20.5 磁生电（考点解读）（原卷版）

205 磁生电（考点解读）（原卷版） 1、电磁感应以及产生感应电流的条件 （1）电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流， 这种电流叫感应电流，这一现象叫电磁感应现象。 ※产生感应电流的条件有三点：①闭合电路；②一部分导体；③切割磁感线运动。 （2）历史意义：英国科学家法拉第首先发现的电磁感应现象，这一发现进一步揭示了电 与 磁之间的联系，证明了磁可以生电。 （3）实验装置图： （4）感应电流方向的影响因素：磁场方向、导体运动方向。 如图，电流表指针偏转方向不同显示电流方向的不同。 甲乙对比可以说明电流方向与磁场方向有关；甲丙对比可以说明电流方向与运动方向有关。 （5）感应电流大小的影响因素：磁场强弱、导体运动快慢、线圈匝数。 2、动圈式话筒的构造和原理 （1）构造如图所示： （2）工作原理：电磁感应现象； （3）工作过程：对着话筒说话时，产生的声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一 起 振动，线圈在磁场中的这种运动，能产生随着声音的变化而变化的电流，经放大后，通过 扬 声器还原成声音。 （4）话筒把声信号转化为电信号，扬声器把电信号转化为声信号；话筒中机械能转化为 电能，扬声器中电能转化为机械能；话筒是电磁感应现象原理，扬声器是通电导体在磁场 中受力原理； （5）发电机和动圈式话筒都是电磁感应现象原理；电动机和扬声器都是通电导体在磁场 中受力原理。 3、发电机的构造和原理 （1）发电机的工作原理：电磁感应现象； （2）发电机的构造：主要有线圈、磁极、铜环和电刷四个基本组成部分，概括地讲是由 转子（转动部分）和定子（固定部分）两部分组成； 实际的大型发电机多采用线圈不动，磁极旋转的方式来发电，叫旋转磁极式发电机．有的 发电机利用电磁铁来代替永磁体； （3）交流发电机工作过程：如图所示，磁场方向水平向右，bd 是线圈，上面的铜环与b 直接相连，下面的铜环与直接相连； 线圈b 段向纸面里运动时产生电流方向向下，此时d 段向纸面外运动产生电流方向向上； 当线圈所在平面运动到与磁感线方向垂直时，由于线圈不切割磁感线，不产生电流；当b 线向纸面外运动时产生向上的电流，此时d 段向纸面里运动产生向下的电流．所以流过电 流表的电流方向是变化的，每当线圈所在平面与磁感线垂直时电流表指到零。 （4）发电机与电动机相对比，电动机是因电而动，工作配置中要有电源，消耗电能获得 机械能；发电机则是因动而电，工作配置中没有电源，发电机本身就是电源，消耗机械能 获得电能； （5）无论是直流发电机还是交流发电机，线圈产生的都是交流电，交流发电机输出的是 交流电，直流发电机是在换向器的作用下输出的是直流电。 4、交流电 （1）交流发电机产生的感应电流的大小和方向在周期性地变化，这样的电流叫做交变电 流，简称交流（）； （2）在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率，单位是赫兹，简称赫， 符号是z。 （3）我国家庭电路的交流电电压是220V，频率是50z，周期是002s，每秒内电流方向 变化100 次．注意：方向变化100 次，周期性变化50 次。 5、探究电磁感应现象的实验，用实验方法研究产生感应电流的条件： （1）磁场不动； 导体向上、向下运动；导体向左或向右运动。 （2）导体不动，磁场动，会不会在电路中产生电流。 如图所示： 【考点1 电磁感应以及产生感应电流的条件】 【典例1-1】（2023•杜尔伯特县三模）如图所示的四个装置，下列表述正确的是（ ） ．