高中物理电磁感应磁生电的探索认识磁生电与电生磁素材鲁科选修

认识“磁生电”与“电生磁”
磁是什么？一般提起磁，有些人都觉得磁是较为少见的，好像主要就是磁石或磁铁吸引铁，情况真是这样吗？现代科学的发展已经表明这样的看法是不对的。

现代科学研究和实际应用已经充分证实：任何物质都具有磁性，只是有的物质磁性强，有的物质磁性弱；任何空间都存在磁场，只是有的空间磁场高，有的空间磁场低。

所以说包含物质磁性和空间磁场的磁现象是普遍存在的。

电和磁是不可分割的，它们始终交织在一起。

简单地说，就是电生磁、磁生电。

一、磁生电
如果把一个螺线管两端接上检测电流的检流计，在螺线管内部放置一根磁铁。

当把磁铁很快地抽出螺线管时，可以看到检流计指针发生了偏转，而且磁铁抽出的速度越快，检流计指针偏转的程度越大。

同样，如果把磁铁插入螺线管，检流计也会偏转，但是偏转方向和抽出时相反。

为什么会发生这种现象呢？我们已经知道，磁铁会向周围的空间发出磁力线。

如果把磁铁放在螺线管中，那么磁力线就会穿过螺线管。

这时，如果把磁铁抽出，磁铁远离了螺线管，将造成穿过螺线管的磁力线数目减少（或者说线圈内部的磁通量减少）。

正是这种穿过螺线管的磁力线数目（也就是磁通量）的变化使得螺线管中产生了感生电动势。

如果线圈闭合，就产生电流，称为感生电流。

如果磁铁是插入螺线管内部，这时穿过螺线管的磁力线增多，产生的感生电流和磁铁抽出时相反。

那么，如何决定线圈中感生电动势的大小和方向呢？从上面的实验我们知道，磁铁抽出的快慢决定检流计指针的偏转程度，这实际上是说，线圈中的感生电动势的大小与线圈内部磁通量的变化率成正比。

这称为法拉第定律。

通过实验我们可以证实，如果磁铁抽出，导致线圈中的磁通量减少，那么在线圈中产生的感生电流的方向是它所产生的磁通量能够补偿由于磁铁抽出引起的磁通量降低，也就是说，感生电流所产生的磁通量总是阻碍线圈中磁通量的变化。

这称为楞次定律。

如图所示，如果磁铁从线圈中向上抽出，将使得线圈中的磁通量减少，这时如果线圈是闭合的，线圈中产生感生电流，该感生电流的方向是：它产生的磁力线的方向也指向下方，以补偿由于磁铁抽出导致的磁通量减少。

