向竖直向下 B．MN 上各点中MN 中点的磁感应强度大小最大，且为 C．穿过矩形线框的磁通量为 D．将通电直导线竖直向下平移，穿过矩形线框的磁通量将变大 【答案】C 【详解】AB．根据右手螺旋定则可知，电流产生的磁场在O点的磁感应强度方向水平向左（沿MN 方向看），则O 点磁感应强度大小为 的方向为左下方，且MN上磁感应强度处处相同，AB错误； CD．根据对称性可知，通电长直导线产生的磁场穿过线框的磁通量为零，将通电直导线竖直向上或向下平移，通电长直导线产生的磁场穿过线框的磁通量依然为零，则穿过线框的磁通量为，C正确，D错误。 故选C。 基础通关 1．（多选）带电粒子在磁场中发生偏转的物理原理可运用于各种科学实验和电器中，下面利用了此物理原理的装置有（　　） A．磁流体发动机 B．电子显像管 C．回旋加速器 D．延时继电器 【答案】ABC 【详解】A．磁流体发电机中带电粒子在磁场中的作用下发生偏转，电荷打到上下两极板上。故A正确； B．电子显像管是电子在磁场中的作用下发生偏转，故B正确； C．回旋加速器中带电粒子在磁场中发生偏转，在电场中加速，故C正确； D．延时继电器是利用电磁感应现象，与带电粒子在磁场中的偏转没有关系。故D错误。 故选ABC。 2．发电机的基本原理是电磁感应，发现电磁感应现象的科学家是（    ） A．安培 B．奥斯特 C．法拉第 D．库仑 【答案】C 【详解】安培提出了分子电流假说，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，库仑发现了库仑定律，故选C。 3．2023年8月15日，游客在新疆吐鲁番的沙漠上游玩时，头发突然竖了起来。当时无风，但头顶乌云密布。下列相关说法正确的是（　　） A．这是一种电磁感应现象 B．这是一种静电感应现象 C．此时人的头与脚带异种电荷 D．此时人应躺下或蹲下，并向高处撤离 【答案】B 【详解】游客在沙漠上游玩时，头顶乌云密布，头发突然竖了起来。这是由于乌云带了电，对人体产生了静电感应现象，头与云带异种电荷，由于脚与大地接触，脚不带电，此时人应躺下或蹲下，并向低洼处撤离，避免发生尖端放电现象。 故选B。 4．某实验小组的同学做“探究影响感应电流方向的因素”的实验，实验步骤如下： (1)按照图甲所示的电路连接仪器，开关S断开时，观察到灵敏电流计的指针停在刻度盘的正中央位置；闭合开关S，观察到灵敏电流计指针向左偏；若将电源的正负极对调后，再接入电路，闭合开关S，观察到灵敏电流计指针向右偏；进行这步操作的目的是：判断电流从不同接线柱流入时，对灵敏电流计指针偏转____________的影响。 (2)若将图乙中的条形磁铁（极朝下）迅速插入线圈，观察到灵敏电流计的指针____________（选填“向左”或“向右”）偏转，说明线圈中的感应电流的磁场方向____________（选填“向上”或“向下”）。 【答案】(1)方向 (2) 向左 向上 【详解】（1）操作的目的是：判断电流从不同接线柱流入时，对灵敏电流计指针偏转方向的影响。 （2）[1][2]若将图乙中的条形磁铁（N极朝下）迅速插入线圈A，线圈A中磁通量向下增大，依据楞次定律可知，线圈A中感应电流的磁场方向向上，感应电流将从灵敏电流计负接线柱流入，则此时灵敏电流计的指针将向左偏转。 5．“千人震”实验是用一节电动势为1.5V的新干电池（图中电池上端为正极）、一个日光灯镇流器自感线圈、开关和几根导线连成如图所示的电路。做实验的同学手拉手连成一排，首、尾两位同学分别握住导线的A、B端。下列说法正确的是（     ） A．开关闭合瞬间，人有触电感觉 B．开关断开瞬间，线圈产生的自感电动势不高于1.5V C．开关断开瞬间，电流方向由B经人体流向A D．开关闭合瞬间，电流方向由B经人体流向A 【答案】C 【详解】AD．当开关闭合后，镇流器与同学们并联，由于电源为1.5V的新干电池，所以电流很小，人没有触电的感觉，电流方向由A经人体流向B，故AD错误； BC．当断开时，镇流器电流突然减小，从而产生远高于1.5V的瞬间自感电动势，同学们的身体会有触电的感觉，此时镇流器相当于电源，通过镇流器的电流方向与原来相同，则与人体组成闭合回路时，电流方向由B经人体流向A，故B错误，C正确。 