高考物理復(fù)習(xí)講義第86講 電磁感應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例（解析版）

第86講電磁感應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例

I真題示例____________________________

1.（2017?北京）圖1和圖2是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個(gè)電路圖，Li和L2為電感線圈。實(shí)

驗(yàn)時(shí)，斷開開關(guān)Sl瞬間，燈Al突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關(guān)S2,燈A2逐漸變

亮,而另一個(gè)相同的燈A3立即變亮,最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是（）

A.圖1中,Al與Ll的電阻值相同

B.圖1中,閉合Si,電路穩(wěn)定后，AI中電流大于LI中電流

C.圖2中,變阻器R與L2的電阻值相同

D.圖2中,閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等

【解答】解：A、圖1中，斷開SI的瞬間，Al燈閃亮，是因?yàn)殡娐贩€(wěn)定時(shí)，Al的電流小

于L的電流，則可知L的電阻小于Al的電阻，故A錯(cuò)誤:

B、圖1中，閉合Si,電路穩(wěn)定后，斷開開關(guān)SI瞬間，燈Al突然閃亮，說明燈泡中的電

流小于線圈中的電流，故B錯(cuò)誤;

C、圖2中，因?yàn)橐^察兩只燈泡發(fā)光的亮度變化，兩個(gè)支路的總電阻相同，因兩個(gè)燈泡

電阻相同，所以變阻器R與L2的電阻值相同，故C正確:

D、圖2中，閉合S2瞬間，L2對電流有阻礙作用，所以L2中電流與變阻器R中電流不

相等，故D錯(cuò)誤。

故選：Co

一.知識(shí)回顧

1.互感現(xiàn)象

兩個(gè)互相靠近的線圈，當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場會(huì)在另一個(gè)

線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。這種現(xiàn)象叫作互感，這種感應(yīng)電動(dòng)勢叫作互感電動(dòng)勢。

2.自感現(xiàn)象

(I)定義：當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)?，它所產(chǎn)生的變化的磁場在線圈本身激發(fā)出感應(yīng)

電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為自感。

(2)自感電動(dòng)勢

①定義：由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。

②表達(dá)式：f=Z??τ-^o

Δt

③自感系數(shù)/

相關(guān)因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯等因素有關(guān)。

單位：亨利(H),1InH=IO-3H,1HH=IofH。

(3)自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn)

①自感電動(dòng)勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化。

②通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化。

③電流穩(wěn)定時(shí)，自感線圈就相當(dāng)于普通導(dǎo)體。

④線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動(dòng)勢只是延緩了過程的進(jìn)行，但它不

能使過程停止，更不能使過程反向。

(4)自感中“閃亮”與“不閃亮”問題

與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡

~>~~0-

電路圖

----1---1---

電流突然增大，燈泡立刻變亮，然后電

通電時(shí)電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮流逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定，燈泡比剛通電時(shí)

暗些

電路中穩(wěn)態(tài)電流為」、h

電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方①若AW/,燈泡逐漸變暗；

斷電時(shí)

向不變②若T2>∕ι,燈泡閃亮后逐漸變暗。兩

種情況燈泡中電流方向均改變

(5)分析、解決問題的要訣

①通電自感：線圈相當(dāng)于一個(gè)變化的電阻一一阻值由無窮大逐漸減小，通電瞬間自感

線圈處相當(dāng)于斷路。

②斷電自感：斷電時(shí)自感線圈相當(dāng)于電源，電流由恰好斷電前的值逐漸減小到零。

③斷電自感現(xiàn)象中電流方向是否改變的判斷:與線圈在同一條支路的用電器中的電流方

向不變；與線圈并聯(lián)的用電器中的電流方向改變。

④電流穩(wěn)定時(shí)，自感線圈就是導(dǎo)體，是否需要考慮其電阻，根據(jù)題意而定。

3.渦流：如果穿過導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化，由于電磁感應(yīng)，導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,

這種電流像水中的漩渦，所以叫作渦電流，簡稱渦流。

4.電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總

是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。

5.電磁驅(qū)動(dòng)：如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，它使導(dǎo)體受到安培