变化的磁场可以在线圈中感应出电流，这就是发电机和麦克风的基本原理。

二、电生磁
如果一条直的金属导线通过电流，那么在导线周围的空间将产生圆形磁场。

导线中流过的电流越大，产生的磁场越强。

磁场成圆形，围绕导线周围。

磁场的方向可以根据“右手定则”（如图）来确定：将右手拇指伸出，其余四指并拢弯向掌心。

这时，拇指的方向为电流方向，而其余四指的方向是磁场的方向。

实际上，这种直导线产生的磁场类似于在导线周围放置了一圈N、S极首尾相接的小磁铁的效果。

图3 右手定则
如果将一条长长的金属导线在一个空心筒上沿一个方向缠绕起来，形成的物体我们称为螺线管。

如果使这个螺线管通电，那么会怎样？通电以后，螺线管的每一匝都会产生磁场，磁场的方向如图中的圆形箭头所示。

那么，在相邻的两匝之间的位置，由于磁场方向相反，总的磁场相抵消；而在螺线管内部和外部，每一匝线圈产生的磁场互相叠加起来，最终形成了如图所示的磁场形状。

也可以看出，在螺线管外部的磁场形状和一块磁铁产生的磁场形状是相同的。

而螺线管内部的磁场刚好与外部的磁场组成闭合的磁力线。

在图中，螺线管表示成了上下两排圆，好像是把螺线管从中间切开来。

上面的一排中有叉，是表示电流方向垂直指向荧光屏里；下面的一排中有一个黑点，表示电流方向垂直流向荧光屏外。

图4 螺旋管电磁场
电生磁的一个应用实例是实验室常用的电磁铁。

为了进行某些科学实验，经常用到较强的恒定磁场，但只有普通的螺线管是不够的。

为此，除了尽可能多地绕制线圈以外，还采用两个相对的螺线管靠近放置，使得它们的N、S极相对，这样两个线包直接就产生了一个较强的磁场。

另外，还在线包中间放置纯铁（称为磁轭），以聚集磁力线，增强线包中间的磁场，如图所示。

图5 电磁铁图6 电磁铁磁极
对于一个很长的螺线管，其内部的磁场大小用下面的公式计算：H=nI
在这个公式中，I是流过螺线管的电流，n是单位长度内的螺线管圈数。

如果有两条通电的直导线相互靠近，会发生什么现象？我们首先假设两条导线的通电电流方向相反，图（a）所示。

那么，根据上面的说明，两条导线周围都产生圆形磁场，而且磁场的走向相反。

在两条导线之间的位置会是说明情况呢？不难想象，在两条导线之间，磁场方向相同。

这就好像在两条导线中间放置了两块磁铁，它们的N极和N极相对，S极和S极相对。

由于同性相斥，这两条导线会产生排斥的力量。

类似地，如果两条导线通过的电流方向相同，图（b）所示，它们会互相吸引。

图7 通电导线的磁场
如果一条通电导线处于一个磁场中，由于导线也产生磁场，那么导线产生的磁场和原有磁场就会发生相互作用,使得导线受力。

这就是电动机和喇叭的基本原理。

高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．一质点在t＝0时刻从坐标原点出发，沿x轴正方向做初速度为零，加速度大小为a1的匀加速直线运动；t＝1s时到达x＝5m的位置，速度大小为v1，此时加速度立即反向，加速度大小变为a2，t＝3 s时质点恰好回到原点，速度大小为v2，则 ( )
A．a2＝3a1
B．v2＝3v1
C．质点向x轴正方向运动的时间为2s
D．质点向x轴正方向运动最远到x＝9m的位置
2．甲同学以速度v1将铅球水平推出，推出点距地面高度为H1，乙同学身高较高，将铅球在距地面H2高度处水平推出（H2>H1），两位同学推出铅球的水平位移恰好一样，不计空气阻力的作用，则乙同学推出铅球的速度为
A． B．
C． D．
3．在物理学发展过程中，许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是
A．伽利略利用“理想斜面”得出“力是维持物体运动的原因”的观点
B．牛顿提出了行星运动的三大定律
C．英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了万有引力常量
D．开普勒从理论和实验两个角度，证明了轻、重物体下落一样快，从而推翻了古希腊学者亚里士多德的“小球质量越大下落越快”的错误观点
4．一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能E P随位移x变化的关系如图所示，其中0～x2段是关于直线x=x1对称的曲线，x2～x3段是直线，则下列说法正确的是（）
A．x1处电场强度最小，但不为零
B．粒子在0～x2段做匀变速运动，x2～x3段做匀速直线运动
C．在0、x1、x2、x3处电势φ0、φ1、φ2、φ3的关系为：φ3>φ2=φ0>φ1
D．x2～x3段的电场强度大小方向均不变
5．将卫星发射至近地圆轨道1，然后再次点火，将卫星送入同步轨道3。

轨道1、2相切于Q点，2、3相
切于P点，M、N为椭圆轨道短半轴的端点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时（如图所示），以下说法正确的是（）
A．在三条轨道中周期从大到小的顺序是3轨道、1轨道、2轨道
B．在三条轨道中速率最大的时刻为经过2轨道的Q点，速率最小的时刻为经过2轨道上P点
C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度
D．卫星在轨道2上从M—P—N运动所需的时间等于从N—Q—M的时间
6．质量为M=1kg的木板静止在粗糙水平面上，木板与地面动摩擦因数μ1，在木板的左端放置一个质量为m=1kg，大小可忽略的铁块。