故选C。 6．用如图所示的装置来探究电磁感应现象和感应电流的方向。带铁芯的线圈甲与阻值较大的电阻R0、电流表A、电源E、开关S、滑动变阻器R组成回路。套在空心铁圆柱体上的线圈乙的两端接电流表B，线圈甲的铁芯有一小部分插在空心铁圆柱体内。两电流表完全相同，零刻度线在表盘中央，如果电流从正接线柱流入，指针向左偏转，反之向右偏转。回答下列问题： (1)闭合开关S的瞬间，电流表B的指针________（选填“会”或“不会”）偏转。 (2)闭合开关S一段时间后，当将滑动变阻器的滑片较快地向a端移动时，电流表A的指针________，电流表B的指针________。（均选填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”） 【答案】(1)会 (2) 向左偏转 向右偏转 【详解】（1）闭合开关S的瞬间，左侧电路中的电流从无到有，穿过线圈乙的磁通量发生变化，右侧电路中有感应电流产生，电流表B的指针会偏转。 （2）[1]闭合开关S一段时间后，当将滑动变阻器的滑片较快地向a端移动时，左侧电路中的电阻变小，通过左侧电路的电流变大，电流依旧从正接线柱流入电流表A，电流表A的指针向左偏转，且偏转的角度变大； [2]穿过线圈乙的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈乙内感应电流的磁场方向向右，再由右手螺旋定则可知，电流从负接线柱流入电流表B，电流表B的指针向右偏转。 7．水平面某一区域存在具有平行边界的匀强磁场区域，磁场方向竖直向下，一闭合金属框在外力作用下匀速通过磁场区域，过程中依次经过位置a、b、c、d，如图所示。下列关于金属框运动过程中感应电流的说法，正确的是（　　） A．位置a处，金属框中存在感应电流 B．从位置a到位置b过程中，金属框中始终存在感应电流 C．从位置b到位置c过程中，金属框中始终存在感应电流 D．从位置c到位置d过程中，金属框中始终无感应电流 【答案】A 【详解】A．金属框中产生感应电流的条件是穿过金属框的磁通量发生变化。位置a处，穿过金属框的磁通量正在增大，金属框中存在感应电流，故A正确； B．位置a到位置b过程中，穿过金属框的磁通量先增大后不变，金属框进入磁场过程中存在感应电流，进入磁场后没有感应电流，故B错误； C．位置b到位置c过程中，穿过金属框的磁通量不变，金属框中无感应电流，故C错误； D．位置c到位置d过程中，金属框穿过磁场边界时，穿过金属框的磁通量减小，存在感应电流，故D错误。 故选A。 8．下列物理量是矢量，且单位用国际单位制中的基本单位表示正确的是（     ） A．电场强度 B．磁感应强度 C．电容 D．磁通量 【答案】B 【详解】A．电场强度是矢量，由，， 可知电场强度的单位用国际单位制中的基本单位表示为，故A错误； B．磁感应强度是矢量，由， 可知磁感应强度的单位用国际单位制中的基本单位表示为，故B正确； C．电容是标量，且是导出单位，故C错误； D．磁通量是标量，由，， 可知磁通量的单位用国际单位制中的基本单位表示为，故D错误。 故选B。 9．如图所示，矩形线圈放置在水平面内，磁场方向与水平方向夹角α=60°，已知矩形线圈面积为S，磁感应强度大小为，现将线圈绕顺时针旋转，则通过线圈的磁通量变化量为（　　） A． B． C． D．0 【答案】C 【详解】线圈初始放置在水平面内，磁感应强度与水平方向（线圈平面）夹角。将分解为平行线圈平面分量、垂直线圈平面分量，垂直分量为，因此初始磁通量为： 线圈绕顺时针转后，线圈平面变为竖直，面积矢量方向与的水平分量同向，此时磁感应强度垂直于线圈平面的分量为，因此末态磁通量为： 故选C。 10．如图所示，圆形线圈半径为R。线圈内虚线同心圆半径为r，虚线内分布有磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直于线圈平面。下列说法正确的是（　　） A．