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(共55张PPT)
专题四 电路和电磁感应
第11讲　直流电路与交流电路
知识归纳素养奠基
第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
细研命题点提升素养
命题点一　直流电路的分析与计算
第11讲　直流电路与交流电路
2．解决含电容器的直流电路问题的一般方法．
(1)通过初、末两个稳定的状态来了解中间不稳定的变化过程．
(2)只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器对电路的作用是断路．
(3)电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻为等势体，电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压．
(4)在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于始、末状态电容器电荷量之差；如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始、末状态电容器电荷量之和．
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第11讲　直流电路与交流电路
(2023·海南卷)如图所示电路，已知电源电动势为E，内阻不计，电容器电容为C，闭合开关K，待电路稳定后，电容器上电荷量为(　　)
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第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是
(　　)
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A．该秤能测量的最大体重是1 400 N
B．该秤能测量的最大体重是1 300 N
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处
第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
1．我们可以用某型号脂肪测量仪(如图甲所示)来测量脂肪率．体液中含有钠离子、钾离子等金属离子而呈现低电阻，而体内脂肪几乎不导电．脂肪测量仪根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例，模拟电路如图乙所示．测量时，闭合开关S，测试者两手分别握两手柄A、B，则(　　)
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第11讲　直流电路与交流电路
A．体型相近的两人相比，脂肪含量高者对应的电流表示数较大，电压表示数较小
B．体型相近的两人相比，脂肪含量高者对应的电源效率高
C．体型相近的两人相比，脂肪含量高者对应的电源输出功率大
D．当A、B间电阻逐渐增大时，电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值的绝对值也随之增大
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第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
2．(多选)如图所示，图甲为某种车载加速度计的原理图：支架AB固定在汽车上，滑块穿在AB之间的水平光滑杆上，并用轻弹簧连接在A端，其下端有一活动臂可在滑动变阻器上自由滑动．随着汽车沿水平方向做变速运动，滑块相对于支架将发生位移，并通过电路转换成电信号从电压表输出．当汽车静止时，弹簧处于原长，此时电压表读数为4.0 V，加速度计A→B方向为汽车前进方向．下列说法正确的是(　　)
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第11讲　直流电路与交流电路
A．当汽车向右加速时，电压表读数减小
B．当电压表读数减少时，汽车可能处于减速前进状态
C．若电压表读数如乙图所示，汽车可能处于前进状态
D．若电压表读数如乙图所示，汽车可能处于后退状态
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解析：当汽车向右加速时，对m根据牛顿第二定律知弹簧处于压缩状态，即滑块相对于支架向左移动，电压表测量R左半部分电阻减小，由U＝IR左，电路中总电流不变，所以电压表读数减小，故A项正确；当电压表读数减少时，对m根据牛顿第二定律知弹簧处于压缩状态，即滑块相对于支架向左移动，汽车有向右的加速度，由于A→B方向为汽车前进方向，所以汽车一定处于加速前进状态，故B错误；若电压表读数如乙图所示，说明滑块相对于支架向左移动，弹簧处于压缩状态，对m根据牛顿第二定律知汽车加速度向右，可以加速前进或者减速后退，故C、D项正确．
答案：ACD
第11讲　直流电路与交流电路
命题点二　电功　电功率　电热　热功率
1．电功和电热、电功率和热功率的区别与联系．
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项目 意义 公式 联系
电功 电流在一段电路中所做的功 W＝UIt 对纯电阻电路，电功等于电热，W＝Q＝UIt＝I2Rt；对非纯电阻电路，电功大于电热，W＞Q
电热 电流通过导体产生的热量 Q＝I2Rt
电功率 单位时间内电流所做的功 P＝UI 对纯电阻电路，电功率等于热功率，P电＝P热＝UI＝I2R；对非纯电阻电路，电功率大于热功率，P电＞P热
热功率 单位时间内导体产生的热量 P＝I2R
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第11讲　直流电路与交流电路
3．电源的功率和效率．
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第11讲　直流电路与交流电路
我国北斗迈进全球服务新时代．人造地球卫星用太阳能电池供电，展开的太阳能电池板在有光照时，可以将光能转化为电能．取一片太阳能电池板作为电源，其路端电压与干路电流的关系如图所示．下列说法正确的是
(　　)
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第11讲　直流电路与交流电路
A．该电池板的电动势为3.00 V
B．随着外电路电阻增大，其内阻逐渐增大
C．外电路电阻为1 kΩ时，电源输出功率约为4 W
D．外电路电阻为1 kΩ时，电源效率约为83.3%
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解析：当电流为0时，路端电压数值上等于电动势，由图像可知，电动势为3.00 V，故A项正确；图像的斜率即为电源内阻大小，随着外电路电阻增大，电流减小，由图像可知，其内阻逐渐减小，故B项错误；在图像上作出电阻的U-I图像，取两个图像的交点，即为电阻与电源连接后电压电流值，如下图：
