高考综合复习 - 电磁感应(3)

4．日光灯

（1）日光灯电路的组成和电路图： ①日光灯电路的电路图如图所示：

②灯管：日光灯管的两端各有一个灯丝，灯管内有微量的氩和汞蒸汽，灯管内涂有荧光粉。两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，激发管壁上的荧光粉发出可见光，但要使管内气体导电所需电压比220V的电源电压高得多。 ③镇流器：i）结构：线圈和铁芯；ii）原理：自感；iii）作用：灯管启动时提供一个瞬时高压，灯管工作时降压限流。 ④启动器：i）结构：电容、氖气、静触片、U形动触片、管脚、外壳；ii）原理：热胀冷缩；iii）作用：先接通电路，再瞬间断开电路，使镇流器产生瞬间高压。

（2）日光灯电路的工作过程：电源电压220V加在启动器两极间→氖气放电发出辉光→辉光产生的热量，使U形动触片膨胀伸长，与静触片接触接通电路→镇流器和灯丝中通过电流→氖气停止放电→动静触片分离→切断电路→镇流器产生瞬间高压，与电源电压加在一起，加在灯管两端→灯管中气体放电→日光灯发光。

（3）日光灯启动后正常工作时，启动器断开，电流从灯管中通过，镇流器产生自感电动势起降压限流作用。

● 精题精讲

例题1. 面积为S的矩形框abcd，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成θ角（如图），当线框以ab为轴顺时针转90°过程中，求穿过abcd的磁通量变化量ΔΦ。

解析：磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框平面方向上的分量决定的。选平面法线n的方向为正，开始时B与线框平面成θ角，磁通量Φ1＝BSsinθ；线框平面按题意方向转动时，磁通量减少，当转过90°时，磁通量变化为Φ2＝－BScosθ。 可见，磁通量的变化量为：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－BSsinθ＝－BS·（cosθ+sinθ） 即穿过线圈的正向磁通量减少了BS·（cosθ+sinθ）。

实际上，在线框转过90°的过程中，穿过线圈的磁通量是由正向BSsinθ减小到零，再由零增大到负向BScosθ。 点评：磁通量是标量，但有正、负，对某一面积元的磁通量的正、负是人为规定的。不考虑磁通的正负，在计算磁通量变化时，往往会产生错误。穿过某一线圈平面的磁通量的大小，与线圈匝数无关。

例题2. 线圈在长直导线电流的磁场中，作如图的运动：A向右平动，B向下平动，C绕轴转动（ad边向外），D从纸面向纸外作平动，E向上平动(E线圈有个缺口)，判断线圈中有没有感应电流？

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解析：在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面向里的．对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱。

A、向右平移，穿过线圈的磁通量没有变化，故A线圈中没有感应电流； B、向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电动势和感应电流；

C、绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化（开始时减少），必产生感应电动势和感应电流； D、离纸面向外，线圈中磁通量减少，故情况同BC；

E、向上平移，穿过线圈的磁通量增加，故产生感应电动势，但由于线圈没有闭合回路，因此无感应电流。 点评：判断是否产生感应电流关键是分清磁感线的疏密分布，进而判断磁通是否变化。

例题3.在一固定圆柱形磁铁的N极附近放置一平面线圈abcd，磁铁轴线与线圈水平中心线xx’轴重合，下列说法中正确的是：（ ）

A、当线圈刚沿xx’轴向右平移时，线圈中有感应电流，方向为adcba

B、当线圈刚绕xx’轴转动时（ad向外，bc向里），线圈中有感应电流，方向为abcda C、当线圈刚沿垂直纸面方向向外平移时，线圈中有感应电流，方向为adcba

D、当线圈刚绕yy’轴转动对（ab向里，cd向外），线圈中有感应电流，方向为abcda

解析：正确的答案是CD。线圈在原图位置中时，磁通量为零。在A、B两项中，线圈运动时磁通量未变，仍为零；C项中，磁感线向外，磁通量增加；D项中磁通量亦增加，由楞次定律可分别判断出感应电流方向为adcba和abcda。 点评：本题考查磁铁的磁场、产生感应电流的条件和楞次定律等知识点，掌握典型的磁体或通电导体周围的磁感线分布情况是判断回路中磁通量是否发生变化的关键。

加深：①在C选项中，若线圈向外平移的距离足够大，情况又怎样？（提示：磁通量先变大后变小）；

②在C选项中，若线圈向外平移很小距离ΔS后，再向内平移2ΔS，则在向内平移过程中情况又怎样？（提示：磁通量方向发生改变）。

拓展：导线框abcd与导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I，当线框由左向右匀速通过直导线时，线框中感应电流的方向是：（ ）

A、先abcd，后dcba，再abcd； B、先abcd，后dcba；

C、始终dcba； D、先dcba，后abcd，再dcba； E、先dcba，后abcd。

解析：下面我们着重分析线圈跨在导线两侧时感应电流的方向，先画出通电直导线的磁感线分布如图所示：

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用两种方法判定：

（1）用磁通量变化来判定：在线圈跨越导线过程中，线圈左边部分磁通量穿出，而右边部分则穿入，我们用合磁通来判定。当跨在导线左边的线圈面积大于右边面积时，合磁通是向外的且逐渐减小，为阻碍这个方向的磁通量减小，感应电流是沿abcd；当跨在导线右边的线圈面积大于左边面积时，合磁通向内逐渐增大，为阻碍向内的磁通增大，感应电流方向应沿abcd。