穿过线圈的磁通量为；若线圈绕某直径旋转180°，线圈磁通量变化量的大小为 B．穿过线圈的磁通量为；若线圈绕某直径旋转180°，线圈磁通量变化量的大小为0 C．穿过线圈的磁通量为；若线圈绕某直径旋转90°，线圈磁通量变化量的大小为0 D．穿过线圈的磁通量为；若线圈绕某直径旋转90°，线圈磁通量变化量的大小为 【答案】A 【详解】AB．穿过线圈的磁通量 根据有磁场部分的面积 得 若线圈绕直径旋转180°，， 则线圈磁通量变化量的大小。故A正确，B错误； CD．若绕直径旋转90°，， 则线圈磁通量变化量的大小，故CD错误； 故选A。 素养提升 11．如图，甲、乙线圈平行纸面放置，甲处的匀强磁场方向平行，乙处的匀强磁场方向垂直纸面向内，两线圈绕轴转动时，甲图线圈中______（填“有”或“没有”）感应电流，已知乙中磁场的磁感应强度大小为B，线圈的面积为S，当线圈从图示位置绕轴转过时，穿过该线圈的磁通量的变化量大小为______。 【答案】 没有 / 【详解】[1]甲图中线圈的所围面积没有磁感线穿过，因此磁通量为零，不会产生感应电流； [2]当线圈在乙图示位置时，磁通量 转过时，磁通量 因此穿过该线圈的磁通量的变化量大小为 12．如图所示为水平放置的匝矩形线圈，其长度为，宽度为，且，线圈内有一直径为的圆形区域与矩形线圈相内切。一个匀强磁场穿过该圆形区域，磁感应强度大小为，方向与水平方向成角斜向上，且整个圆形区域内均有磁场穿过，水平面内其他区域没有磁场穿过。现将该矩形线圈绕过两个切点的水平轴顺时针转动。此过程中，穿过矩形线圈磁通量的变化量的绝对值为（    ） A． B． C．0 D． 【答案】B 【详解】转动前，穿过线圈的磁通量为 其中 可得 转动后，穿过线圈的磁通量为 则磁通量的变化量为 故选B。 迁移创新 13．在如图所示的坐标系Oxyz中有一四面体Oabc，底面Oab在xOy平面内，c在xOy平面内的投影为d。在空间存在沿z方向的匀强磁场，已知，，穿过三角形Oac、Obc、abc的磁通量分别为、、。则该磁场的磁感应强度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由题意可知 穿过三角形的磁通量 所以磁场的磁感应强度 故选C。 14．（多选）如图所示，是一个竖直的导线框，全部处于磁感应强度为的水平方向的匀强磁场中，线框面积为，线框的总电阻为，边水平，线框绕某一竖直固定轴以角速度逆时针（俯视）匀速转动。以边与磁场方向的夹角为时（图示位置）为时刻，下列说法正确的是（　　） A．导线框中感应电动势的有效值为 B．导线框处于从图示位置转过角的位置时，其磁通量变化率为零 C．从图示位置转过角的过程中，导线框感应电动势的平均值为 D．从图示位置转过角的过程中，通过导线框横截面的电荷量为 【答案】BCD 【详解】A．导线框中产生的瞬时电动势的峰值是 此题，故有效值为，故A错误； B．导线框处于从图示位置转过角的位置时，线框平面与磁场方向垂直，通过线框的磁通量最大，但磁通量变化率最小为零，故B正确； C．感应电动势的平均值为，故C正确； D．导线框再转过60°时，导线框磁通量最大，电荷量为，故D正确； 故选BCD。 学科网（北京）股份有限公司1/10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 初识电磁场与电磁波 5.2电磁感应现象及其应用 课标要点 1.了解电磁感应现象的发现历程，知道磁生电的条件，区分磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率。 2.理解感应电流产生的两类情况：磁场不变、回路面积变化；回路不动、磁感应强度变化。 学习重难点 重点：感应电流产生条件、磁通量概念、电磁感应生活应用原理 难点：磁通量变化的辨析、综合场景下感应电流方向判断 知识点电磁感应的发现与磁通量 1.电磁感应的发现 1820年奥斯特发现电流的磁效应(电生磁)，启发科学家逆向研究“磁能否生电”； 1831年法拉第通过大量实验首次发现电磁感应现象，实现磁生电，奠定现代电磁发电、电气化工业基础。 2.