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第11讲　直流电路与交流电路
(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数．若该车在额定状态下以最大速度行驶，不计自行车自身的机械损耗，则
(　　)
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自重 40 kg 额定电压 36 V
载重 75 kg 额定电流 12 A
最大行驶速度 20 km/h 额定输出功率 300 W
A．电动机的输入功率为432 W
B．电动机的内电阻约等于2 Ω
C．该车获得的牵引力约为78 N
D．该车受到的阻力约为54 N
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第11讲　直流电路与交流电路
1.新能源电动汽车是当代生活中重要的交通工具．某品牌观
光新能源电动车的动力电源上的铭牌标有“120 V 250 A·h”
字样．假设工作时电源的输出电压恒为120 V，额定输出功
率为3 kW.根据上述有关数据，下列说法不正确的是(　　)
A．电动汽车保持额定功率行驶的最长时间是10 h
B．额定工作电流为25 A
C．动力电源充满电后储存的电能为1.08×108 J
D．电动汽车电动机的内阻为4.8 Ω
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第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
2.某扫地机器人电池容量2 000 mA·h，额定工作电压15 V，额定功率30 W，则下列说法正确的是(　　)
A. 扫地机器人的电阻是7.5 Ω
B. 题中mA·h是能量的单位
C. 扫地机器人正常工作时的电流是2 A
D. 扫地机器人充满电后一次工作时间约为4 h
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第11讲　直流电路与交流电路
命题点三　交流电的产生和描述
1．正弦交变电流的产生及变化规律．
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图示
概念 中性面位置 与中性面垂直的位置
特点 B⊥S B∥S
Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小
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续上表
第11讲　直流电路与交流电路
2．交变电流“四值”的理解与应用．
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第11讲　直流电路与交流电路
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续上表
第11讲　直流电路与交流电路
(2023·浙江卷)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流．下列说法正确的是(　　)
A．送电端先升压再整流 B．用户端先降压再变交流
C．1 100 kV是指交流电的最大值 D. 输电功率由送电端电压决定
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解析：升压和降压都需要在交流的时候才能进行，故送电端应该先升压再整流，用户端应该先变交流再降压，故A项正确，B项错误；1 100 kV指的是交流电的有效值，故C项错误；输电的功率是由用户端负载的总功率来决定的，故D项错误．故选A项．
答案：A
第11讲　直流电路与交流电路
(2023·辽宁卷)如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动，且始终平行于OP.导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是(　　)
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第11讲　直流电路与交流电路
解析：如图所示
导体棒匀速转动，设速度为v，设导体棒从A到B过程，
棒穿过的角度为θ，则导体棒垂直磁感线方向的分速度
为v⊥＝vcos θ，可知导体棒垂直磁感线的分速度为余弦
变化，根据左手定则可知，导体棒经过B点和B点关于P
点的对称点时，电流方向发生变化，根据u＝BLv⊥，可知导体棒两端电势差u随时间t变化的图像为余弦图像．故选C.
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答案：C
第11讲　直流电路与交流电路
1．(多选)某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示．大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑)，半径之比为4∶1，小轮与线圈固定在同一转轴上．线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形，共n匝，总阻值为R.磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场. 大轮以角速度ω匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直．线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡．假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是(　　)
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第11讲　直流电路与交流电路
2．(多选)图甲为风力发电的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁铁转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连，在某一风速时，传感器显示如图乙所示，则(　　)
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第11讲　直流电路与交流电路
3．(多选)如图所示，某电路上接有保险丝、交流电压表、“220 V　900 W”的电饭锅及“220 V　200 W”的抽油烟机．现接入u＝311sin 100πt(V)的交流电，下列说法正确的是(　　)
A．交流电压表的示数为311 V
B．1 s内流过保险丝的电流方向改变100次
C．电饭锅的热功率是抽油烟机热功率的4.5倍
D．为保证电路正常工作，保险丝的额定电流不能小于5 A
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命题点四　变压器与远距离输电
一、变压器
1.理想变压器：工作时无功率损失(即无铜损、铁损)，
因此，理想变压器原副线圈电阻均不计.