铁块与木板间的动摩擦因数μ2，g=10m/s2若在铁块右端施加一个从0开始增大的水平向右的力F，假设木板足够长，铁块受木板摩擦力f随拉力F如图变化.,关于两个动摩擦因数的数值正确的是
A．μ1=0.1 μ2=0.2 B．μ1=0.1 μ2=0.4 C．μ1=0.2 μ2=0.4 D．μ1=0.4 μ2=0.2
二、多项选择题
7．下列说法正确的是________。

(填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分。

每错选1个扣3分，最低得分为0分)
A．相对湿度与同温度水的饱和汽压无关
B．松香在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变
C．若一个系统与另一个系统达到热平衡时，则两系统温度一定相同
D．若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量，则压强一定增大
E．液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离略大于平衡距离而产生的
8．如图所示，从点光源S发出的一束复色光，以一定的角度斜射到玻璃三棱镜的表面，经过三棱镜的两次折射后分为a、b两束光．下面的说法中正确的有________．
A．在三棱镜中a光的传播速率大于b光的传播速率
B．a光频率大于b光频率
C．若改变复色光的入射角，可在入射面发生全反射
D．a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δx a<Δx b
9．如图所示，有一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻不计，绕OO′轴在水平方向的磁感应强度为B 的匀强磁场中以角速度ω做匀速转动，从图示位置开始计时。

矩形线圈通过铜滑环接理想变压器的原线圈，副线圈接固定电阻R0和滑动变阻器R，下列判断正确的是
A．矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcos ωt
B．矩形线圈从图示位置经过时间内，通过电流表A1的电荷量为0
C．当滑动变阻器的滑片向上滑动过程中，电流表A1和A2示数都变小
D．当滑动变阻器的滑片向上滑动过程中，电压表V1示数不变，V2和V3的示数都变小
10．通过观测冥王星的卫星，可以推算出冥王星的质量。

假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动，除了引力常量外，至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。

这两个物理量可以是
A．卫星的速度和角速度
B．卫星的质量和轨道半径
C．卫星的质量和角速度
D．卫星的运行周期和轨道半径
三、实验题
11．如图所示，光滑的水平地面上静止放置一长木板，在长木板上的右端和距右端x1=1.6m的P处各放置一个木块A和B（两木块均可视为质点），木块A的质量和长木板的质量均为M=1.8kg，木块B的质量为m=0.6kg，P点右侧长木板的上表面光滑；P点左侧（包括P点）粗糙，木块B与P点左侧长木板间的动摩擦因数为μ=0.2。

现有水平向右的恒定拉力F作用在长木板上（图中未画出拉力F），使板由静止开始运动。

已知木块B与长木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2。

（1）若要求木块B（与木块A相碰前）相对长木板静止，求拉力F应满足的条件；
（2）若F=2.4N，在木块A、B相碰时撤去拉力F，同时锁定长木板使长木板立刻保持静止，且木块A、B 间的碰撞是弹性碰撞，最终木块B刚好没有滑离长木板，求P点左侧长木板的长度。

12．某同学要测量一个改装后的电压表的量程和内阻，实验过程如下：
(1)先用多用电表粗测电压表的内阻和量程，实验中多用电表红表笔应与电压表_______（填“正”或“负”) 接线柱相连；若已知多用电表内电源电动势为9V，所用档位为“×1k”档，调零后测量，指针位置如图所示.此时电压表指针指在表盘的四分之三刻度处.则所测电压表内阻约为______，量程为
_______。

(2)若电压表量程为(1)问中所测数值，则为了精确测量其内阻，现提供以下器材：
待测电压表
电流表A(量程0.6A，内阻约为3Ω)
电压表V(量程l0V，内阻约为30kΩ)
定值电阻R0(阻值为10kΩ)
滑动变阻器R1(最大阻值为500，额定电流为1A)
电源E(电动势为15V，内阻约为1Ω)
开关和导线若干
①为了较精确的测量电压表内阻，则测量电路应该选择如下电路中的________；
②写出电压表内阻测量值的表达式=________。