磁通量 (1)定义：穿过某一闭合回路磁感线的总条数，符号。 (2)计算公式： ：匀强磁场磁感应强度；：回路面积；：磁场与回路法线的夹角。 (3)单位：韦伯，符号，。 (4)物理意义：表征磁场穿过回路的多少；磁感线垂直穿过回路时磁通量最大，平行穿过时磁通量为0。 3.磁通量的变化(产生感应电流的核心前提) 三种能使改变的方式： ①磁感应强度变化(磁场强弱改变)； ②闭合回路面积变化； ③回路平面与磁场夹角变化(线圈转动、翻转)。 4.感应电流产生条件 闭合回路+磁通量发生变化，二者缺一不可：回路不闭合：仅产生感应电动势，无感应电流；回路闭合但磁通量不变：无感应电动势、无感应电流。 随学随练 1．下列现象中，属于电磁感应现象的是 （　　） A．通电导线发热 B．因闭合线圈在磁场中运动而产生了电流 C．磁铁吸引小磁针 D．小磁针在通电导线附近发生偏转 2．物理学家的科学研究推动了人类社会文明的进程，下列说法正确的是（　　） A．库仑最早通过扭秤实验测量了元电荷的数值为1.6×10-19C B．欧姆发现了欧姆定律，说明了电现象和热现象之间存在联系 C．奥斯特发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系 D．美国科学家富兰克林命名了正、负电荷，密立根通过实验测得元电荷的电量 3．跳绳也可以“发电”。用一根带有绝缘皮的长铜导线做跳绳，将它的两端与固定在地面上的灵敏电流计相连，摇动跳绳时，发现灵敏电流计的指针左右摆动。则（　　） A．向任意方向摇绳一定都能产生电流 B．只能在赤道平面上产生电流 C．跳绳发电属于电磁感应 D．跳绳发电属于电流的磁效应 知识点感应电流方向判断：楞次定律与右手定则 一、楞次定律 1.内容：感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 2.核心口诀：增反减同 原磁通量增大：感应磁场与原磁场方向相反； 原磁通量减小：感应磁场与原磁场方向相同。 3.完整判断四步骤： ①确定原磁场方向； ②判断原磁通量是增大还是减小； ③用增反减同确定感应电流磁场方向； ④安培定则(右手螺旋定则)推出感应电流环绕方向。 4.对“阻碍”的理解： 阻碍≠阻止，仅延缓磁通量变化，无法抵消磁通量的增减；阻碍对象是磁通量的变化，不是磁场本身。 二、右手定则(特殊简化判断，仅适用于导体切割磁感线) 1.适用场景：闭合回路中一段导体做切割磁感线运动。 2.操作方法：伸开右手，磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，四指指向感应电流方向。 3.关系对比：右手定则是楞次定律在切割场景下的推论，二者判断结果完全一致。 随学随练 4．将一金属弹簧两端如图所示接入到电路中，当电键S闭合将有电流通过弹簧，以下说法正确的是（    ）    A．电键闭合后弹簧将保持原长不变 B．电键闭合电路稳定后，滑动变阻器滑片不发生移动，弹簧长度等于原长 C．电键闭合电路稳定后，将滑动变阻器滑片向左移动时弹簧将变长 D．电键闭合电路稳定后，将滑动变阻器滑片向右移动时弹簧将变长 5．图甲和乙是演示自感现象的两个电路图，和为电感线圈。实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关，灯逐渐变亮。而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同。下列说法正确的是（     ） A．图甲中，与的电阻值相同 B．图甲中，闭合，电路稳定后，中电流大于中电流 C．图乙中，变阻器R与的电阻值相同 D．图乙中，闭合瞬间，中电流与变阻器R中电流相等 6．某同学用如图所示的装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验。（线圈绕向如图中所示） (1)①当条形磁铁的N极向下插入线圈时，观察到灵敏电流计指针向右偏转，从上往下看线圈中感应电流的方向为____________（填顺时针方向或逆时针方向）；②当条形磁铁的N极从线圈中向上拔出时，灵敏电流计指针将向_______（填“左”或“右”）偏转。 (2)该同学进一步探究电磁感应现象：将两个线圈A、B套在同一铁芯上，线圈A与电源、滑动变阻器、开关组成回路，线圈B与灵敏电流计组成闭合回路。①开关闭合瞬间，指针__________（偏转/不偏转）；②开关闭合，电路稳定后指针__________（偏转/不偏转）；③开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片的过 程中，指针__________（偏转/不偏转）。 (3)在做“探究电磁感应现象”实验时，如果B线圈两端不接任何元件，仍然进行（2）中操作，则B线圈电路中将（     ） A．因电路不闭合，无电磁感应现象 B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势 C．不能用楞次定律判断感应电动势方向 D．可以用楞次定律判断感应电动势方向 知识点电磁感应的典型应用 1.发电机(交流/直流发电机) 原理：转子线圈在匀强磁场中持续转动，线圈与磁场夹角周期性改变，磁通量不断变化，产生周期性交变感应电流，将机械能转化为电能。 交流发电机：无换向器，输出交流电； 直流发电机：加装换向器，对外输出单向直流电。 2.动圈式话筒 内部结构：永久磁铁、线圈、振膜； 工作流程：声波推动振膜带动线圈振动，线圈切割磁铁磁感线产生微弱感应电流，声信号转化为电信号。 3.电磁炉 交变电流通入线圈产生交变磁场，交变磁场穿过金属锅底，锅底金属内磁通量持续变化，产生涡旋感应电流(涡流)；电流热效应使锅底升温加热食物，电能转化为内能。 4.金属探测仪 设备探头产生交变磁场，地下/安检处金属内部磁通量变化，激发涡流；涡流反向产生磁场，被探头接收，设备报警提示金属存在。 5.变压器(拓展) 原线圈通入交变电流→铁芯产生交变磁场→副线圈磁通量周期性变化，副线圈产生感应电动势，实现电压升降，是远距离输电核心设备。 随学随练 7．高压直流输电中，两条输电线 M、N 等高平行排列，导线中通有等大、反向的电流。将一金属圆环置于垂直两输电线所在的平面内，其圆心位于 MN 连线中点 O，与 MN 的中垂线交于 a、b 两点，与 MN 连线交于 c、d。不计圆环对磁场的影响，则（　　） A．O 点磁感应强度为零 B．a、b 两点的磁感应强度方向相反 C．c、d 两点的磁感应强度方向相同 D．若圆环垂直纸面向外移动稍许，圆环内将产生感应电流 8．如图，电吉他的拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成，磁体产生的磁场使金属琴弦磁化，磁化的琴弦也有了磁性．当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时，线圈中就会产生相应的电流，并最终还原为声音信号．下列说法正确的是    A．若磁体失去磁性，电吉他仍能正常工作 B．换用尼龙材质的琴弦，电吉他仍能正常工作 C．琴弦振动的过程中，线圈中电流的方向不会发生变化 D．拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动信号转化为电信号 9．有人做过这样一个实验：将一锡块和一个磁性很强的小永久磁铁叠放在一起，放入一个浅平的塑料容器中。往塑料容器中倒入液态氮，降低温度，使锡出现超导性。这时可以看到，小磁铁竟然离开锡块表面，飘然升起，与锡块保持一定距离后，便悬空不动了。产生该现象的原因是：磁场中的超导体能将磁场完全排斥在超导体外，即超导体内部没有磁通量（迈斯纳效应）。如果外界有一个磁场要通过超导体内部，那么在磁场作用下，超导体表面就会产生一个无损耗感应电流。这个电流产生的磁场恰恰与外加磁场大小相等、方向相反，这就形成了一个斥力。当磁铁受到的向上的斥力大小刚好等于它重力大小的时候，磁铁就可以悬浮在空中。根据以上材料可知（　　） A．超导体处在恒定的磁场中时它的表面不会产生感应电流 B．超导体处在均匀变化的磁场中时它的表面将产生恒定的感应电流 C．