(1)构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯
上的两个线圈组成的．
(2)原理：电磁感应的互感现象．
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第11讲　直流电路与交流电路
2．方法：
(1)减小输电导线的电阻，如采用电阻率小的材料；加大导线的横截面积．
(2)提高输电电压，减小输电电流．前一方法的作用十分有限，代价较高，一般采用后一种方法.
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第11讲　直流电路与交流电路
(2023·广东大湾区一模)我国是全球唯一掌握超特高压直流输电技术的国家．下图是特高压直流输电系统的模拟图(只显示变压与传输部分)，则以下说法正确的是(　　)
A．题中描述的“特高压直流输电”，说明变压器可以直接对直流电进行变压作用
B．变压器在升压过程中频率随着电压的增大而升高
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第11讲　直流电路与交流电路
C．在输电功率一定条件下，输电电压提高十倍，线路损耗功率将降低为原来的一百分之一
D．在上图中，用户接入电路的用电器越多，流过n4的电流越大，由匝数比等于电流的反比可知，流过电阻r的电流变小
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第11讲　直流电路与交流电路
1．如图，是某风力发电节能路灯的电路简化图．风速为v时，交流发电机的电动势表达式为e＝2v·sin ωt，能感应风速大小的调节器(不消耗副线圈电路的电能)可以控制变压器副线圈的滑片P上下移动，使灯泡始终保持额定电压正常发光，下列说法正确的是(　　)
A．风速变大时，流过灯泡的电流变大
B．风速变大时，滑片P将向上移动
C．风速变大时，变压器的输入电压变大
D．风速变大时，变压器的输出电压变大
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第11讲　直流电路与交流电路
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第11讲　直流电路与交流电路
2．(多选)如图所示为一种海上导航浮标的简化原理图．固定的内圆筒上绕有线圈．某段时间内，海浪驱动固定在外浮筒的磁体相对于线圈运动产生正弦式交变电流，频率为1 Hz，电压最大值为31 V．理想变压器原、副线圈匝数比为1∶10，原线圈接内圆筒线圈的输出端，副线圈接指示灯．下列说法正确的是(　　)
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A．通过指示灯电流的频率为10 Hz
B．指示灯两端电压的有效值约为220 V
C．指示灯消耗的电功率等于变压器的输入功率
D．变压器的输入电压与绕在内圆筒上线圈的匝数无关
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第11讲　直流电路与交流电路
3．某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW.降压变压器的匝数比n3∶n4＝ 50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω.其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器．下列说法正确的是(　　)
A．发电机的输出电流为368 A
B．输电线上损失的功率为4.8 kW
C．输送给储能站的功率为408 kW
D．升压变压器的匝数比n1∶n2＝ 1∶44
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专题四 电路和电磁感应
第12讲　电磁感应与电磁波
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第12讲　电磁感应与电磁波
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1．磁通量．
(1)概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积叫作穿过这个面积的磁通量．
(2)公式：Φ＝BS，单位符号是Wb.
(3)适用条件．
①匀强磁场．
②S为垂直于磁场的有效面积．
(4)物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数．
(5)磁通量的变化量：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S2－B1S1.
第12讲　电磁感应与电磁波
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2．电磁感应现象．
(1)定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应．
(2)感应电流的产生条件．
①表述一：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动．
②表述二：穿过闭合电路的磁通量发生变化．
(3)实质．
产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流．如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流．
第12讲　电磁感应与电磁波
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3．感应电流方向的判定．
(1)楞次定律．
①内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．
②适用范围：一切电磁感应现象．
(2)右手定则．
①内容：如图，伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都
与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线
运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．
②适用情况：导线切割磁感线产生感应电流．
第12讲　电磁感应与电磁波
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第12讲　电磁感应与电磁波
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5．自感和涡流．
(1)自感现象．
由于通过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．
(2)自感电动势．
①定义：在自感现象中产生的感应电动势．
②表达式：E＝L .
