20.5 磁生电（考点解读）（解析版）

205 磁生电（考点解读）（解析版） 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 【答】D 【分析】（1）奥斯特实验说明电流磁效应，即电流能产生磁场； （2）电磁感应是指闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线，电路中会产生感应电 流； （3）研究磁场对电流的作用要先给导体通电，再将其放入磁场中。根据不同实验的特 点，对照各图进行判断即可； （4）比较电磁铁磁性强弱一般用不同的电磁铁来吸引大头针的个数进行判断的。 【解答】解：、是奥斯特实验，演示电流的磁效应的实验装置，故错误； B、此图中没有电源，即是研究电磁感应现象的实验装置，故B 错误； 、此图中有电源，是演示磁场对电流作用的实验装置，将电能转化为机械能，故错误； D、是演示电磁铁中线圈匝数的多少与磁性强弱的关系的实验装置，故D 正确。 故选：D。 【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 南 方，这是因为受到 地磁场 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 有 （选填“有”或“无”）感应电流产生。 【答】南；地磁场；有。 【分析】（1）指南针是根据地磁场的作用工作的，地磁的南极在地理的北极附近，而 地磁的北极在地理的南极附近，再根据磁极间的作用规律，可判断指南针的指向； （2）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生电流。 【解答】解：（1）地磁场对放入其中的磁体产生磁力的作用，因为指南针是根据地磁 场的原理工作的，地磁的南极在地理的北极附近，而地磁的北极在地理的南极附近，根 据异名磁极相互吸引，静止时它的长柄（S 极）指向地理的南方； （2）如图乙所示装置的闭合电路，当将条形磁铁向下运动时，由于线圈相对于磁体是 向上运动的，切割了磁感线，电路中有感应电流产生。 故答为：南；地磁场；有。 【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． 【答】 【分析】闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流，这叫电 磁感应现象。 【解答】解：当轮子转动时内部线圈随着车轮转动，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，这是电磁感应现象； ．图中装置是探究影响电磁铁磁性大小因素的实验，故不符合题意； B．图中的装置是探究通电导体在磁场中受力运动的实验，是将电能转化为机械能，为 电动机的原理，故B 不符合题意； ．图中导体在磁场中切割磁感线就能在电路中产生感应电流，是电磁感应现象，故符合 题意； D．图中的实验为奥斯特实验，是探究电流的磁效应，故D 不符合题意。 故选：。 【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 【答】 【分析】（1）奥斯特实验证明通电导体周围存在磁场； （2）磁感线为人们为了形象的研究磁场的分布情况及其特点，而引入的一些带箭头的 曲线，不是真实存在的； （3）电动机是把电能转化为机械能的装置。 （4）产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时， 导体中才会有感应电流。 【解答】解： 、由奥斯特实验可知，通电导体周围存在磁场，不通电没有磁场，故错误； B、为了形象描述磁场的性质而引入了磁感线，磁感线不是磁场中真实存在的，故B 错 误； 、电动机工作时需要消耗电能，将电能转化为机械能，故正确； D、闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，导体中才会有感应电流； 如果电路不闭合，则不会产生感应电流；故D 错误。 故选：。 【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 奥斯 特 ；科学家在电与磁的研究中，根据 通电导线在磁场中受力的作用 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 动圈式话筒 （选填 “扬声器”或“动圈式话筒”）。 【答】奥斯特；通电导线在磁场中受力的作用；动圈式话筒。 【分析】（1）奥斯特发现了电流周围存在磁场，是世界上第一个发现电与磁之间有联 系的人； （2）电动机是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理制成的； （3）根据电磁感应现象发明了发电机；动圈式话筒的原理是电磁感应。 【解答】解：由物理常识可知，奥斯特是世界上第一个发现电与磁之间有联系的人； 根据通电导线在磁场中受力的作用这一原理发明了电动机； 动圈式扬声器的原理是通电导体在磁场受力运动，动圈式话筒的原理是电磁感应。 故答为：奥斯特；通电导线在磁场中受力的作用；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． 【答】D 【分析】（1）电磁起重机是利用电流的磁效应来工作的。 （2）扬声器是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理来工作的。 （3）电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理来工作的。 （4）闭合电路的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，这 种现象叫电磁感应现象，发电机和动圈式话筒就是利用该原理制成的。 【解答】解：动圈式话筒是利用电磁感应现象来工作的。 、电磁起重机是利用电流的磁效应来工作的，与话筒的原理不同，故不符合题意； B、扬声器是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理来工作的，与话筒的原理不同， 故B 不符合题意； 、电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理来工作的，与话筒的原理不同，故不 符合题意； D、发电机是利用电磁感应现象来工作的，与话筒的原理相同，故D 符合题意。 故选：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 【答】D 【分析】（1）电饭锅是利用电流的热效应来工作的。 （2）电磁起重机是利用电流的磁效应来工作的。 （3）电风扇是利用通电导体在磁场中受力的原理来工作的。 （4）动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作的。 