将悬空在超导体上面的磁铁翻转180°，超导体和磁铁间的作用力将变成引力 D．将磁铁靠近超导体，超导体表面的感应电流增大，超导体和磁铁间的斥力就会增大 疑难点磁通量变化的易错辨析 1.线圈翻转180°时磁通量变化量计算： 初始，翻转后磁感线反向穿过，变化量，易错点直接算成0。 2.回路全部在匀强磁场内平动： 整体平移时穿过回路磁感线条数不变，磁通量不变，无感应电流；只有进出磁场边界时才有感应电流。 3.磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率三者无必然大小关系： 大不代表大，大不代表变化快(变化率大)。 活学活用 10．（多选）如图所示，在水平面有一长方形abcd区域内，有竖直向下的匀强磁场，ab=1m，磁感应强度B=1T。现有一长方形abef线框可绕ab轴在竖直面内转动，bc=be=2m，线框与水平方向的夹角为θ，下列说法正确的是（　　） A．当=0°时，穿过线框的磁通量为0Wb B．当=30°时，穿过线框的磁通量为1Wb C．当=60°时，穿过线框的磁通量为1Wb D．当=90°时，穿过线框的磁通量为0Wb 11．如图所示，水平放置的匝矩形线框面积为，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向与水平面成角斜向上，现使矩形线框以边为轴顺时针旋转90°到竖直的虚线位置。已知，，关于矩形线框的磁通量，下列说法正确的是（    ） A．初态磁通量大小为 B．末态磁通量大小为 C．磁通量变化量的大小为 D．磁通量变化量的大小为 12．如图所示，水平桌面上有一个长为a=0.4m、宽为b=0.2m 的矩形线框ABCD，M为AB 边的中点，N为CD 边的中点，MN 正上方平行MN 方向水平放置一通电长直导线，电流沿MN 方向，直导线中电流产生的磁场在 MN上的磁感应强度大小 ，整个空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为 ，则下列说法正确的是（　　） A．M、N连线上的磁感应强度大小为 ，方向竖直向下 B．MN 上各点中MN 中点的磁感应强度大小最大，且为 C．穿过矩形线框的磁通量为 D．将通电直导线竖直向下平移，穿过矩形线框的磁通量将变大 基础通关 1．（多选）带电粒子在磁场中发生偏转的物理原理可运用于各种科学实验和电器中，下面利用了此物理原理的装置有（　　） A．磁流体发动机 B．电子显像管 C．回旋加速器 D．延时继电器 2．发电机的基本原理是电磁感应，发现电磁感应现象的科学家是（    ） A．安培 B．奥斯特 C．法拉第 D．库仑 3．2023年8月15日，游客在新疆吐鲁番的沙漠上游玩时，头发突然竖了起来。当时无风，但头顶乌云密布。下列相关说法正确的是（　　） A．这是一种电磁感应现象 B．这是一种静电感应现象 C．此时人的头与脚带异种电荷 D．此时人应躺下或蹲下，并向高处撤离 4．某实验小组的同学做“探究影响感应电流方向的因素”的实验，实验步骤如下： (1)按照图甲所示的电路连接仪器，开关S断开时，观察到灵敏电流计的指针停在刻度盘的正中央位置；闭合开关S，观察到灵敏电流计指针向左偏；若将电源的正负极对调后，再接入电路，闭合开关S，观察到灵敏电流计指针向右偏；进行这步操作的目的是：判断电流从不同接线柱流入时，对灵敏电流计指针偏转____________的影响。 (2)若将图乙中的条形磁铁（极朝下）迅速插入线圈，观察到灵敏电流计的指针____________（选填“向左”或“向右”）偏转，说明线圈中的感应电流的磁场方向____________（选填“向上”或“向下”）。 5．“千人震”实验是用一节电动势为1.5V的新干电池（图中电池上端为正极）、一个日光灯镇流器自感线圈、开关和几根导线连成如图所示的电路。做实验的同学手拉手连成一排，首、尾两位同学分别握住导线的A、B端。下列说法正确的是（     ） A．开关闭合瞬间，人有触电感觉 B．开关断开瞬间，线圈产生的自感电动势不高于1.5V C．开关断开瞬间，电流方向由B经人体流向A D．开关闭合瞬间，电流方向由B经人体流向A 6．