③自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关，单位为亨利(H)．
(3)涡流．
当线圈中的电流发生变化时，在它附近的导体中产生的像水中的旋涡一样的感应电流．
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命题点一　感应电流方向的判断　楞次定律的应用
1．楞次定律中“阻碍”的主要表现形式．
(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”．
(2)阻碍相对运动——“来拒去留”．
(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”．
(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”．
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2．判断感应电流方向的“四步法”．
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第12讲　电磁感应与电磁波
(2023·海南卷)汽车测速利用了电磁感应现象，汽车可简化为一个矩形线圈abcd，埋在地下的线圈分别为1、2，通上顺时针(俯视)方向电流，当汽车经过线圈时(　　)
A．线圈1、2产生的磁场方向竖直向上
B．汽车进入线圈1过程产生感应电流方向为abcd
C．汽车离开线圈1过程产生感应电流方向为abcd
D．汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同
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第12讲　电磁感应与电磁波
解析：由题知，埋在地下的线圈1、2通顺时针(俯视)方向的电流，则根据右手定则，可知线圈1、2产生的磁场方向竖直向下，A项错误；汽车进入线圈1过程中，磁通量增大，根据楞次定律可知产生感应电流方向为adcb(逆时针)，B项错误；汽车离开线圈1过程中，磁通量减小，根据楞次定律可知产生感应电流方向为abcd(顺时针)，C项正确；汽车进入线圈2过程中，磁通量增大，根据楞次定律可知产生感应电流方向为adcb(逆时针)，再根据左手定则，可知汽车受到的安培力方向与速度方向相反，D项错误．故选C.
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答案：C
第12讲　电磁感应与电磁波
磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈．缠绕线圈的骨架常用铝框，铝框、指针固定在同一转轴上．线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时发生转动，指针随之偏转，由此就能确定电流的大小．如图所示，线圈通电时指针向右偏转，在此过程中，下列说法正确的是(　　)
A．俯视看线圈中通有逆时针方向的电流
B．穿过铝框的磁通量减少
C．俯视看铝框中产生顺时针方向的感应电流
D．使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处
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第12讲　电磁感应与电磁波
解析：由左手定则可知，俯视看线圈中通有顺时针方向的电流，选项A错误；因为线圈在水平位置时磁通量为零，则线圈转动时，穿过铝框的磁通量向左增加，根据楞次定律可知，俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流，选项B、C错误；当铝框中产生感应电流时，铝框受到的安培力与运动方向相反，故起到了阻尼作用，则使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处，故D项正确．故选D项．
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答案：D
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1．(多选)利用超导体可以实现磁悬浮，如图是超导磁悬浮的示意图．将一块永磁铁从超导体的正上方缓慢下移，由于超导体跟磁铁之间的相互作用力，最终永磁铁悬浮在超导体的正上方平衡，从上往下看超导体中形成的涡形电流的方向为(　　)
A．若永磁铁上端为N极，则为顺时针方向
B．若永磁铁上端为S极，则为顺时针方向
C．若永磁铁上端为N极，则为逆时针方向
D．若永磁铁上端为S极，则为逆时针方向
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解析：若永磁铁上端为N极，永磁铁从超导体的正上方缓慢下移，则穿过超导线圈的磁通量向上增加，根据楞次定律可知，线圈中感应电流从上向下看为顺时针方向，A项正确，C项错误；若永磁铁上端为S极，永磁铁从超导体的正上方缓慢下移，则穿过超导线圈的磁通量向下增加，根据楞次定律可知，线圈中感应电流从上向下看为逆时针方向，B项错误，D项正确．故选AD.
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答案：AD
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2．(2023·浙江卷)如图甲所示，一导体杆用两条等长细导线悬挂于水平轴OO′，接入电阻R构成回路．导体杆处于竖直向上的匀强磁场中，将导体杆从竖直位置拉开小角度θ静止释放，导体杆开始下摆．当R＝R0时，导体杆振动图像如图乙所示．若横纵坐标皆采用图乙标度，则当R＝2R0当时，导体杆振动图像是(　　)
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第12讲　电磁感应与电磁波
解析：导体杆切割磁感线时，回路中产生感应电流，由楞次定律可得，导体杆受到的安培力总是阻碍导体棒的运动．当R从R0变为2R0时，回路中的电阻增大为原来的2倍，则电流减小，导体杆所受安培力减小，即导体杆在摆动时所受的阻力减弱，即杆从开始摆动到停止，运动的路程和经历的时间变长，所以导体杆振动图像是图B.