力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動(dòng)。

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的。

電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的原理體現(xiàn)了楞次定律的推廣應(yīng)用。

二.例題精析

題型一：自感現(xiàn)象原理及應(yīng)用

（多選）例1.如圖所示的電路中，三個(gè)燈泡Li、L2、L3的電阻關(guān)系為Rl=R2=R3,電感

L的直流電阻可忽略，D為理想二極管，電源內(nèi)阻不計(jì)。閉合開關(guān)S,電路電流穩(wěn)定后,

再斷開開關(guān)S,下列說法中正確的是（）

A.閉合開關(guān)S,Ll立即變亮

B.閉合開關(guān)S,L2逐漸變亮

C.斷開開關(guān)S前后，L3中有電流且方向相反

D.斷開開關(guān)S后，L2立即熄滅，Li、L3均逐漸變暗

【解答】解：A、開關(guān)S閉合瞬間，Ll的電路中由于線圈對電流的阻礙作用，Ll會(huì)逐漸

亮，故A錯(cuò)誤；

B、開關(guān)S閉合狀態(tài)下二極管上的電壓為正向電壓，二極管導(dǎo)通，所以開關(guān)S閉合瞬間，

L2均立即變亮,故B錯(cuò)誤;

CD、各支路的電阻相等，則電路中的電流穩(wěn)定時(shí)各支路的電流相等；開關(guān)S從閉合狀態(tài)

突然斷開時(shí)，L2、L3中原來的電流都消失；線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢要維持原來的電流,

所以自感電動(dòng)勢方向向右，此時(shí)L2的電路中的二極管兩端的電壓為反向電壓，電流不能

從右向左通過二極管，所以L2立即熄滅；此時(shí)線圈L與燈Li、L3組成自感回路，Ll中

電流的方向不變，L3中電流的方向與開始時(shí)相反，Li、L3均逐漸變暗，故CD正確。

故選：CDo

題型二：電磁阻尼

例2.掃描隧道顯微鏡（STM）可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌，為了隔離外界振動(dòng)

對STM的擾動(dòng)，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板，并施加恒定磁場來

快速衰減其微小振動(dòng)，如圖所示。出現(xiàn)擾動(dòng)后，對于紫銅薄板上下及左右振動(dòng)的衰減最

有效的方案是（）

C.

【解答】解：裝置的原理是利用電磁阻尼。當(dāng)薄板進(jìn)出磁場時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，薄板受安培

力，安培力總是阻礙導(dǎo)體相對磁場的運(yùn)動(dòng)，從而使薄板盡快停下來。只有D項(xiàng)阻礙上下

左右振動(dòng)最有效。故ABC錯(cuò)誤，D正確。

故選：D。

題型三：電磁驅(qū)動(dòng)

例3.某種超導(dǎo)磁懸浮列車是利用超導(dǎo)體的抗磁作用使列車車體向上浮起，同時(shí)通過周期性

地變換磁極方向而獲得推進(jìn)動(dòng)力.其推進(jìn)原理可以簡化為如圖所示的模型：在水平面上

相距b的兩根平行直導(dǎo)軌間，有豎直方向等距離分布的方向相反的勻強(qiáng)磁場Bi和B2,

且BI=B2=B,每個(gè)磁場分布區(qū)間的長都是a,相間排列，所有這些磁場都以速度V向右

勻速平動(dòng).這時(shí)跨在兩導(dǎo)軌間的長為a寬為b的金屬框MNQP（懸浮在導(dǎo)軌正上方）在

磁場力作用下也將會(huì)向右運(yùn)動(dòng).設(shè)金屬框的總電阻為R,運(yùn)動(dòng)中所受到的阻力恒為f,

VMN

XX×X??τ×X<.X

?!XX

X>C×X?(X

X×fl×X.Jxx

(X

XXXX.〈X

1-4T?—a→Q~

求（1）列車在運(yùn)動(dòng)過程中金屬框產(chǎn)生的最大電流;

（2）列車能達(dá)到的最大速度;

（3）在（2）情況下每秒鐘磁場提供的總能量.

