高考物理模型全归纳 第86讲+电磁感应的应用实例

高考物理全归纳——模型专题

在高中物理教学中，引导学生认识、理解和建立“物理模型”，是培养学生创造性思维和创新能力的有效途径。

一、什么是物理模型

自然界中事物与事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并都处在不断的变化之中。面对复杂多变的自然界，进行科学研究时，总是遵循这样一条重要的原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐次深入。

物理模型有三个类型：（1）物理研究对象的理想化（对象模型）；（2）物理条件的理想化（条件模型）；（3）物理过程的理想化（过程模型）

二、为什么要建立物理模型

1、帮助学生掌握学习方法      2、落实“过程与方法”的教学目标

3、提高学生解决问题能力

三、如何帮助学生的建立物理模型

（一）提高认识，重视过程：

对研究对象建立理想的物理模型和在研究物理过程中选择最简单的物理模型，在教学中是经常涉及到的，但学生总不能从中得到启示。

（二）概括总结，触类旁通：

新课程提出高中阶段应给学生更多的空间，让学生较独立地进行科学探究，培养学生的自主探究、自主学习、自已解决问题的能力。

第86讲 电磁感应的应用实例

1．（2017•北京）图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（　　）

A．图1中，A1与L1的电阻值相同 

B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 

C．图2中，变阻器R与L2的电阻值相同 

D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等

一.知识回顾

1．互感现象

两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势。

2．自感现象

(1)定义：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感。

(2)自感电动势

①定义：由于自感而产生的感应电动势。

②表达式：E＝L。

③自感系数L

相关因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关。

单位：亨利(H)，1 mH＝10－3 H,1 μH＝10－6 H。

（3）自感现象的四大特点

①自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。

②通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。

③电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。

④线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。

（4）自感中“闪亮”与“不闪亮”问题

（5）分析、解决问题的要诀

①通电自感：线圈相当于一个变化的电阻——阻值由无穷大逐渐减小，通电瞬间自感线圈处相当于断路。

②断电自感：断电时自感线圈相当于电源，电流由恰好断电前的值逐渐减小到零。

③断电自感现象中电流方向是否改变的判断：与线圈在同一条支路的用电器中的电流方向不变；与线圈并联的用电器中的电流方向改变。

④电流稳定时，自感线圈就是导体，是否需要考虑其电阻，根据题意而定。

3．涡流：如果穿过导体的磁通量发生变化，由于电磁感应，导体内会产生感应电流，这种电流像水中的漩涡，所以叫作涡电流，简称涡流。

4.电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。

5.电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，它使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。

交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。

电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用。　 　

二.例题精析

题型一：自感现象原理及应用

（多选）例1．如图所示的电路中，三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1＝R2＝R3，电感L的直流电阻可忽略，D为理想二极管，电源内阻不计。闭合开关S，电路电流稳定后，再断开开关S，下列说法中正确的是（　　）

A．闭合开关S，L1立即变亮 

B．闭合开关S，L2逐渐变亮 

C．断开开关S前后，L3中有电流且方向相反 

D．断开开关S后，L2立即熄灭，L1、L3均逐渐变暗

题型二：电磁阻尼

例2．扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌，为了隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加恒定磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（　　）

A． B． 

C． D．

题型三：电磁驱动

例3

．某种超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力．其推进原理可以简化为如图所示的模型：在水平面上相距b的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的方向相反的匀强磁场B1和B2，且B1＝B2＝B，每个磁场分布区间的长都是a，相间排列，所有这些磁场都以速度v向右匀速平动．这时跨在两导轨间的长为a宽为b的金属框MNQP（悬浮在导轨正上方）在磁场力作用下也将会向右运动．设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f，

求（1）列车在运动过程中金属框产生的最大电流；

（2）列车能达到的最大速度；

（3）在（2）情况下每秒钟磁场提供的总能量．

题型四：互感

例4．如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（　　）

A．t1时刻，两环作用力最大 

B．t2和t3时刻，两环相互吸引 

C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥 

D．t3和t4时刻，两环相互吸引

题型五：涡流

例5．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是（　　）

A．恒定直流、小铁锅 B．恒定直流、玻璃杯 

C．变化的电流、玻璃杯 D．变化的电流、小铁锅

题型六：电子感应加速器

例6．现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备．电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成．当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下得到加速．如图所示（上图为侧视图、下图为真空室的俯视图），若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时（　　）

A．若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 

B．若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 

C．若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速 

D．被加速时电子做圆周运动的周期不变

三.举一反三，巩固练习

1. 如图，将一空的铝质易拉罐倒扣于笔尖上，在“冂”型木框两侧各固定一个强铷磁铁，用电钻控制木框匀速转动，发现木框虽然不与易拉罐接触，但易拉罐也会随木框转动。则下列说法正确的是（　　）

A．木框的转速总比易拉罐的大 

B．易拉罐与木框的转动方向相反 

C．易拉罐与木框保持相同的转速同方向转动 

D．两个磁铁必须异名磁极相对

2. 1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“阿拉果圆盘实验”。如图所示，实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是（　　）

A．圆盘中始终未发生电磁感应现象 

B．该实验现象与真空冶炼炉的原理相同 

C．由于小磁针的磁性较弱，分析本现象时可以忽略小磁针的磁场 

D．探测地雷的探雷器的工作原理与本实验现象无关联

3. 人类经过漫长的技术革命，在各领域取得巨大的进步，例如在炊具中发明出电磁炉，它具有升温快、效率高等优点。下列有关电磁炉加热原理说法正确的是（　　）

A．电磁炉通过在面板中产生涡流加热食物 

B．电磁炉通过红外线的热效应加热食物 

C．电磁炉通过电流流过电阻丝产生热量加热食物 

D．电磁炉的加热锅具不能选用陶瓷材料

4. 如图所示的电路中，A1和A2是两个完全相同的灯泡，线圈L自感系数足够大，电阻可以忽略不计。则下列说法不正确的是（　　）

A．合上开关S时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮 

B．断开开关S时，A1和A2都要过一会儿才熄灭 

C．合上开关S稳定后，流过A1的电流方向与流过A2的电流方向都向左 

D．断开开关S时，流过A1的电流方向与流过A2的电流方向都向左

5. 如图所示，电路中A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈，C是电容很大的电容器。在S刚闭合时与闭合足够长时间之后，A、B两灯泡的发光情况是（　　）

A．S刚闭合时，A亮一下又逐渐变暗 

B．S刚闭合时，B亮一下又逐渐变暗 

C．S闭合足够长时间后，A和B一样亮 

D．S闭合足够长时间后，A、B都熄灭

6. 如图所示，电磁感应式手机无线充电的原理与变压器类似，在充电基座上的送电线圈接入交流电时产生磁场，手机中的受电线圈感应出电流，实现为手机充电的目的。则在充电过程中（　　）

A．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变 

B．送电线圈中电流产生的磁场是变化的磁场 

C．送电线圈和受电线圈不是通过电磁感应实现能量传递 

D．由于手机和基座没有导线连接，所以不能传递能量

7. 随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化。如图所示，为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。当充电基座上的发射线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的接收线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中（　　）

A．发射线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 

B．接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应” 

C．接收线圈与发射线圈中交变电流的频率不一定相同 

D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失