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答案：B
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3.江苏省某中学的一教室墙上有一扇朝南的平开玻璃窗，窗
扇由有机玻璃加闭合矩形金属边框构成，如图所示，窗扇
一侧由铰链固定在绝缘窗框(图中未画出)上，另一侧装有开
窗手柄，某同学站在室内面向窗户水平推动手柄，让窗户
匀速转动，将窗向外(南)推开(开角小于90°)的过程中，下列说法正确的是
(　　)
A．穿过矩形窗扇的地磁场的磁通量不断变大
B．穿过矩形窗扇的地磁场的磁通量始终为零
C．窗扇金属边框中的感应电流的大小在不断变大
D．从推窗者的角度看，窗扇金属边框中的感应电流方向是顺时针方向
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第12讲　电磁感应与电磁波
解析：地磁场由南向北，当朝南的钢窗向外推开后，钢窗平面与磁场平行时，没有磁感线穿过钢窗平面，穿过钢窗的磁通量为0，推窗时穿过窗框的磁通量减小，窗扇金属边框中的感应电流的大小在不断变大，根据楞次定律，从推窗人的角度看，窗框中产生的感应电流的方向为逆时针，C项正确，A、B、D项错误．故选C.
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答案：C
第12讲　电磁感应与电磁波
命题点二　法拉第电磁感应定律的理解和应用
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2．求解感应电动势的常见情况与方法．
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第12讲　电磁感应与电磁波
(2023·全国甲卷)(多选) 一有机玻璃管竖直放在水平地面上，管上有漆包线绕成的线圈，线圈的两端与电流传感器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布，下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离。如图(a)所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图(b)所示。则(　　)
　
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第12讲　电磁感应与电磁波
A．小磁体在玻璃管内下降速度越来越快
B．下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次
C．下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变
D．与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大
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解析：电流的峰值越来越大，即小磁铁在依次穿过每个线圈的过程中磁通量的变化率越来越快，因此小磁体的速度越来越大，A、D项正确；假设小磁体是N极向下穿过线圈，则在穿入靠近每匝线圈的过程中磁通量向下增加，根据楞次定律可知线圈中产生逆时针的电流，而在穿出远离每匝线圈的过程中磁通量向下减少产生顺时针的电流，即电流方向相反，与题干图中描述的穿过线圈的过程电流方向变化相符，S极向下同理；所以磁铁穿过8匝线圈过程中
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会出现8个这样的图像，并且随下落速度的增加，感应电流的最大值逐渐变大，所以磁体下落过程中磁极的N、S极没有颠倒，选项B项错误；线圈可等效为条形磁铁，线圈的电流越大则磁性越强，因此电流的大小是变化的小磁体受到的电磁阻力是变化的，不是一直不变的，C项错误．故选AD.
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答案：AD
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近期小朋友热衷玩的一种夜光飞行器的实物和模型如图所示．假设该飞行器在北半球的地磁极上空，该处地磁场的方向竖直向下，磁感应强度为B.飞行器的螺旋桨叶片远端在固定的水平圆环内转动，在螺旋桨转轴和叶片的运端b之间连接有一个发光二极管D，已知叶片长度为L，转动的频率为f，从上向下看叶片是按顺时针方向转动的．用E表示每个叶片中的感应电动势，螺旋桨转轴和叶片均为导体．则(　　)
A．E＝πBL2f，图示连接的二极管不会发光
B．E＝2πBL2f，图示连接的二极管不会发光
C．E＝πBL2f，图示连接的二极管可以发光
D．E＝2πBL2f，图示连接的二极管可以发光
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第12讲　电磁感应与电磁波
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第12讲　电磁感应与电磁波
1.近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一
个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大．如图所示，一正方
形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm，图中线
圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘．若匀强磁场垂直通过此
线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近(　　)
A．0.30 V B．0.44 V C．0.59 V D．4.3 V
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2．某风速实验装置由风杯组系统(甲图)和电磁信号产生系统(乙图)两部分组成．电磁信号产生器由圆形匀强磁场和固定于风轮转轴上的导体棒OA组成(O点连接风轮转轴)，磁场半径为L，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，导体棒OA长为1.5L，电阻为r，风推动风杯组绕水平轴顺时针匀速转动，风杯中心到转轴距离为2L，导体棒每转一周A端与弹性簧片接触一次，接触时产生的电流强度恒为I.图中电阻为R，其余电阻不计．求：
　
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(1)当导体棒与弹性簧片接触时，OA两端电势差UOA；
(2)风杯的速率v.