四、解答题
13．如图所示，传送带与地面的倾角θ＝37°，从A到B的长度为8.8 m，传送带以v0＝6 m/s的速度逆时针转动．在传送带上端无初速放一个质量为1 kg的物体，它与传送带之间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度g=10m/s2，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)
（1）求物体从A运动到B所需的时间是多少？
（2）若物体在传送带上可以留下划痕，求划痕的长度？
（3）若传送带顺时针转动，此时物体以8m/s的初速度由B沿斜面向上运动，若使物体能够运动到A，求传送带速度满足的条件？
14．等腰直角三棱镜ABC的横截面如图所示，其边长BC＝L。

将三棱镜放在光屏MN的正前方，B点恰好与光屏接触，AC与MN平行。

现让一细東红、蓝复色光垂直AC 从AC的中点射向MN，复色光通过棱镜后分成两束，在光屏上O1、O2处形成两个光斑。

若撤去三棱镜，复色光恰好射到O点。

测得OO2＝L
（1）射到O2的光是哪一种色光？为什么？（2）求该三棱镜对射到O2的光的折射率。

【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．CDE
8．BD
9．AC
10．AD
三、实验题
11．（1）小于等于4.8N；（2）0.2m
12．（1）负20KΩ 6V （2）D
四、解答题
13．(1) 1.6 s (2) 1.8 m (3)
14．（1）蓝色光。

因介质（三棱镜）对频率高（波长短）的光折射率大（2）
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空的全新领域。

现有一艘远离星球在太空中直线飞行的宇宙飞船，为了测量自身质量，启动推进器，测出飞船在短时间Δt内速度的改变为Δv，和飞船受到的推力F（其它星球对它的引力可忽略）。

飞船在某次航行中，当它飞近一个孤立的星球时，飞船能以速度v，在离星球的较高轨道上绕星球做周期为T的匀速圆周运动。

已知星球的半径为R，引力常量用G表示。

则宇宙飞船和星球的质量分别是（）
A．，B．，C．，
D．，
2．如图所示，有一质量不计的杆，长为
，可绕A自由转动用轻绳在
点悬挂一个重为
的物体，另一根轻绳一端系在
点，点为圆
弧的圆心，另一端系在圆弧形墙壁上的点.当该轻绳端点由点逐渐沿圆弧
向上移动的过程中（保持
与地面夹角
不变），绳拉力的大小变化情况是（）
A．逐渐减小
B．逐渐增大
C．先减小后增大
D．先增大后减小
3．两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的A、B两点，两电荷连线上各点电势
随坐标x变化的关系图象如图所示，其中P点电势最高，且x AP<x PB，则
A．q1和q2都是正电荷
B．q1的电荷量大于q2的电荷量
C．在A、B之间将一负点电荷沿x轴从P点左侧移到右侧，电势能先减小后增大
D．一点电荷只在电场力作用下沿x轴从P点运动到B点，加速度逐渐变小
4．在2018年平昌冬奥会冰壹比赛中，某队员利用红壶去碰撞对方静止的蓝壶，如图a 所示，两壶发生对心正碰，碰后运动员用冰壶刷擦蓝壶前进方向上的冰面来减小阻力，碰撞前后两壶的速度时间图像如图中的实线所示，两冰壶质量相同，则
A．两壶碰撞为弹性碰撞
B．碰后两壶相距的最远距离为1.1m
C．碰后红、蓝两壶的滑动摩擦力相同
D．碰后蓝壶的加速度大小为0.10m/s²
5．在2017年6月的全球航天探索大会上，我国公布了“可重复使用运载火箭”的概念方案．方案之一为“降伞方案”，如图，当火箭和有效载荷通过引爆装置分离后，火箭变轨进入返回地球大气层的返回轨道，并加速下落至低空轨道，然后采用降落伞减速，接近地面时打开气囊，让火箭安全着陆．对该方案涉及的物理过程，下列说法正确的是( )
A．火箭和有效载荷分离过程中该系统的总机械能守恒
B．从返回轨道下落至低空轨道，火箭的重力加速度增大
C．从返回轨道至低空轨道，火箭处于超重状态
D．打开气囊是为了减小地面对火箭的冲量
6．一只电阻分别通过四种不同形式的电流，电流随时间变化的情况如图所示，在相同时间内电阻产生的热量最大的是（）
A．B．C．
D．
二、多项选择题
7．对非理想气体，下列说法正确的是______
A．气体分子的重力势能是气体内能的一部分
B．气体分子热运动的动能是气体内能的一部分
C．气体整体运动的动能是气体内能的一部分
D．分子之间相互作用的势能是气体内能的一部分
E.气体体积变化时，其内能可能不变
8．如图所示，甲、乙两车的质量均为M，静置在光滑的水平面上，两车相距为L.乙车上站立着一个质量为m的人，他通过一条轻绳拉甲车，甲、乙两车最后相接触，以下说法正确的是（____）
A．甲、乙两车运动中速度之比为B．甲、乙两车运动中速度之比为C．甲车移动的距离为
D．乙车移动的距离为
E．乙车移动的距离为
9．如图所示，斜面A和物块B静置在水平地面上，某时刻起，对B施加一个沿斜面向上的拉力F，力F 从零开始随时间均匀增大，在这一过程中，A、B始终保持静止
则地面对A的
A．支持力不变
B．支持力减小
C．摩擦力增大
D．摩擦力减小
10．下列说法正确的有
A．密立根油滴实验精确测定了电子电荷，发现了电荷是量子化的
B．氢原子光谱包含红外、可见光和紫外光
C．发生光电效应时，使光电流为零的遏止电压与入射光的频率成正比
D．原子核核子数越多，原子核越不稳定
三、实验题
11．速度为103m/s的氦核与静止的质子发生正碰,氦核的质量是质子的4倍,碰撞是弹性的，求碰撞后两个粒子的速度分别为多少？
12．要测量某电压表V1的内阻R V，其量程为2V，内阻约2kΩ。

