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MC4-1114-电磁感应现象是指置于变化磁场中的导体产生感应电动势的现象。应用场景包括

MC4-1114 解析电磁感应应用:变压器、发电机、交流异步电动机、无线电通信都依赖变化磁通在导体中产生感应电动势,四项全部应用电磁感应,其中异步电动机转子不接电源、完全靠感应取流,判定标准是磁通随时间变化,并与静电感应相区分。

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【题目编号】MC4-1114

【题目】电磁感应现象是指置于变化磁场中的导体产生感应电动势的现象。应用场景包括:

【答案】ABCD(多选题)

[A]变压器

[B]发电机

[C]交流异步电动机

[D]无线电通信

考点速览

本题考的是电磁感应现象的应用场景。电磁感应指置于变化磁场中的导体产生感应电动势的现象,是电磁学最核心的规律之一,也是从发电、输配电到电动机、无线电通信一整套电气与无线电技术的基础。题目要求选出应用了电磁感应的场景,四个选项都要逐一判断。

原理与依据

电磁感应的定量规律是法拉第电磁感应定律:闭合回路中感应电动势的大小,正比于穿过该回路的磁通量对时间的变化率,写作电动势等于负的磁通量变化率。负号体现了楞次定律——感应电流的方向总是阻碍引起它的磁通量变化。这里的"变化"是关键词:磁通量可以是磁场强度变,也可以是回路面积变,也可以是回路相对磁场的位置变,只要穿过回路的磁通随时间改变,就会感应出电动势。

变压器(transformer)靠互感工作。初级线圈通入交变电流,铁芯里产生交变磁通,这个变化的磁通穿过次级线圈,在次级感应出电动势,从而实现电压变换。没有电磁感应,变压器无法升压或降压。

发电机(generator)靠导体在磁场中运动切割磁力线。转子线圈在磁场中旋转,穿过线圈的磁通量随转角周期性变化,线圈两端感应出交变电动势,把机械能转化为电能。这是电磁感应在发电领域的直接应用。

交流异步电动机(induction motor)的名字就点明了原理——感应。定子绕组通入三相交流电,产生旋转磁场,这个旋转磁场在转子导体中感应出电动势和电流,感应电流又与旋转磁场作用产生电磁转矩,驱动转子转动。转子本身不直接接电源,全靠电磁感应获得电流。

无线电通信(radio communication)同样建立在电磁感应基础上。发射端交变电流在天线中产生变化的电磁场,以电磁波形式辐射出去;接收端天线处在电磁波的变化电磁场中,感应出交变电动势和电流,还原出信号。天线接收信号本质上就是变化磁场(电磁场)在导体中感应出电动势的过程。

电磁感应还可以细分为自感与互感。自感是线圈自身电流变化时在自己内部感应出电动势,前面讲到的继电器线圈关断反电动势就是自感;互感是一个线圈的磁通穿过另一个线圈,在后者中感应出电动势,变压器就是互感的应用。此外,交变磁场在整块导体中感应出的环状电流叫涡流,涡流有热效应,被用来做感应加热,也因其损耗需要在变压器铁芯里用硅钢片叠压来抑制。这些都属于电磁感应现象。

逐项辨析

选项 A 变压器,初级交变磁通在次级感应出电动势实现变压,应用电磁感应,正确。

选项 B 发电机,导体切割磁力线、磁通变化感应出电动势,应用电磁感应,正确。

选项 C 交流异步电动机,旋转磁场在转子中感应电流并产生转矩,应用电磁感应,正确。

选项 D 无线电通信,接收天线在电磁波的变化电磁场中感应出信号,应用电磁感应,正确。四项全部成立,故全选。

易混淆点

要把电磁感应与静电感应区分开。静电感应是带电体靠近导体时,导体内部电荷重新分布的现象,属于静电场问题,不涉及"变化的磁场"。电磁感应则要求磁场随时间变化或导体相对磁场运动,产生的是持续可用的电动势。两者都叫"感应",物理机制完全不同。

还要注意直流电动机与交流异步电动机的区别:直流电机靠换向器不断改变电流方向来维持转矩,转子本身通过电刷直接通电;而交流异步电动机的转子不接电源,电流完全由旋转磁场感应产生,才更典型地依赖电磁感应。考"感应"时,认准异步电动机。

应试要点

电磁感应的判定标准是"变化的磁通产生感应电动势"。变压器(互感)、发电机(切割磁力线)、交流异步电动机(转子感应电流)、无线电通信(天线感应电磁波)四者都满足。见到"磁通变化、导体切割、转子感应、天线接收"这些线索,就锁定电磁感应。

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