【解答】解：（1）列車起動(dòng)時(shí)金屬框產(chǎn)生的電流最大，設(shè)為Im

.2Bbv

l^=-R-

（2）分析列車受力可得列車運(yùn)動(dòng)的加速度：α=

當(dāng)列車速度增大時(shí)，安培力F變小，加速度變小，當(dāng)a=0時(shí)，列車速度達(dá)到最大，有:

即F=2Bb-2Bb4~vm）

解得：vm=v-

（3）由能的轉(zhuǎn)化和守恒，磁場提供的能量一部分轉(zhuǎn)化為電路中的電能進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榛芈?/p>

的焦耳熱，另一部分克服阻力f做功，單位時(shí)間內(nèi)的焦耳熱為：Q=I2RXI

最大速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場力等于阻力：f=2BIb,/=4

可得阻力做功的功率為：Pf=f?Vm

解得：E=Q+Pf×l=fv

答：（1）列車在運(yùn)動(dòng)過程中金屬框產(chǎn)生的最大電流是等；（2）列車能達(dá)到的最大速度

是"-溪7;（3）在（2）情況下每秒鐘磁場提供的總能量是fv?

題型四：互感

例4.如圖甲所示，A、B兩絕緣金屬環(huán)套在同一鐵芯上，A環(huán)中電流iA隨時(shí)間t的變化規(guī)

律如圖乙所示，下列說法正確的是（）

A.U時(shí)刻，兩環(huán)作用力最大

B.t2和t3時(shí)刻，兩環(huán)相互吸引

C.t2時(shí)刻兩環(huán)相互吸引，t3時(shí)刻兩環(huán)相互排斥

D?t3和t4時(shí)刻，兩環(huán)相互吸引

【解答】解：A、tι時(shí)刻，A中電流產(chǎn)生磁場，磁場的變化使B中產(chǎn)生電流，才使兩線圈

相互作用。所以，作用力最大的時(shí)刻，也就是A中電流變化最快的時(shí)刻。

在乙圖中，“變化最快”也就是曲線的斜率最大。U時(shí)刻斜率為0,這個(gè)瞬間磁場是不變

化的，因此兩線圈沒有作用力，故A錯(cuò)誤。

B、相互吸引還是相互排斥，就要看電流是增大還是減小了，t2時(shí)刻與t3時(shí)刻，均處于電

流減小階段，根據(jù)楞次定律，可知，兩環(huán)的電流方向相同，則兩環(huán)相互吸引，故B正確,

C錯(cuò)誤;

D、雖然t4時(shí)刻的電流為零，但是根據(jù)該點(diǎn)的斜率，電流是變化的，也就是磁通量變化率

大于0,但兩者沒有磁場力作用，故D錯(cuò)誤。

故選：Bo

題型五：渦流

例5.如圖所示，在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給

線圈通入電流，一段時(shí)間后，一個(gè)容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是（）

e

A.恒定直流、小鐵鍋B.恒定直流、玻璃杯

C.變化的電流、玻璃杯D.變化的電流、小鐵鍋

【解答】解：由于容器中水溫升高，則是電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能所致。因此只有變化的電流才能

導(dǎo)致磁通量變化，且只有小鐵鍋處于變化的磁通量時(shí)，才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而產(chǎn)生

感應(yīng)電流。導(dǎo)致電流發(fā)熱。玻璃杯是絕緣體，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流。故只有D正確，ABC

錯(cuò)誤；

故選：D。

題型六：電子感應(yīng)加速器

例6.現(xiàn)代科學(xué)研究中常用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場加速電子的設(shè)

備.電子感應(yīng)加速器主要有上、下電磁鐵磁極和環(huán)形真空室組成.當(dāng)電磁鐵繞組通以變

化的電流時(shí)，產(chǎn)生變化的磁場，穿過真空盒所包圍的區(qū)域內(nèi)的磁通量也隨時(shí)間變化，這

時(shí)真空盒空間內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)渦旋電場，電子將在渦旋電場作用下得到加速.如圖所示（上

