电磁感应与STS交汇试题赏析

崔方 傅明峰

高中物理课程标准和高考考纲在关于试题的选择上突出“一道好习题，就是一个科学问题”的理念，强调“应多选择有实际背景或以真实的生活现象为依据的问题，既训练学生的科学思维能力，又联系科学、生产和生活实际（即英文缩写STS）”。电磁感应现象与我们的生活、工业生产、交通运输和航天科技等领域联系密切，彼此交汇即可编制成鲜活的、综合性很强的试题。下面选取几道电磁感应与STS交汇的试题来赏析。一、电磁感应与日常生活相交汇

例1 如图1所示是家庭用的“漏电保护器”的关键部分的原理图，其中P是一个变压器铁芯，入户的两根电线（火线和零线）采用双线绕法，绕在铁芯的一侧作为原线圈，然后再接人户内的用电器，Q是一个脱扣开关的控制部分（脱扣开关本身没有画出，它串联在本图左边的火线和零线上，开关断开时，用户的供电被切断），Q接在铁芯另一侧副线圈的两端a、b之间，当a、b间没有电压时，Q使得脱扣开关闭合，当a、b間有电压时，脱扣开关即断开，使用户的供电被切断。

（1）用户正常用电时，a、b之间

电压（填“有”或“没有”）。

（2）如果某人站在地面上，手误触火线而触电，脱扣开关

断开（填“会”或者“不会”），原因是

。

解析：电磁感应在日常生活中有大量的应用，如录音机、话筒、电磁炉、延时继电器、日光灯等。在解答与之相关的问题时，应该先抽象出物理模型，再根据相应的物理规律解答。求解本题需要先明确线路的绕法，再明确磁通量的变化情况。

（1）用户正常用电时，a、b之间没有电压，因为双线绕成的初级线圈两根导线中的电流总是大小相等而方向相反的，穿过铁芯的磁通量总为零，所以副线圈中不会有感应电动势产生。

（2）人站在地面上手误触火线，电流通过火线和人体而流向大地，不通过零线，这样变压器的铁芯中就会有磁通量的变化，从而使得副线圈中产生感应电动势，脱扣开关就会断开。

点评：很多同学看不懂本题的线路绕法，导致无法解答。对于实际生活情景类的问题，需要先熟读题意，看清图形，再转化为物理模型，从而应用相关的物理规律解答。

二、电磁感应与工业生产相交汇

例2 低频电涡流传感器可用来测量自动化生产线上金属板的厚度。如图2所示，在线圈L1中通以低频交变电流，它周围会产生交变磁场，其正下方有一个与电表连接的线圈L2，金属板置于线圈L1、L2之间。当线圈L1中产生的变化磁场透过金属板时，线圈L2中会产生感应电流。由于金属板的厚度不同，吸收电磁能量的强弱不同，导致线圈L2中，感应电流的强弱不同，则（

）。

A.金属板吸收电磁能量，是由于穿过金属板的磁场发生变化，板中产生涡流

B.金属板越厚，涡流越弱

C.线圈L2中产生的是直流

D.线圈L2中产生的是与线圈L1中同频率的交变电流

解析：当线圈L1中通有交变电流时，根据右手螺旋定则可知，穿过金属板的磁场发生变化，从而…现变化的电场，导致金属板中产生涡流，进而吸收电磁能量，转化成金属板的内能，故选项A正确。金属板越厚，在变化的电场作用下，产生的涡流越强，故选项B错误。根据电磁感应原理可知，线圈L2中产生的是与线圈L1中同频率的交变电流，故选项C错误，D正确。答案为AD。

点评：本题考查电磁感应现象的原理，同学们若能掌握产生涡流的原理，注意板的厚度与涡流的大小关系，结合变压器与电磁炉的工作原理，便能快速而准确地解题。

三、电磁感应与地磁场相交汇

例3 一个电阻为R的长方形线圈abcd沿着磁针所指的南北方向平放在北半球的一个水平桌面上，ab=L1，bc=L2，如图3所示。现突然将线圈翻转180°，使ab与dc互换位置，用冲击电流计测得导线中通过的电荷量为Q1。然后维持ad边不动，将线圈绕ad边转动，使之突然竖直，这次测得导线中通过的电荷量为Q2，试求该处地磁场磁感应强度的大小。四.电磁感应与航天科技相交汇

例4 2013年12月15日4时35分，嫦娥三号着陆器 与巡视器分离，“玉兔号”巡视器顺利驶抵月球表面。如图4所示是嫦娥三号探测器携“玉兔号”奔月过程中某阶段的运

动示意图，关闭动力的嫦娥三号探测器在月球引力作用下向月球靠近，并将沿椭圆轨道在B处变轨进入半径为r的圆轨道I，此时嫦娥三号探测器绕月做圆周运动的周期为T，此后经多次变轨，嫦娥三号探测器停泊在圆轨道Ⅱ上待机着陆，12月11日嫦娥三号探测器从圆轨道Ⅱ上的D点实施变轨，进入椭圆轨道Ⅲ，由近月点C成功落月。嫦娥三号探测器接触月面瞬间的速度为vo，方向竖直向下，大于软着陆速度v1，而月球上没有空气，嫦娥三号探测器在月面实现软着陆非常困难。为此科学家们设计了多种缓冲装置.解析：当嫦娥三号探测器绕圆轨道I运行时，根据月球的万有引力充当向心力列式，可求出月球的质量，进而根据黄金代换公式可求出月球的半径。当探测器接触月面时，滑块K立即停止运动，线圈与轨道间的磁场发生相对运动而产生感应电流，磁场对感应电流产生的安培力阻碍磁场与线圈间的相对运动，为使得探测器做减速运动，其所受的安培力需大于其自身重力，从而实现缓冲。由功能关系可知，线圈产生的焦耳热等于探测器机械能的变化量。

点评：该题考查的内容可以分为两部分。第一部分考查万有引力与航天，求解这类问题的关键是明确万有引力提供向心力，通过相关公式求得中心天体的质量和半径。第二部分考查线圈切割磁感线产生感应电流，而磁场对感应电流产生的安培力阻碍磁场与线圈间的相对运动，使得探测器做减速运动，从而实现缓冲。