图 可用来演示电磁感应现象 B．图b 可用来演示电动机原理 ．图是将机械能转化为电能 D．图d 可用来演示电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系 【典例1-2】（2023•揭阳二模）如图甲所示的司南，静止时它的长柄（S 极）指向地理的 方，这是因为受到 的作用。如图乙所示装置的闭合电路，当将条形磁铁向下运 动时，电路中 （选填“有”或“无”）感应电流产生。 【变式1-1】（2023•遵化市二模）轮滑鞋大都装有闪光轮，就是在轮子内部嵌入线圈和磁 体，当轮子转动时内部线圈车轮转动，切割磁感线产生感应电流，把机械能转化为电能， 从而使二极管发光。下与其工作原理相同的是（ ） ． B． ． D． 【变式1-2】（2023•门头沟区二模）关于电和磁，下列说法中正确的是（ ） ．导体周围存在磁场 B．磁感线是真实存在的 ．电动机能够把电能转化为机械能 D．只要导体在磁场中做切割磁感线运动，就会产生感应电流 【变式1-3】（2023•尉氏县三模）世界上第一个发现电与磁之间联系的物理学家是 ； 科学家在电与磁的研究中，根据 这一原理发明了电动机；根据电磁感应 现象发明了发电机，也制造出了 （选填“扬声器”或“动圈式话筒”）。 【考点2 动圈式话筒的构造和原理】 【典例2-1】（2023•莱芜区模拟）如图是话筒的原理图。在弹性膜片后面粘接金属线圈， 线圈处于永久磁体的磁场中，声波使膜片振动，将声信号变为电信号。选项中与其工作 原理相同的是（ ） ． B． ． D． 【变式2-1】（2023•碑林区校级模拟）小华同学通过学习物理知识认识到了很多用电器的 物理原理，以下用电设备工作原理与其下方实验所对应原理不匹配的是（ ） 用 电 器 电饭锅 电磁起重机 电风扇 动圈式话筒 实 验 装 置 B D ． B．B ． D．D 【变式2-2】（2023•西城区二模）如图所示是动圈式话筒构造示意图。当你对着话筒说话 时，声音使膜片振动，与膜片相连的处在磁场中的线圈也跟着一起振动，线圈中产生大 小和方向都变化的电流。下列四个实验中，与动圈式话筒的工作原理相同的是（ ） ． B． ． D． 【考点3 发电机的构造和原理】 【典例3-1】（2023•庐阳区校级三模）如图是交流发电机的原理图，此时线圈平面与磁感 线垂直，则（ ） ．线圈转动到图示位置的瞬间，不会产生感应电流 B．交流发电机的基本原理是通电导体在磁场中受力的作用 ．交流发电机是将电能转化成机械能的装置 D．线圈匀速转动时，线圈中产生的电流方向改变，但大小不变 【典例3-2】（2023•大冶市模拟）根据我们所学的电与磁的知识，回答下列问题： （1）将某单向导电的LED（导通状态如图1）接入图2 电路，线圈先后经过甲、乙位置 且LED 发光，可判断电源的左端为 极（正；B 负），两位置导线b 所受磁场力的 方向 （相同；B 相反）。 （2）图3 中能体现发电机原理是图 （丙；B 丁），图丁的b 棒最好选用 （铜；B 铁；铝）材质。 【变式3-1】（2023•秦都区校级三模）小明以塑料为连接轴将自己家的两个玩具电机的转 轴连接起来，如图，开关S 闭合后，灯泡发光，下列说法正确的是（ ） ．甲相当于发电机，乙相当于电动机B．灯泡发光是有电流通过连接轴 ．增加电池的节数，小灯泡亮度不变 D．将电源正负极对调，灯泡亮度发生改变 【变式3-2】（2023•天山区校级模拟）无链条电动自行车因省力、灵活、安静等优点，成 为城市中一种理想的交通工具。 （1）车身是由航空铝合金制造，由于航空铝合金的 小（选填“密度”或“体 积”），使得整车质量小，惯性 ，比较灵活：整车产生的最大噪声小于30dB，这 是从 减弱噪声。 （2）此车可以通过骑行者踩脚踏板获得能量，踩脚踏板获得的能量存储在自行车框架 中的锂电池内，这个过程相当于 （选填“发电机”或“电动机”）的工作原理。 为保证电动车续航能力，该车采用了能量密度大的锂电池，其能量密度达180•/kg，若 锂电池的质量为2kg，电池充满电时电能为 ；若车行驶中受到的阻力均为 50，这些能量有80%转化为动能，则车可以行驶 m。 【考点4 探究电磁感应现象的实验】 【典例4-1】（2022•大庆）某同学利用如图所示的实验装置探究电磁感应现象，实验时开 关S 始终闭合且磁体保持静止，下列探究过程及结论均合理的是（ ） ．导线b 保持静止，未观察到灵敏电流计指针发生偏转，说明磁不能生电 B．导线b 上下运动，未观察到灵敏电流计指针发生偏转，说明导体在磁场中运动不会 产生感应电流 ．导线b 分别向左、向右运动，观察到灵敏电流计指针偏转方向不同，说明感应电流的 方向与导线运动方向有关 D．磁体的S 极在上时，使导线b 向左运动；极在上时，使导线b 向右运动。观察到两 次灵敏电流计指针偏转方向相同，说明感应电流的方向与磁场方向无关 【典例4-2】（2023•碑林区校级模拟）在“探究感应电流产生的条件”实验中： （1）实验装置如图所示，B 棒的材料可能是 （选填“塑料”、“铝”或“陶 瓷”）。 （2）闭合开关，让导体B 在蹄形磁体中向右运动，电流表指针 偏转（选填“会” 或“不会”），说明电路中有感应电流产生。 （3）保持B 棒运动方向不变，仅将磁体、S 极对调，重复上述实验，是为了探究感应 电流方向与 的关系。在这个实验中机械能转化为了电能，但这些电能却无法 再自发地转化为B 棒的机械能，这说明能量的转化有 性。 【变式4-1】（2023•禅城区二模）（1）如图甲所示，电能表的读数是 k•，如图乙所 示，冰墩墩的高度为 m。 （2）如图丙是探究“电流产生的热量跟什么因素有关”的装置。实验中通过观察U 形 管中液面 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少，这种实验研究的方法 叫 法。 （3）图丁是“探究什么情况下磁可以生电”的装置。导体B 用棉线悬挂起来，B 棒材 料应选择 （选填“塑料”或“铜”）。闭合开关后，B 棒向 （选填“左 右”或“上下”）运动时，灵敏电流计的指针会发生偏转，说明电路中产生了感应电流。 为了得到更大的感应电流，可以 （填一个做法即可）。 【变式4-2】（2023•石景山区二模）某同学利用如图甲所示的实验装置探究“闭合电路中 的导体在磁场中做怎样的运动会产生感应电流”，图中、S 是磁极，在两极中间区域， 前后相对位置放置一对“米”字镂空塑料板，如图乙所示，辅助导体在磁场中沿①② ③三个方向做直线运动。用图丙可以描述图甲中的导体b 位置、运动轨迹和磁感线，其 中虚线代表导体运动轨迹。实验时开关S1始终闭合且磁体保持静止。实验结果如下表： 磁场情况 导体b 在磁场中的运动情况 灵敏电流计偏转情况 极在下 静止 不偏转 极在下 沿①做竖直上、下运动 不偏转 极在下 沿②做水平向左运动 向左偏转 极在下 沿②做水平向右运动 向右偏转 极在上 沿②做水平向左运动 向右偏转 极在上或在下 ③做倾斜方向运动均 有偏转 （1）根据以上信息，判断下列说法正确的是 。 