（2）用切割磁感线来判定：在线圈跨越导线的过程中，用右手定则可得，cd边的感应电动势向上，ab边的感应电动势向下，而ad，bc边不切割磁感线，没有感应电动势产生，因此cd和ab边产生的感应电动势叠加起来使线圈的感应电流的方向是沿abcd。

另由楞次定律可判定线圈未跨导线前的感应电流方向为dcba，离开导线后感应电流的方向为dcba。

点评：研究电磁感应现象时分析磁通量（确切的说应该是合磁通）的变化情况是一个非常重要的问题，问题的关键在于对有关磁场、磁感线的空间分布要有足够清楚的了解，有些问题应交替利用楞次定律和右手定则切割磁感线来分析。

例题4.在北半球地磁场的竖直分量向下。飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变．由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为φ1，右方机翼末端处的电势为φ2，则：（ ）

A、若飞机从西往东飞，φ1比φ2高 B、若飞机从东往西飞，φ2比φ1高 C、若飞机从南往北飞，φ1比φ2高 D、若飞机从北往南飞，φ2比φ1高

解析：这是一个导体切割磁感线的问题。首先要明确地磁场大致的分布情况：在南半球，地磁场的竖直分量向上；在北半球，地磁场的竖直分量向下；在赤道上方，地磁场的磁感线与地轴平行，或说是水平的也可以。当然题目中已画出了地磁场的分布图示，但即使题中不告诉地磁场的分布情况，也应该知道。切割磁感线的导体即为机翼，虽然没有感应电流，但感应电动势仍然存在。在电源内，感应电动势的方向与感应电流的方向是相同的，即为右手定则中四指所指的方向，由电源的负极指向正极，或者说由低电势指向高电势。

另外，在此所指飞行员的左方、右方，应是指飞行员面向飞机的运动方向，对此如再作其他的理解是完全没有必要的。由右手定则可判知：在北半球，不论沿何方向水平飞行，都是飞机的左方机冀电势高，右方机翼电势低。 答案：AC

点评：判断电磁感应电路中电势高低的方法是：把产生感应电动势的那部分电路当做电源的内电路，再判定该电源的极性（正极、负极），对于一个闭合回路来说电源内电路的电流方向是从负极流向正极，电源外的电流是从高电势流向低电势，即从正极流向负极。判定电磁感应电源的极性是解此类题的关键。

拓展：螺线管的导线的两端与两平行金属板相接，一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间，并处于静止状态，若条形磁铁突然插入线圈时，小球的运动情况是：（ ）

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A、向左摆动 B、向右摆动 C、保持静止 D、无法判定

解析：正确答案是A。当磁铁插入时，穿过线圈的磁通量向左且增加，线圈产生感应电动势，因此线圈是一个产生感应电动势的电路，相当于一个电源，其等效电路如图：

因此A板带正电，B板带负电，故小球受电场力向左。

例题5.一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下落，空气阻力不计，则在圆环的运动过程中，下列说法正确的是：（ ）

A、在磁铁的上方时，铜环的加速度小于g，在下方时大于g B、圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时也小于g C、圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时等于g D、圈环在磁铁的上方时，加速度大于g，在下方时小于g

解析：正确答案是B。此题易错选A或C，原因是在判磁场力作用时缺乏对条形磁铁磁感线的空间分布的了解。此题可以用例1的二种方法判定，但都不够简捷。今用楞次定律的另一种表示来判定：感应电流总是阻碍导体间的相对运动，意思是总是阻碍导体间的距离变化。因此圆环在磁铁的上方下落时，磁场力总是阻碍圆环下落，即a

点评：一般地凡由于外界因素而先使导体运动，进而产生感应电流的，都可用“阻碍导体间相对运动”来判定。

例题6.通电螺线管与电源相连，与螺线管同一轴线上套有三个轻质闭合铝环，B在螺线管中央，A、C位置如图所示，当S闭合时：（ ）（本题忽略三环中感应电流之间相互作用力）

A、A向左，C向右运动，B不动 B、A向右，C向左运动，B不动 C、A、B、C都向左运动 D、A、B、C都向右运动

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解析：正确答案是A。正确的分析是：（用二种方法分析）

方法一：以三个环上端截面为例，画出感应电流方向和磁感线方向，以及这一小段电流的受力方向如图所示，A和C所受磁场力的水平分量将会使A向左，C向右运动。由于对称性，以任意一小段感应电流为研究对象，都会得出相同的结论。

方法二：用阻碍磁通量变化来判定，画出通电螺线管的磁感线分布（如图），对A环为了阻碍磁通量的增加，应向左运动，即朝磁通量较小的左方运动。同理可知C环向右运动。对B环，因左右两侧的磁通量是对称的，即无处可“躲”（只能有扩大的趋势）。若电源反向亦同样结果。

点评：加深理解楞次定律的另一种表述，在做题时往往有意想不到的效果。

拓展：光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时：（ ）

A、P、Q将互相靠拢 B、P、Q将互相远离 C、磁铁的加速度仍为g D、磁铁的加速度小于g 解析：方法一：设磁铁下端为N极，如图所示：

根据楞次定律可判断P、Q中的感应电流方向，根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向，可见，PQ将互相靠拢。由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律，磁铁将受到反作用力，从而加速度小于g。当磁铁下端为S极时，根据类似的分析可得到相同的结果。所以，本题应选A、D。

方法二：根据楞次定律的另一表示——感应电流的效果，总要反抗产生感应电流的原因，本题中“原因”是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路。“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近，所以P、Q将互相靠拢且磁铁的加速度小于g，应选A、D。

例题7.通有稳恒电流的螺线管竖直放置，铜环R沿螺线管的轴线加速下落，在下落过程中，环面始终保持水平。铜

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