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第12讲　电磁感应与电磁波
命题点三　电磁感应中的动力学问题
抓住力学对象和电学对象间的桥梁——感应电流I和切割速度v，“四步法”分析电磁感应中的动力学问题．
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(2023·山东卷)(多选)足够长U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上，宽为1 m，电阻不计．质量为1 kg、长为1 m、电阻为1 Ω的导体棒MN放置在导轨上，与导轨形成矩形回路并始终接触良好，Ⅰ和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度分别为B1和B2，其中B1＝2T，方向向下．用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为0.1 kg的重物相连，绳与CD垂直且平行于桌面．如图所示，某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域Ⅰ和Ⅱ并做匀速直线运动，MN、CD与磁场边界平行．MN的速度v1＝2 m/s，CD的速度为v2且v2>v1，MN和导轨间的动摩擦因数为0.2.重力加速度大小取10 m/s2，下列说法正确的是(　　)
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A．B2的方向向上
B．B2的方向向下
C．v2＝5 m/s
D．v2＝3 m/s
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(1)t＝0时线框所受的安培力F；
(2)t＝1.2τ时穿过线框的磁通量Φ；
(3)2τ～3τ时间内，线框中产生的热量Q.
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2．电磁弹射是我国最新研究的重大科技项目，创造了世界领先的关键技术，原理可用下述模型说明．如图甲所示，虚线MN右侧存在一个竖直向上的匀强磁场，边长L的正方形单匝金属线框abcd放在光滑水平面上，电阻为R，质量为m，ab边在磁场外侧紧靠MN虚线边界．t＝0时起磁感应强度B随时间t的变化规律是B＝B0＋kt(k为大于零的常数)，同时用一水平外力使线圈处于静止状态，空气阻力忽略不计．
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(1)求线框中的感应电流的大小和方向；
(2)写出所加水平外力随时间变化的表达式；
(3)求0到t0时间内通过导线截面的电荷量q；
(4)若用相同的金属线绕制相同大小的n匝线框，并在线框上加一质量为M的负载物，如图乙所示，当t＝t0时撤去外力释放线框，求刚撤去外力时线框的加速度大小．
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命题点四　电磁感应中动量、能量问题
1．能量转化及焦耳热的求法．
(1)能量转化．
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2．用“三大观点”解决电磁感应问题．
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动力学观点 通常情况下一个金属杆做加速度逐渐减小的加速运动，而另一个金属杆做加速度逐渐减小的减速运动，最终两金属杆以共同的速度匀速运动
能量观点 其中一个金属杆机械能的减少量等于另一个金属杆机械能的增加量与回路中产生的焦耳热之和
动量观点 对于两导体棒在平直的光滑导轨上运动的情况，如果两棒所受的外力之和为零，则考虑应用动量守恒定律处理问题
由BIL·Δt＝m·Δv、q＝I·Δt可知，当题目中涉及电荷量或平均电流时，可应用动量定理来解决问题
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如图所示，一空心铝管与水平面成α角倾斜固定放置．现把一枚质量为m、直径略小于铝管直径的圆柱形小磁块从上端管口无初速度放入管中，小磁块从下端口落出时的速度为v，已知该铝管长度为l，小磁块和管间的摩擦力是小磁块重力的k倍，重力加速度为g.下列说法正确的是(　　)
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(2023·全国甲卷)如图，水平桌面上固定一光滑U型金属导轨，其平行部分的间距为l，导轨的最右端与桌子右边缘对齐，导轨的电阻忽略不计．导轨所在区域有方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B.一质量为m、电阻为R、长度也为l的金属棒P静止在导轨上．导轨上质量为3m的绝缘棒Q位于P的左侧，以大小为v0的速度向P运动并与P发生弹性碰撞，碰撞时间很短．碰撞一次后，P和Q先后从导轨的最右端滑出导轨，并落在地面上同一地点．P在导轨上运动时，两端与导轨接触良好，P与Q始终平行．不计空气阻力．求
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第12讲　电磁感应与电磁波
(1)金属棒P滑出导轨时速度大小；
(2)金属体P在导轨上运动过程中产生的热量；
(3)与P碰撞后，绝缘棒Q在导轨上运动的时间．
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1．如图所示是列车进站时利用电磁阻尼辅助刹车示意图，在车身下方固定一矩形线框abcd，ab边长为l，bc边长为d，在站台轨道上存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场MNPQ，MN边界与ab平行，区域长为d.若ab边刚进入磁场时列车关闭发动力，此时的速度大小为v0，已知线框总电阻为R，列车的总质量为m，摩擦阻力是车重的k倍，不计空气阻力，重力加速度为g.