圖為側(cè)視圖、下圖為真空室的俯視圖），若電子被“約束”在半徑為R的圓周上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)

電磁鐵繞組通有圖中所示的電流時(shí)（）

A.若電子沿逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，保持電流的方向不變，當(dāng)電流增大時(shí)，電子將加速

B.若電子沿順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，保持電流的方向不變，當(dāng)電流增大時(shí)，電子將加速

C.若電子沿逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，保持電流的方向不變，當(dāng)電流減小時(shí)，電子將加速

D.被加速時(shí)電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期不變

【解答】解：A、線圈中的電流增強(qiáng)，磁場就增大了，根據(jù)楞次定律，感生電場產(chǎn)生的磁

場要阻礙它增大，所以感生電場為順時(shí)針方向，即電流方向順時(shí)針，所以電子運(yùn)動(dòng)逆時(shí)

針方向電場力作用下加速運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力約束下做圓周運(yùn)動(dòng)，故A正確，B錯(cuò)誤：

C、線圈中的電流減小，磁場就減小了,根據(jù)楞次定律，感生電場產(chǎn)生的磁場要阻礙它減

小，所以感生電場為逆時(shí)針方向，即電流方向逆時(shí)針，所以電子運(yùn)動(dòng)順時(shí)針方向電場力

作用下加速運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力約束下做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磁場減小，根據(jù)楞次定律，可知渦旋電

場的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，電子將沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動(dòng)。故C錯(cuò)誤；

D、在電子被加速過程中，由于磁場的變化，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)的周期變化，故只有AB正確，CD

均錯(cuò)誤；

故選：Ao

三.舉一反三，鞏固練習(xí)

1.如圖，將一空的鋁質(zhì)易拉罐倒扣于筆尖上，在“門”型木框兩側(cè)各固定一個(gè)強(qiáng)鋤磁鐵,

用電鉆控制木框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)木框雖然不與易拉罐接觸，但易拉罐也會(huì)隨木框轉(zhuǎn)動(dòng)。

則下列說法正確的是（）

A.木框的轉(zhuǎn)速總比易拉罐的大

B.易拉罐與木框的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反

C.易拉罐與木框保持相同的轉(zhuǎn)速同方向轉(zhuǎn)動(dòng)

D.兩個(gè)磁鐵必須異名磁極相對

【解答】解：ABC、根據(jù)電磁驅(qū)動(dòng)原理，易拉罐與木框的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，木框的轉(zhuǎn)速總比

易拉罐的大，故A正確，BC錯(cuò)誤；

D、兩個(gè)磁鐵異名磁極或同名磁極相對均可，在磁極附近的易拉罐導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生渦流,

在磁場受安培力使易拉罐跟著木框轉(zhuǎn)動(dòng)起來，故D錯(cuò)誤。

故選：Ao

2.1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“阿拉果圓盤實(shí)驗(yàn)”。如圖所示，實(shí)驗(yàn)中將一

銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，實(shí)驗(yàn)中發(fā)

現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來，但

略有滯后。下列說法正確的是（）

A.圓盤中始終未發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象

B.該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與真空冶煉爐的原理相同

C.由于小磁針的磁性較弱，分析本現(xiàn)象時(shí)可以忽略小磁針的磁場

D.探測地雷的探雷器的工作原理與本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無關(guān)聯(lián)

【解答】解：小磁針的磁場穿過銅圓盤，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁通量發(fā)生改變，銅圓盤中產(chǎn)生渦流（旋

渦似的感應(yīng)電流，以中心的豎直軸為圓心旋轉(zhuǎn)），

而渦流在磁場中受到安培力，小磁針受到安培力的反作用力隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這種現(xiàn)

象叫電磁驅(qū)動(dòng)。

AC.小磁針的磁場使銅圓盤中發(fā)生了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故AC錯(cuò)誤；

BD.真空冶煉爐是利用高頻電流使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生渦流加熱金屬，探雷器是利用高頻電流產(chǎn)生變

化的磁場遇到金屬時(shí)產(chǎn)生渦流而報(bào)警，與此原理相同，故BD正確。

故選：B?