实验室提供的器材有：
电流表A，量程0.6A，内阻约为0.1Ω；
电压表V2，量程5V，内阻约为5 kΩ；
定值电阻R1，阻值为30Ω；
定值电阻R2，阻值为3kΩ；
滑动变阻器R3，最大阻值10Ω，额定电流1.5A；
电源E，电动势6V，内阻约0.5Ω；
开关S一个，导线若干。

①请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1内阻R V的实验电路。

要求测量尽量准确，试画出符合要求的实验电路图，并标出所选元件的相应字母代号。

②写出电压表V1内阻R V的表达式________，式中各符号的物理意义是________________。

③若测得V1内阻R V＝1.8kΩ,现要将V1改装一个与V2量程相同的电压表，则需在V1两端______联一个电阻，电阻的阻值应为___________.
四、解答题
13．如图所示，竖直圆筒是固定不动的，粗筒横截面积是细筒的3倍，细筒足够长。

粗筒中A、B两轻质活塞间封有一定质量的空气（可视为理想气体），气柱长L=20 cm。

活塞A上方的水银深H=15 cm，两活塞的重力及与筒壁间的摩擦不计，用外力向上托住活塞B使之处于平衡状态，水银面与粗筒上端相平。

现使活塞B缓慢上移，直至水银的1/3被推入细筒中，求活塞B上移的距离。

（设在整个过程中气柱的温度不变，大气压强P0相当于75 cm的水银柱产生的压强。

）
14．冬季很多公路路面结冰,交通运输受到了很大影响。

某校一学习小组为了对比轮胎与冰面、水泥路面的摩擦情况,做了模拟实验。

他们用底部贴有轮胎材料的小物块A、B分别在水泥面上和冰面上做实验,A 的质量是B的4倍。

使B静止,A在距B为L处,以一定的速度滑向B。

实验结果如下：
①在水泥面上做实验时,A恰好未撞到B;
②在冰面上做实验时,A撞到B后又共同滑行了一段距离,测得该距离为8L/25.
对于冰面的实验，请你与他们共同探讨以下二个问题：
（1）A在冰面上碰撞前后的速度大小之比；
（2）若轮胎与水泥路面之间的动摩擦因数为μ，则轮胎与冰面之间的动摩擦因数?
【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．BDE;
8．ACD
9．BC
10．AB
三、实验题
11．(1)1600m/s (2)600m/s
12．①电路如图所示；②，U1表示电压表V1的读数，U2表示V1和R2串联的总电压（或电压表V2的读数）；③串；2.7kΩ。

四、解答题
13．
14．（1）5:4（2）2μ/3。