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(1)求装置落地时C、D两点间的电压UCD；
(2)从刚落地到线框第一次运动到最低点的过程中，求通过线圈的电荷量q；
(3)从刚落地到线框第一次运动到最低点的过程中，线框上产生的焦耳热为Q1；从落地到线框最终静止的过程中，线框上产生的焦耳热为Q2，求Q1与Q2的比值．
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命题点五　电磁波的产生、发射与接收
1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．
2．电磁波：电磁场在空间由近及远的传播形成电磁波．
(1)电磁波在空间传播不需要介质．
(2)真空中电磁波的速度为3.0×108 m/s.
(3)电磁波是横波，满足关系v＝λf.
(4)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，频率越高，波速越小．
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第12讲　电磁感应与电磁波
3．电磁波的发射．
(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号．
(2)调制方式：
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变．
②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变．
4．电磁波的接收．
(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振，产生电谐振的过程叫作调谐．
(2)解调：从接收到的高频电磁波中还原出所携带的信号波的方法．
5．电磁波谱．
(1)按波长从长到短排列电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
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(2)电磁波的特点与应用：
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电磁波谱 特性 应用
无线电波 易发生衍射 无线电技术
红外线 热效应 红外线遥感
可见光 引起视觉 照明、摄影
紫外线 荧光效应、杀菌 消毒、防伪
X射线 贯穿性强 医用透视
γ射线 贯穿本领最强 工业探伤、医用化疗
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(多选)以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段.2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10 909米深潜纪录．此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示．下列说法正确的是(　　)
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第12讲　电磁感应与电磁波
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
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解析：由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声通信，由下而上，故信息载体属于纵波，故A项错误；由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过无限蓝绿光通信，光波是横波，故信息载体属于横波，故B项正确；因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C项错误；在传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D项正确．故选BD.
答案：BD
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使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示．蓝牙通信的电磁波(　　)
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为340 m/s
D．在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
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解析：蓝牙通信用的电磁波不在可见光频率范围内，不是光信号．故A项错误；蓝牙通信比手机通信的电磁波频率高，波长短．故B项正确；电磁波在真空中的传播速度约为3×108 m/s.故C项错误；蓝牙通信和手机通信使用的都是电磁波，在真空中传播速度相同．故D项错误．故选B项．
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答案：B
第12讲　电磁感应与电磁波
1．如图所示，家用微波炉中使用的微波频率为2 450 MHz，则它的波长是
(　　)
A．1.2×10－1 m　　　　 B．7.35×10－17 m
C．1.2×10－4 m D．7.35×10－11 m
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第12讲　电磁感应与电磁波
2．某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波，下列说法正确的是(　　)
A．为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数
B．为更好接收290 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756 kHz
C．使接收电路产生电谐振的过程叫作解调
D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点
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第12讲　电磁感应与电磁波
3．电磁波谱家族有众多的成员．关于电磁波的应用，下列说法不正确的是
(　　)
A．电磁炉是利用电磁波来工作的
B．微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的
C．雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的
D．夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的
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第12讲　电磁感应与电磁波
解析：电磁炉是利用电磁感应原理和电流的热效应来工作的，故A项错误，符合题意；微波是电磁波的一部分，食物分子在微波的作用下剧烈震动，内能增大，温度升高，达到加热的目的，故B项正确，不符合题意；雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的，故C项正确，不符合题意；不同温度的物体发出的红外线特征不同，夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的，故D项正确，不符合题意．故选A.
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答案：A

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