导体b 保持静止，未观察到灵敏电流计指针发生偏转，说明磁不能生电 B 导体b 竖直上下运动，未观察到灵敏电流计指针发生偏转，说明此时没有产生感应电 流 磁体的极在下时，导体b 分别沿水平向左、水平向右运动，观察到灵敏电流计指针偏转 方向不同，说明感应电流的方向与导体运动方向有关 D 磁体的极在下时，使导体b 水平向右运动；极在上时，使导体b 水平向左运动，观察 到两次灵敏电流计指针偏转方向相同，说明感应电流方向与磁场方向无关 （2）在以上实验的基础上进一步分析得出：“切割磁感线运动”时可以产生感应电流， 据此可以推理，图中垂直于纸面放置的导体b 在以下几种分布情况的磁场中沿虚线运动 时，可以产生感应电流的是： 。（注意选填字母） ．①②③ B．②③ ．②④ D．①③④ 一、选择题。 1．（2023•本溪二模）如图是一款能自动发电的健身车，蹬车时车轮带动内部的线圈在磁 场中转动，就会产生感应电流，为车上的蓄电池充电，蓄电池又可为健身车上的用电设 备供电。关于该健身车，下列说法正确的是（ ） ．健身车放在水平地面上时对地面的压力约为25 B．健身车的高度约为12dm ．车轮转动一段时间后，用手触摸会感到温热，其温度约为100℃ D．健身车发电时的工作原理与扬声器的工作原理相同 2 ．（2023• 秦淮区二模）下列关于电磁现象的说法，正确的是（ ） ．图甲：为磁体s 极 B．图乙：P 向右滑动能吸引更多铁钉 ．图丙：该装置中导体B 竖直向上运动，电流表指针偏转 D．图丁：只对调电源正负极，线圈转动方向就会发生改变 3．（2023•柘城县一模）如图是正在工作的风力发电机，下列能反映其工作原理的是（ ） ． B． ． D． 4．（2023•灌云县校级一模）如图所示的四个装置，关于它们的说法正确的是（ ） ．图可用来演示电流的磁效应 B．图b 可用来演示电磁感应现象 ．图可用来演示磁场对电流的作用 D．图d 可用来演示电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系 5．（2022•新抚区模拟）图中是模仿中国科技馆“电磁感应摆”组装的实验装置，甲、乙 两个线圈用导线连接起来，构成闭合电路，分别放入磁场中，让甲线圈在磁场中做切割 磁感线运动，乙线圈就会随之摆动。关于这个现象，下列说法正确的是（ ） ．甲线圈运动过程中，把电能转化为机械能 B．乙线圈摆动过程中，把机械能转化为电能 ．根据乙线圈摆动的原理可以制成电动机 D．只改变甲线圈切割磁感线的方向，乙线圈摆动方向不变 6．（2023•新乡三模）（多选）如图所示，b、d 两铜棒分别悬挂在两个蹄形磁铁的磁场中， 两铜棒通过导线连接构成一个闭合回路，用手推动铜棒b 水平摆动时，铜棒d 也会随之 摆动。对于这个过程，下列说法正确的是（ ） ．铜棒b 相当于电源，铜棒d 相当于用电器 B．竖直上下移动铜棒b，铜棒d 也会随之摆动 ．铜棒d 运动时是发电机的工作原理 D．仅调换右侧蹄形磁铁的上下磁极，铜棒d 摆动方向与原来相反 7．（2023•潍坊模拟）（多选）如图所示是小明设计的一个简易电流表，图中、S 为永磁 体的两个磁极，线圈和指针成一定的角度固定在一起，指针下端配有重球，、b 是简易 电流表的接线柱（ ） ．简易电流表能够工作的主要原理是电磁感应 B．如图所示，指针所指的位置应该是简易电流表的0 刻度线 ．如果b 为正接线柱，正确使用电流表时指针会向左侧偏转 D．通过线圈的电流不变，指针下端的重球质量越大，指针偏转角度越小 二、填空题。 8．（2023•海州区校级三模）如图是一款能发电的魔方充电器，转动魔方即可产生电能。 产生的电能储存于魔方内并通过USB 端口给移动设备充电。 （1）此魔方根据 的原理发电，这个过程 能转化为电能； （2）给移动设备充电时，魔方相当于电路中的 （选填“电源”或“用电 器”）。 9．（2023•单县二模）（1）如图甲，线圈上方有一铁片，通电后，线圈端是 极，铁片 B 端是 极。 （2）如图乙，将、D 两个微型电动机的转轴对接并固定在一起，闭合开关后，两电动 机一起转动，小灯泡（与固定在一起）发光，能够产生感应电流的是 （选填“”或 “D”）电机，另一个电机为它提供机械能。 10．（2023•从化区二模）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）如图2 是实验室用的手摇发电机简易图，闭合开关后，甲图线圈顺时针转动， LED 发光；乙图线圈顺时针转动，LED 发 （选填“红”或“黄”）光。 （2）如图3 所示，图中的表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合回路的一部分。如果 它在四个磁场中水平运动时，图4 中哪种情况不会产生感应电流？ （填写序号）。 11．（2023•长春一模）在码头附近的海面上，放置一些蓝色铁板，就可以源源不断获取电 力。如图所示，装置中有液压马达、蓄电池和发电机，发电机是根据 原理制 成的；蓝色铁板依据海洋的潮起潮落，把海水中的 能转化为 能。 12．（2023•宜兴市模拟）为了探究导体在磁场中怎样运动，才能在电路中产生电流，采用 了图中所示的实验装置： （1）断开开关，让导体b 在蹄形磁体中左右运动，电流计指针 （会/不会，下 同）偏转；闭合开关，让导体在蹄形磁场中竖直上下运动，电流计指针 偏转。 （2）闭合开关，将导体b 向左运动，发现电流计指针向左偏转，如果将导体b 向右运 动，则电流计指针向 （左/右，下同）偏转，如果将此磁体磁极上下对调，将导体 b 向左运动，则电流计指针向 偏转。 13．（2022 秋•泸县校级月考）对人体来说，安全电压一般不高于 V；我国家庭使用 的交流电频率为 z，周期 s，交流电的方向每周期改变2 次，则10m 电流方 向改变 次。 14．（2022•姜堰区校级模拟）科技活动中，小明所在的科技小组展示了一个“隔板推物” 的节目，其原理如图所示甲、乙两线圈分别悬挂在两个蹄形磁铁的磁场中，两线圈通过 导线连接构成一个闭合回路用手推动左侧甲线圈摆动时，右侧乙线圈会随之摆动其中隔 板左侧装置应用的原理是 ，隔板右侧装置产生的现象与 工作原理类似， 把 能主要转化为 能。 三、实验探究题。 15．（2023•越秀区校级二模）如图所示，小彤同学利用两块磁铁、一个线圈等材料制作了 一台小型发电机，并用一个LED 灯和开关（发光二极管）连接了图中电路。 （1）二极管具有单向导电性，当以一定的速度连续转动线圈，当线圈转动到如图所示 位置时，LED 恰好发光，则当线圈转到图b 位置时，LED 发光（选填“能”或 “不能”）； （2）闭合电路中的感应电流与磁场方向、导线运动方向有关。在实验图中，发光的是 LED （选填“甲”或“乙”）；线圈持续转动时，LED 灯甲和乙 （选填 “同时发光”或“交替发光”）。 四、解答题。 16．（2023•河南二模）近日，周口东服务区分布式光伏发电项目正式并发电，标志着目前 全省规模最大的高速公路服务区分布式光伏发电项目建设成功（如图所示）。 （1）光伏发电是将光能直接转化为 能的一种技术。光伏路面提前预留了电磁感 应线圈，可以让以后的电动汽车边跑边充电，这和 的原理相同。 （2）一质量为400kg 的电动汽车静止在这段水平路面时，车轮与地面的总接触面积为 200m2，则电动汽车对地面的压强为多少P？（g 取10/kg） （3）光伏高速公路太阳能发电，预计年发电量将达106k•，若这些能量由汽油完全燃烧 放出的热量的30%转化而来，要消耗汽油约多少吨？（结果保留整数，q 汽油＝46×107/ kg） 17．（2022•建华区二模）如图所