3.人類經(jīng)過漫長的技術(shù)革命，在各領(lǐng)域取得巨大的進(jìn)步，例如在炊具中發(fā)明出電磁爐，它

具有升溫快、效率高等優(yōu)點(diǎn)。下列有關(guān)電磁爐加熱原理說法正確的是（）

A.電磁爐通過在面板中產(chǎn)生渦流加熱食物

B.電磁爐通過紅外線的熱效應(yīng)加熱食物

C.電磁爐通過電流流過電阻絲產(chǎn)生熱量加熱食物

D.電磁爐的加熱鍋具不能選用陶瓷材料

【解答】解：ABC.電磁爐利用電磁感應(yīng)原理制成，主要是鍋體中產(chǎn)生渦流利用電流的熱

效應(yīng)而快速發(fā)熱的，故ABC錯(cuò)誤；

D.鍋體只能用金屬材料?，且鐵磁性導(dǎo)體材料才能產(chǎn)生最大的渦流，電熱轉(zhuǎn)換率最高，故不

能使用選用陶瓷材料的鍋具，故D正確。

故選：D。

4.如圖所示的電路中，Al和A2是兩個(gè)完全相同的燈泡，線圈L自感系數(shù)足夠大，電阻可

以忽略不計(jì)。則下列說法不正確的是（）

A.合上開關(guān)S時(shí)，A2先亮，Al后亮，最后一樣亮

B.斷開開關(guān)S時(shí)，Al和A2都要過一會(huì)兒才熄滅

C.合上開關(guān)S穩(wěn)定后，流過Al的電流方向與流過A2的電流方向都向左

D.斷開開關(guān)S時(shí)，流過AI的電流方向與流過A2的電流方向都向左

【解答】解：AC、當(dāng)電鍵S閉合時(shí)，燈A2立即發(fā)光。通過線圈L的電流增大，穿過線

圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢與原來電流方向相反，阻礙電流

的增大，電路的電流只能逐漸增大，燈Al逐漸亮起來；所以燈A2比燈Al先亮。由于線

圈直流電阻忽略不計(jì)，當(dāng)電流逐漸穩(wěn)定時(shí)，線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，兩燈電流相等，亮度

相同，而且電流穩(wěn)定后，流過Al的電流方向與流過A2的電流方向都向左，故AC正確；

BD、穩(wěn)定后當(dāng)電鍵S斷開后，由于自感，線圈中的電流只能慢慢減小，其相當(dāng)于電源,

線圈L、燈A2與燈Ai構(gòu)成閉合回路放電，兩燈都過一會(huì)兒熄滅，此時(shí)流過Ai的電流方

向仍然向右，而流過燈A2的電流方向向左；故B正確，D錯(cuò)誤。

本題選擇錯(cuò)誤的，

故選：D。

5.如圖所示，電路中A、B是兩個(gè)完全相同的燈泡，L是一個(gè)自感系數(shù)很大、電阻可忽略

的自感線圈，C是電容很大的電容器。在S剛閉合時(shí)與閉合足夠長時(shí)間之后，A、B兩

燈泡的發(fā)光情況是（）

A.S剛閉合時(shí)，A亮一下又逐漸變暗

B.S剛閉合時(shí)，B亮一下又逐漸變暗

C.S閉合足夠長時(shí)間后，A和B一樣亮

D.S閉合足夠長時(shí)間后，A、B都熄滅

【解答】解：開關(guān)剛閉合時(shí)，由于線圈自感系數(shù)很大，對電流阻礙作用很強(qiáng)，相當(dāng)于斷

路，B燈與電容并聯(lián)后與A燈串聯(lián)，所以兩燈瞬間都亮，但由于線圈電阻可忽略，S閉

合足夠長時(shí)間后，線圈相當(dāng)于導(dǎo)線，燈泡A被短路而熄滅，B燈中電流增大，所以A亮

一下又逐漸變暗，燈泡B