【解答】解：、实验装置是探究电流产生的热量与电流、通电时间的关系，与电饭锅的 原理是匹配的，故不符合题意； B、实验装置说明电磁铁的磁性强弱与电流的大小有关，与电磁起重机的原理是匹配的， 故B 不符合题意； 、实验装置说明通电导体在磁场中要受到力的作用，与电风扇中的电动机的原理是匹配 应的，故不符合题意； D、实验装置说明通电导体的周围存在磁场，是电流的磁效应，而动圈式话筒是利用电 磁感应现象来工作的，不是匹配的，故D 符合题意。 故选：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． 【答】D 【分析】动圈式话筒工作过程是：声波振动→引起膜片振动→带动线圈振动→线圈切割 永久磁体的磁场产生感应电流→经放大传给扬声器。由此可知其工作原理是电磁感应现 象。 【解答】解：当人对着动圈式话筒说话时，它会产生随人的声音变化而变化的电流，即： 闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时能够产生感应电流。 ．此装置有电源，通电后，磁场中的金属棒会受力运动，说明通电导线在磁场中受力的 作用，故不符合题意； B．此图是奥斯特实验，即说明了通电导线周围存在着磁场，故B 不符合题意； ．图中电磁继电器，利用的是电流的磁效应，故不符合题意； D．此图中没有电源，当b 做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，即电磁感应 现象，故D 符合题意。 故选：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 【答】 【分析】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； 发电机的工作原理是电磁感应现象；感应电流的大小与磁场强弱、导体运动速度有关。 【解答】解： 、图中所示位置，线圈与磁感线垂直，转动时不切割磁感线，不会产生感应电流，故正 确； B、发电机的工作原理是电磁感应现象，此过程中，机械能转化为电能，故B 错误； D、线圈匀速转动时，线圈切割磁感线的强度不同，所以产生的电流的大小也不同，故 D 错误。 故选：。 【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 B 极（正；B 负），两位置导线b 所受磁场力的 方向 B （相同；B 相反）。 （2）图3 中能体现发电机原理是图 B （丙；B 丁），图丁的b 棒最好选用 （铜；B 铁；铝）材质。 【答】（1）B；B； （2）B；。 【分析】（1）图中LED 具有单向导电性，据此判断电源正负极； 通电导线在磁场中受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，即只要改变一个量，其 受力的方向就会改变。根据图示分析流过导线的电流方向，即可判断受力方向； （2）读图，通过判断电路中有无电源这一主要特征，可得出两图中到底是发电机原理 还是电动机的原理。 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。 【解答】解：（1）因为图中LED 具有单向导电的特性，电流方向由到B，因此与B 脚 相连的为电源正极，即电源的左端为负极，右端为正极； 由于电流从电源的正极出发，故图甲中导线的电流方向是由内到外；在图乙中，导线中 的电流方向是由外到内，与图甲的电流方向相反；由于磁场方向不变，导线中的电流方 向改变，则导线的受力方向改变，导线所受磁场力的方向相反； （2）读图可知，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； 铁是磁性材料，在电磁感应实验中被磁化后会影响实验效果，所以最好选用非磁性导体 材料铜或铝比较好。 故答为：（1）B；B； （2）B；。 【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 【答】 【分析】（1）电动机是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的。发电机是利用 电磁感应的原理制成的。 （2）感应电流的大小与线圈的转动方向无关。 【解答】解： B、闭合开关，乙中的通电导体在磁场中受力运动，所以乙相当于电动机；通过连接轴， 使甲中的线圈转动，甲中的线圈在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流，感应电 流流经过小灯泡，小灯泡会发光，所以甲相当于发电机，故正确、B 错误； 、增加电池的节数，通过乙的电流变大，乙转动变快，则甲中的线圈切割磁感线的速度 变大，产生的感应电流变大，通过小灯泡的电流变大，小灯泡实际功率变大，小灯泡变 亮，故错误； D、将电源正负极对调，通过乙的电流不变，乙的转速不变，甲的转速不变，产生的感 应电流大小不变，灯泡亮度不变，故D 错误。 故选：。 【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 密度 小（选填“密度”或“体 积”），使得整车质量小，惯性 小 ，比较灵活：整车产生的最大噪声小于30dB， 这是从 声源处 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 发电机 （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•/k g，若锂电池的质量为2kg，电池充满电时电能为 1296×10 6 ；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 20736 m。 【答】（1）密度；小；声源处；（2）发电机；1296×106；20736 【分析】（1）材料的密度越小，与同体积的其它物质相比，质量小，惯性小；减弱噪 声可以在声源处减弱、在传播过程中减弱、在人耳处减弱。 （2）发电机是利用电磁感应原理来工作的；根据＝Fs 和效率公式进行计算。 【解答】解：（1）车身是由航空铝合金制造，由于航空铝合金的密度小，根据m＝ ρV，使得整车质量小，惯性小，比较灵活：整车产生的最大噪声小于30dB，这是从声 源处减弱噪声。 （2）锂电池的能量密度达180•/kg，若锂电池的质量为2kg，电池充满电时电能为：＝ 180•/kg×2kg＝360•＝360×3600s＝1296×106； 根据 得到： 有＝η ＝Fs ＝fs ，所以车行驶的路程为： 。 故答为：（1）密度；小；声源处；（2）发电机；1296×106；20736。 【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 【答】 【分析】产生感应电流的条件有两个：电路是闭合的；导体在磁场中做切割磁感线运动； 感应电流的方向与导体运动的方向和磁场的方向有关。 【解答】解： 、导线b 保持静止，未观察到灵敏电流计指针发生偏转，是因为导体没有做切割磁感线 运动，不能说明磁不能生电，故错误； B、导线b 上下运动，导体没有做切割磁感线运动，并不会产生感应电流，未观察到灵 敏电流计指针发生偏转；当导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流，故B 错误； 、导线b