用如图所示的装置来探究电磁感应现象和感应电流的方向。带铁芯的线圈甲与阻值较大的电阻R0、电流表A、电源E、开关S、滑动变阻器R组成回路。套在空心铁圆柱体上的线圈乙的两端接电流表B，线圈甲的铁芯有一小部分插在空心铁圆柱体内。两电流表完全相同，零刻度线在表盘中央，如果电流从正接线柱流入，指针向左偏转，反之向右偏转。回答下列问题： (1)闭合开关S的瞬间，电流表B的指针________（选填“会”或“不会”）偏转。 (2)闭合开关S一段时间后，当将滑动变阻器的滑片较快地向a端移动时，电流表A的指针________，电流表B的指针________。（均选填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”） 7．水平面某一区域存在具有平行边界的匀强磁场区域，磁场方向竖直向下，一闭合金属框在外力作用下匀速通过磁场区域，过程中依次经过位置a、b、c、d，如图所示。下列关于金属框运动过程中感应电流的说法，正确的是（　　） A．位置a处，金属框中存在感应电流 B．从位置a到位置b过程中，金属框中始终存在感应电流 C．从位置b到位置c过程中，金属框中始终存在感应电流 D．从位置c到位置d过程中，金属框中始终无感应电流 8．下列物理量是矢量，且单位用国际单位制中的基本单位表示正确的是（     ） A．电场强度 B．磁感应强度 C．电容 D．磁通量 9．如图所示，矩形线圈放置在水平面内，磁场方向与水平方向夹角α=60°，已知矩形线圈面积为S，磁感应强度大小为，现将线圈绕顺时针旋转，则通过线圈的磁通量变化量为（　　） A． B． C． D．0 10．如图所示，圆形线圈半径为R。线圈内虚线同心圆半径为r，虚线内分布有磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直于线圈平面。下列说法正确的是（　　） A．穿过线圈的磁通量为；若线圈绕某直径旋转180°，线圈磁通量变化量的大小为 B．穿过线圈的磁通量为；若线圈绕某直径旋转180°，线圈磁通量变化量的大小为0 C．穿过线圈的磁通量为；若线圈绕某直径旋转90°，线圈磁通量变化量的大小为0 D．穿过线圈的磁通量为；若线圈绕某直径旋转90°，线圈磁通量变化量的大小为 素养提升 11．如图，甲、乙线圈平行纸面放置，甲处的匀强磁场方向平行，乙处的匀强磁场方向垂直纸面向内，两线圈绕轴转动时，甲图线圈中______（填“有”或“没有”）感应电流，已知乙中磁场的磁感应强度大小为B，线圈的面积为S，当线圈从图示位置绕轴转过时，穿过该线圈的磁通量的变化量大小为______。 12．如图所示为水平放置的匝矩形线圈，其长度为，宽度为，且，线圈内有一直径为的圆形区域与矩形线圈相内切。一个匀强磁场穿过该圆形区域，磁感应强度大小为，方向与水平方向成角斜向上，且整个圆形区域内均有磁场穿过，水平面内其他区域没有磁场穿过。现将该矩形线圈绕过两个切点的水平轴顺时针转动。此过程中，穿过矩形线圈磁通量的变化量的绝对值为（    ） A． B． C．0 D． 迁移创新 13．在如图所示的坐标系Oxyz中有一四面体Oabc，底面Oab在xOy平面内，c在xOy平面内的投影为d。在空间存在沿z方向的匀强磁场，已知，，穿过三角形Oac、Obc、abc的磁通量分别为、、。则该磁场的磁感应强度大小为（　　） A． B． C． D． 14．（多选）如图所示，是一个竖直的导线框，全部处于磁感应强度为的水平方向的匀强磁场中，线框面积为，线框的总电阻为，边水平，线框绕某一竖直固定轴以角速度逆时针（俯视）匀速转动。以边与磁场方向的夹角为时（图示位置）为时刻，下列说法正确的是（　　） A．导线框中感应电动势的有效值为 B．导线框处于从图示位置转过角的位置时，其磁通量变化率为零 C．从图示位置转过角的过程中，导线框感应电动势的平均值为 D．从图示位置转过角的过程中，通过导线框横截面的电荷量为 学科网（北京）股份有限公司1/10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $