2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（5大题型）-2024-2025学年高二物理同步题型分类讲与练（人教版2019选择性必修第二册）

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 知识点1 电磁感应现象中的感生电场 1、感生电场 （1）定义：场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。 （2）方向判断：与判断感应电流方向的方法相同，依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律和安培定则来进行判断，闭合环形回路（可假定存在）的电流方向就表示感生电场的方向。 2、感生电动势 （1）定义：磁场变化时会在空间激发感生电场，处在感生电场中的闭合导体中的自由电荷在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，或者说，导体中产生了感应电动势由感生电场产生的电动势叫作感生电动势。 （2）大小和方向 ①大小：。 ②方向：感生电动势的方向与感生电场（即感应电流的方向）一致，由楞次定律判定。 3、电子感应加速器 原理：上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。 磁场方向由下向上，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。根据次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁线圈中的电流应该由小变大。 知识点2 涡流 1、涡流的产生 当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，穿过附近的导体的磁通量发生变化，导体内会产生感应电流，如图中的虚线所示。这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，叫作涡电流，简称涡流。 2、涡流的特点 （1）磁场变化越快（越大），导体的横截面积越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。 （2）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循电磁感应定律。 3、涡流的利用和防止 （1）涡流的利用 ①涡流热效应的利用，如真空冶炼炉、家用电磁炉； ②涡流磁效应的利用，如探雷器、安检门。 （2）涡流的防止 ①危害：在各种电动机、变压器中，涡流是非常有害的。涡流会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废；涡流发热要消耗额外的能量，使电动机、变压器的效率降低。 ②防止：把硅钢轧制成很薄的板材，板材外涂以绝缘材料，再把板材叠放在一起，制成铁芯。这样，涡流被限制在薄片之内，由于回路的电阻很大，涡流大大减弱，由于涡流而损失的能量大大降低另外，硅钢电阻率较大，也可以进一步减少涡流造成的能量损失。 知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 1、电磁阻尼 （1）定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 （2）应用：电磁阻尼有很多应用。使用磁电式电表进行测量时，由于指针转动轴的摩擦力矩很小，若不采取措施，线圈及指针将会在指示值附近来回摆动，不易稳定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼力矩，以使线圈迅速稳定在指示值的位置，电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼原理制成的。 2、电磁驱动 （1）电磁驱动的产生：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。 （2）电磁驱动的原因分析：当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于如图所示的初始位置时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了。根据楞次定律可知，此时线圈中就有感应电流产生以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着同向转动起来。 3、电磁驱动的应用 在实际生活中，电磁驱动的应用很广泛，家庭中用的电能表，汽车上用的电磁式速度表以及感应电动机等，都是利用电磁驱动原理制成的。 1、感生电场与静电场的不同 （1）产生条件不同：静电场是由电荷激发的，而感生电场是由变化的磁场激发的。 （2）描述电场的电场线特点不同：静电场的电场线不闭合，总是始于正电荷或无限远处，终止于无限远处或负电荷，不闭合也不相交；而感生电场的电场线是闭合曲线，没有起点与终点，这种情况与磁场中的磁感线类似，所以感生电场又称为涡旋电场。 （3）电场对电荷做功不同：电荷在静电场中沿闭合路径移动一周时，电场力所做的功为零，即静电力做功与路径无关；而电荷在感生电场中沿闭合路径移动一周时，电场力所做的功不为零，即感生电场中的电场力做功与路径有关。 （4）电场方向及判断方法不同：静电场方向与正电荷所受电场力方向一致，沿电场线的切线方向；感生电场方向是根据磁场的变化情况由楞次定律结合安培定则判断的.如图所示，磁感应强度B增强，假定在磁场周围有一个闭合回路，由楞次定律可知回路中感应电流产生的磁场方向向下，由安培定则可判断出电流方向为顺时针方向（俯视），则感生电场方向也为顺时针方向。 2、感生电动势与动生电动势的比较 感生电动势 动生电动势 成因 线圈不动，磁场随时间变化时在线圈中产生的电动势 磁场不变，由导体切割磁感线而产生的电动势 产生原因不同 磁场的变化 导体做切割磁感线运动 移动电荷的非静电力不同 感生电场对自由电荷的电场力 导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力 回路中相当于电源的部分 处于变化磁场中的线圈部分 做切割磁感线运动的导体 ∆Φ产生的原因 磁场变化产生电动势，∆Φ是磁场变化而产生的 导体运动产生电动势，∆Φ是回路的面积发生变化而产生的 方向判断方法 由楞次定律判断 通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断 大小计算方法 由计算，也可由计算 题型1 对感生电场和感生电动势的理解 【例1】（24-25高三上·重庆·月考）如图1所示，一半径为r的单匝圆形铜线圈固定在纸面内，处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小B随时间t变化的规律如图2所示。下列关于该线圈中的感应电流方向与感应电动势大小的说法，正确的是（　　） A．顺时针方向， B．顺时针方向， C．逆时针方向， D．逆时针方向． 【变式1-1】（2024·江西·一模）如图，一正方形金属线圈用绝缘细绳悬挂于O点，线圈的匝数为n、边长为a、总质量为m、总电阻为r，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。时间内，磁感应强度的方向始终垂直线圈平面向里，大小由B均匀增加到2B，绳子始终保持绷紧状态，重力加速度大小为g，则这段时间内，下列说法正确的是（    ） A．金属线圈中电流大小恒为 B．金属线圈中电流方向为顺时针 C．金属线圈受到安培力保持不变 D．绳子受到拉力小于金属线圈重力mg，并逐渐减小 【变式1-2】（23-24高二下·湖北武汉·期中）如图所示，A、B两个闭合线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，半径rA=2rB，图示区域内有匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀减小。A、B线圈中产生的感应电动势和感应电流之比分别为（    ） A．4：1，2：1 B．2：1，1：1 C．4：1，1：2 D．1：2，1：1 【变式1-3】（23-24高二下·河南平顶山·月考）如图所示，半径为的虚线圆形边界内（包括边界）存在与边界垂直的匀强磁场，其磁感应强度大小与时间的关系式为（且为常量）。单位长度电阻为的正方形金属回路正好与虚线圆形边界相切，则回路中的感应电流为（　　） A． B． C． D． 【变式1-4】（2024·河北唐山·一模）用一条均匀直导线绕成如图所示的闭合回路，平行纸面放置，小圆环半径为R，大圆环半径为4R，整个回路处于垂直纸面向外的磁场中，磁场强度大小随时间的变化规律为，则闭合回路产生的感应电动势大小为（　　） A． B． C． D． 题型2 感生电动势和动生电动势的综合应用 【例2】（22-23高三下·全国·月考）间距为L、电阻不计的光滑平行金属导轨水平放置，左端接有阻值为3R的定值电阻，与导轨垂直的边界MN右侧存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，俯视图如图所示，磁感应强度随时间变化的关系为（），在时刻，长度为L、电阻为R的金属棒，在外力作用下从MN处以速度向右做匀速运动，金属棒始终与导轨垂直且接触良好，则在时刻，MN两端的电势差为（    ） A． B． C． D． 【变式2-1】（多选）（2023·黑龙江哈尔滨·一模）如图甲所示，两根固定的平行金属导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，导轨间距0.4 m，每根导轨单位长度的电阻为0.01Ω／m。均匀变化的磁场垂直于导轨平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。t＝0时刻有一电阻不计的金属杆从P、Q端以1.0m／s的速度匀速运动，滑动过程中保持与导轨垂直，则（　　） A．0.5s末回路中电动势为4×10－3 V B．0.5s末回路电功率为1.6×10－3 W C．1s末穿过回路的磁通量为8×10－3 Wb D．1s末金属杆所受安培力大小为6.4×10－3N 【变式2-2】（23-24高二下·云南昆明·月考）如图所示，一金属导线单位长度的电阻为，折成等腰直角三角形线框，直角边长为a，在t=0时刻线框从图示位置开始以速度v匀速进入按规律变化的均匀磁场中，其中k为大于零的常数，当线框的水平直角边有一半进入磁场时，求： （1）线框产生的动生电动势； （2）线框产生的感生电动势； （3）线框内的电流。 【变式2-3】（2024·贵州遵义·模拟预测）如图甲所示，间距为0.2m的平行虚线PQ与MN间有沿水平方向的匀强磁场，磁场磁感应强度大小随时间变化规律如图乙所示，电阻为的矩形金属线框abcd竖直放置，ab边在磁场下方、cd在磁场上方，磁场与线框平面垂直，在t=0时刻，由静止释放线框，线框运动过程中始终在同一竖直面内，且ab边始终水平，线框cd边在时刻进入磁场并刚好能匀速通过磁场，cd边长为0.2m，重力加速度为10m/s2，求： （1）线框的质量； （2）整个过程线框中产生的焦耳热。 题型3 涡流的产生、防止与应用 【例3】（23-24高二下·全国·单元测试）“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，封口机内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，铝箔材料瞬间产生大量小涡流，并快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列说法正确的是（　　） A．封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B．该封口机可用干电池作为电源 C．若封口过程中封口材料温度过高，可通过适当降低所通电流的频率来解决 D．该封口机适用于玻璃、塑料、金属等多种材质的容器封口 【变式3-1】（23-24高二下·江西·期中）感应加热表面淬火是利用电磁感应原理，将工件置于感应线圈中，向线圈通入交流电时，工件中将出现涡流，在很短时间内，工件表面温度可以达到淬火温度，立即冷却使工件表面淬火。下列关于工件加热过程中说法正确的是（　　） A．工件中磁通量保持不变 B．工件中出现的涡流方向不变 C．工件中出现的是交流电，其频率小于感应线圈中通入交流电的频率 D．在感应线圈中通入的交流电峰值不变的情况下，频率越高，工件中的感应电流越大 【变式3-2】（23-24高二下·内蒙古赤峰·期末）为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼”来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案。甲方案：在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于铝板中间；乙方案：在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于铝框中间。下列说法正确的是（    ） A．甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流 B．甲方案中，铝板摆动时能产生涡流，起到电磁阻尼的作用 C．乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流 D．乙方案比甲方案更合理 【变式3-3】（23-24高二下·江西上饶·期末）学完电磁感应涡流的知识后，某个同学回家制作了一个简易加热器，如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的是（　　） A．将金属杯换为陶瓷杯 B．增加线圈的匝数 C．取走线圈中的铁芯 D．将交流电源换成电动势更大的直流电源 【变式3-4】（23-24高二下·全国·单元测试）电磁炉（图甲）是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学依据电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图乙所示。在线圈上放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（　　） A．家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物 B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差 C．简易电磁炉工作时，利用自感产生的电流来加热水 D．仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间 【变式3-5】（多选）（24-25高二上·全国·课后作业）金属探测器利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流，从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致探测器发出蜂鸣声而报警。下列说法正确的是（　　） A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物体上方不停地晃动 B．待检测物体内部产生“涡流”（感应电流）时，探测器可能静止在待检测物体上方 C．若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D．若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为待检测物体中含有极少能够自由移动的带电粒子 题型4 电磁阻尼的应用 【例4】（23-24高二下·浙江台州·期中）实验室常用的电流表是磁电式仪表其构造如图甲所示，圆柱形软铁（铁芯）固定于蹄形磁铁两极靴间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有能绕轴转动的铝框，线圈缠绕在铝框上，铝框的转轴上装有指针和螺旋弹簧（游丝），如图乙所示。图丙是线圈在通电后的正视图，关于磁电式电流表，以下说法不正确的是（  ） A．若线圈中通以如图丙所示的电流（右侧是）时，此时线圈将沿顺时针方向转动 B．在线圈转动范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关 C．用塑料框代替铝框，在使用电表时可以使指针更迅速稳定在示数位置上 D．在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起，能有效地减小线圈摆动，以防止电表受损 【变式4-1】（24-25高三上·云南普洱·月考）如图为上海中心大厦的上海慧眼阻尼器。质量块和吊索构成一个巨型复摆，质量块下方有一圆盘状的大型电磁铁，大厦产生晃动时，复摆与主体做相同晃动，电磁铁通电后，质量块中会产生涡流，受到电磁阻尼作用，减弱大楼的晃动，保持大厦的稳定和安全。下列说法正确的是（　　） A．阻尼过程中，电能转化为动能 B．涡流的大小与质量块摆动速度有关 C．改变电磁铁中电流方向，质量块不会受到电磁阻尼作用 D．质量块受到的电磁阻力与电磁铁的磁场强弱无关 【变式4-2】（24-25高二下·全国·课后作业）2021年7月25日，台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示为该阻尼器的简化图，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块在导体板上方摆动时，导体板内产生涡电流。下列说法正确的是（    ） A．阻尼器摆动时产生的涡电流，源于外部电源 B．阻尼器最终将机械能转化成为内能 C．导体板电阻率越大，涡电流越大 D．导体板上的涡电流的大小与质量块的摆动速率无关 【变式4-3】（23-24高二下·浙江宁波·期末）一辆货车将若干电流表运往宁波某中学（右图为电流表内部结构），为了防止在运送过程中电流表指针的晃动，现用导线将两个接线柱连接起来，请问连接哪两个接线柱效果最佳（    ） A．连接接线柱“-”与接线柱“0.6” B．连接接线柱“-”与接线柱“3” C．连接接线柱“0.6”与接线柱“3” D．把接线柱“0.6”接地 【变式4-4】（多选）（24-25高三上·广东广州·月考）为防止意外发生，游乐场等大型设施都配备有电磁阻尼装置，如图所示为某款阻尼缓冲装置的原理示意图：带有光滑轨道的机械主体，能产生垂直缓冲轨道平面的匀强磁场，边缘绕有闭合矩形线圈abcd的高强度缓冲滑块撞到竖直墙时，被瞬间强制制动，机械主体以及磁场由于惯性继续缓冲减速，对缓冲过程，下列说法正确的是（　　） A．线圈bc段受到向右的安培力 B．同一匝线圈中b端的电势高于c端的电势 C．线圈ab段中电流方向为由b到a D．若磁场反向，则装置仍然能起到缓冲作用 题型5 电磁驱动的应用 【例5】（23-24高二下·广东珠海·期末）如图甲所示是一个“简易电动机”，一节5号干电池的正极向上，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框，线框上端的弯折位置与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示，关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　） A．线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系 B．从上往下看，该“简易电动机”顺时针旋转 C．其工作原理是导线切割磁感线产生感应电流从而使导线框受到安培力而转动 D．电池消耗的电能全部转化为线框的动能 【变式5-1】（23-24高二下·江苏连云港·期中）如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来。下列判断中正确的是（　　） A．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转 B．线框能旋转起来，是因为电磁感应 C．电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的大 【变式5-2】（2023·黑龙江齐齐哈尔·三模）发电机是把机械能转化为电能的装置，其他动力作为机械驱动，对如图甲、乙所示的两类发电机，下列说法正确的是（　　） A．有一种发电机并不满足法拉第电磁感应定律 B．图甲是旋转电枢式发电机，图乙是旋转磁极式发电机 C．图甲所示的发电机可输出几千伏到几万伏的高压 D．发电机在实际运行过程中将机械能转化为电能的效率可达 24．（23-24高二下·甘肃武威·开学考试）如图所示为电磁驱动的简易图，永久磁体转动起来后对铝盘产生安培力，最后指针指在某一位置。下列说法正确的是（　　） A．永久磁体转动时，铝盘的转动方向可能与永久磁体的转动方向相反 B．铝盘转动的角速度一定小于永久磁体的角速度 C．该装置是将磁场能转化为电能 D．如果忽略一切摩擦，永久磁体停止转动后，铝盘将一直转动下去 【变式5-3】（22-23高二上·广东广州·期末）电磁驱动技术在生活生产、科研和军事中应用广泛。如图所示为一电磁驱动模型，在水平面上固定有两根足够长的平行轨道。轨道左端接有阻值为R的电阻，轨道电阻不计、间距为L，虚线区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直轨道平面向下。长度为L，质量为m、电阻为r的金属棒ab静置于导轨上，金属棒与导轨间的最大静摩擦力大小为，当磁场以速度v水平向右匀速移动时，下列说法中正确的是（　　） A．金属棒中感应电流的方向为从b到a B．金属棒被驱动后做水平向右的匀加速直线运动 C．金属棒受到安培力所做的功等于回路中产生的焦耳热 D．若磁场区域足够大，金属棒最终在磁场中达到稳定状态时的速度小于ν 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 知识点1 电磁感应现象中的感生电场 1、感生电场 （1）定义：场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。 （2）方向判断：与判断感应电流方向的方法相同，依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律和安培定则来进行判断，闭合环形回路（可假定存在）的电流方向就表示感生电场的方向。 2、感生电动势 （1）定义：磁场变化时会在空间激发感生电场，处在感生电场中的闭合导体中的自由电荷在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，或者说，导体中产生了感应电动势由感生电场产生的电动势叫作感生电动势。 （2）大小和方向 ①大小：。 ②方向：感生电动势的方向与感生电场（即感应电流的方向）一致，由楞次定律判定。 3、电子感应加速器 原理：上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。 磁场方向由下向上，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。根据次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁线圈中的电流应该由小变大。 知识点2 涡流 1、涡流的产生 当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，穿过附近的导体的磁通量发生变化，导体内会产生感应电流，如图中的虚线所示。这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，叫作涡电流，简称涡流。 2、涡流的特点 （1）磁场变化越快（越大），导体的横截面积越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。 （2）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循电磁感应定律。 3、涡流的利用和防止 （1）涡流的利用 ①涡流热效应的利用，如真空冶炼炉、家用电磁炉； ②涡流磁效应的利用，如探雷器、安检门。 （2）涡流的防止 ①危害：在各种电动机、变压器中，涡流是非常有害的。涡流会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废；涡流发热要消耗额外的能量，使电动机、变压器的效率降低。 ②防止：把硅钢轧制成很薄的板材，板材外涂以绝缘材料，再把板材叠放在一起，制成铁芯。这样，涡流被限制在薄片之内，由于回路的电阻很大，涡流大大减弱，由于涡流而损失的能量大大降低另外，硅钢电阻率较大，也可以进一步减少涡流造成的能量损失。 知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 1、电磁阻尼 （1）定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 （2）应用：电磁阻尼有很多应用。使用磁电式电表进行测量时，由于指针转动轴的摩擦力矩很小，若不采取措施，线圈及指针将会在指示值附近来回摆动，不易稳定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼力矩，以使线圈迅速稳定在指示值的位置，电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼原理制成的。 2、电磁驱动 （1）电磁驱动的产生：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。 （2）电磁驱动的原因分析：当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于如图所示的初始位置时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了。根据楞次定律可知，此时线圈中就有感应电流产生以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着同向转动起来。 3、电磁驱动的应用 在实际生活中，电磁驱动的应用很广泛，家庭中用的电能表，汽车上用的电磁式速度表以及感应电动机等，都是利用电磁驱动原理制成的。 1、感生电场与静电场的不同 （1）产生条件不同：静电场是由电荷激发的，而感生电场是由变化的磁场激发的。 （2）描述电场的电场线特点不同：静电场的电场线不闭合，总是始于正电荷或无限远处，终止于无限远处或负电荷，不闭合也不相交；而感生电场的电场线是闭合曲线，没有起点与终点，这种情况与磁场中的磁感线类似，所以感生电场又称为涡旋电场。 （3）电场对电荷做功不同：电荷在静电场中沿闭合路径移动一周时，电场力所做的功为零，即静电力做功与路径无关；而电荷在感生电场中沿闭合路径移动一周时，电场力所做的功不为零，即感生电场中的电场力做功与路径有关。 （4）电场方向及判断方法不同：静电场方向与正电荷所受电场力方向一致，沿电场线的切线方向；感生电场方向是根据磁场的变化情况由楞次定律结合安培定则判断的.如图所示，磁感应强度B增强，假定在磁场周围有一个闭合回路，由楞次定律可知回路中感应电流产生的磁场方向向下，由安培定则可判断出电流方向为顺时针方向（俯视），则感生电场方向也为顺时针方向。 2、感生电动势与动生电动势的比较 感生电动势 动生电动势 成因 线圈不动，磁场随时间变化时在线圈中产生的电动势 磁场不变，由导体切割磁感线而产生的电动势 产生原因不同 磁场的变化 导体做切割磁感线运动 移动电荷的非静电力不同 感生电场对自由电荷的电场力 导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力 回路中相当于电源的部分 处于变化磁场中的线圈部分 做切割磁感线运动的导体 ∆Φ产生的原因 磁场变化产生电动势，∆Φ是磁场变化而产生的 导体运动产生电动势，∆Φ是回路的面积发生变化而产生的 方向判断方法 由楞次定律判断 通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断 大小计算方法 由计算，也可由计算 题型1 对感生电场和感生电动势的理解 【例1】（24-25高三上·重庆·月考）如图1所示，一半径为r的单匝圆形铜线圈固定在纸面内，处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小B随时间t变化的规律如图2所示。下列关于该线圈中的感应电流方向与感应电动势大小的说法，正确的是（　　） A．顺时针方向， B．顺时针方向， C．逆时针方向， D．逆时针方向． 【答案】A 【解析】由题图2可知，穿过圆形铜线圈的磁感应强度随时间逐渐增大，由楞次定律和安培定则可知，该线圈中的感应电流沿顺时针方向；又由法拉第电磁感应定律可得感应电动势大小为 故选A。 【变式1-1】（2024·江西·一模）如图，一正方形金属线圈用绝缘细绳悬挂于O点，线圈的匝数为n、边长为a、总质量为m、总电阻为r，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。时间内，磁感应强度的方向始终垂直线圈平面向里，大小由B均匀增加到2B，绳子始终保持绷紧状态，重力加速度大小为g，则这段时间内，下列说法正确的是（    ） A．金属线圈中电流大小恒为 B．金属线圈中电流方向为顺时针 C．金属线圈受到安培力保持不变 D．绳子受到拉力小于金属线圈重力mg，并逐渐减小 【答案】D 【解析】A．根据题意，由法拉第电磁感应定律有 又有 联立解得 感应电流为 故A错误； B．根据楞次定律，可知金属线圈中电流方向为逆时针，故B错误； C．根据，可知金属线圈受到安培力将增大，故C错误； D．根据平衡条件可得 则绳子受到拉力小于金属线圈重力mg，增大，故减小，故D正确。 故选D。 【变式1-2】（23-24高二下·湖北武汉·期中）如图所示，A、B两个闭合线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，半径rA=2rB，图示区域内有匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀减小。A、B线圈中产生的感应电动势和感应电流之比分别为（    ） A．4：1，2：1 B．2：1，1：1 C．4：1，1：2 D．1：2，1：1 【答案】A 【解析】感应电动势 所以 所以 故选A。 【变式1-3】（23-24高二下·河南平顶山·月考）如图所示，半径为的虚线圆形边界内（包括边界）存在与边界垂直的匀强磁场，其磁感应强度大小与时间的关系式为（且为常量）。单位长度电阻为的正方形金属回路正好与虚线圆形边界相切，则回路中的感应电流为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】法拉第电磁感应定律可得 金属框的总长度为 金属框的电阻为 金属框的电流为 联立解得 故选A。 【变式1-4】（2024·河北唐山·一模）用一条均匀直导线绕成如图所示的闭合回路，平行纸面放置，小圆环半径为R，大圆环半径为4R，整个回路处于垂直纸面向外的磁场中，磁场强度大小随时间的变化规律为，则闭合回路产生的感应电动势大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】由法拉第电磁感应定律 根据楞次定律可知，三个小圆环中的感应电动势与大圆环中的感应电动势方向相反，可知回路中产生的感应电动势 故选C。 题型2 感生电动势和动生电动势的综合应用 【例2】（22-23高三下·全国·月考）间距为L、电阻不计的光滑平行金属导轨水平放置，左端接有阻值为3R的定值电阻，与导轨垂直的边界MN右侧存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，俯视图如图所示，磁感应强度随时间变化的关系为（），在时刻，长度为L、电阻为R的金属棒，在外力作用下从MN处以速度向右做匀速运动，金属棒始终与导轨垂直且接触良好，则在时刻，MN两端的电势差为（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】由题可知，时刻磁感应强度 则时刻导体棒向右切割磁感线产生的电动势大小为 由右手定则可知导体棒的下端为高电势。 由磁感应强度的变化引起的磁通量的变化，产生的感应电动势大小为 由楞次定律可知导体棒的上端为高电势。 可得导体棒两端产生的感应电动势大小为 则MN两端的电势差为 故选C。 【变式2-1】（多选）（2023·黑龙江哈尔滨·一模）如图甲所示，两根固定的平行金属导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，导轨间距0.4 m，每根导轨单位长度的电阻为0.01Ω／m。均匀变化的磁场垂直于导轨平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。t＝0时刻有一电阻不计的金属杆从P、Q端以1.0m／s的速度匀速运动，滑动过程中保持与导轨垂直，则（　　） A．0.5s末回路中电动势为4×10－3 V B．0.5s末回路电功率为1.6×10－3 W C．1s末穿过回路的磁通量为8×10－3 Wb D．1s末金属杆所受安培力大小为6.4×10－3N 【答案】CD 【解析】A．导体棒在0.5s时电动势为 A错误； B．导体棒在0.5s时电功率为 B错误； C．磁通量的变化量为 C正确； D．1s末金属杆电流大小 因此安培力大小 D正确。 故选CD。 【变式2-2】（23-24高二下·云南昆明·月考）如图所示，一金属导线单位长度的电阻为，折成等腰直角三角形线框，直角边长为a，在t=0时刻线框从图示位置开始以速度v匀速进入按规律变化的均匀磁场中，其中k为大于零的常数，当线框的水平直角边有一半进入磁场时，求： （1）线框产生的动生电动势； （2）线框产生的感生电动势； （3）线框内的电流。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】（1）当线框的水平直角边有一半进入磁场时，磁感应强度为 则线框产生的动生电动势为 整理得 （2）当线框的水平直角边有一半进入磁场时，磁场中的面积为 则线框产生的感生电动势为 联立解得 （3）当线框的水平直角边有一半进入磁场时，线框的感应电动势为 线框中的感应电流为 此时线框总电阻 联立解得 【变式2-3】（2024·贵州遵义·模拟预测）如图甲所示，间距为0.2m的平行虚线PQ与MN间有沿水平方向的匀强磁场，磁场磁感应强度大小随时间变化规律如图乙所示，电阻为的矩形金属线框abcd竖直放置，ab边在磁场下方、cd在磁场上方，磁场与线框平面垂直，在t=0时刻，由静止释放线框，线框运动过程中始终在同一竖直面内，且ab边始终水平，线框cd边在时刻进入磁场并刚好能匀速通过磁场，cd边长为0.2m，重力加速度为10m/s2，求： （1）线框的质量； （2）整个过程线框中产生的焦耳热。 【答案】（1）；（2） 【解析】（1）已知平行虚线间距，，cd边长。在线框的速度 此时产生电动势 电流 由受力平衡得 代入数据得线框的质量 （2）内线框中产生的电动势 内线框中产生的热量 线框cd边匀速通过磁场过程中，由能量守恒可知，重力势能的减少量转化为线框中的焦耳热 整个过程线框中产生的焦耳热 题型3 涡流的产生、防止与应用 【例3】（23-24高二下·全国·单元测试）“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，封口机内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，铝箔材料瞬间产生大量小涡流，并快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列说法正确的是（　　） A．封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B．该封口机可用干电池作为电源 C．若封口过程中封口材料温度过高，可通过适当降低所通电流的频率来解决 D．该封口机适用于玻璃、塑料、金属等多种材质的容器封口 【答案】C 【解析】A．涡流只能在导体材料中产生，A错误； B．穿过导体的磁通量发生变化才能产生涡流，而干电池产生的是恒定电流，恒定电流的磁场不变，不能产生涡流，不能用干电池作为电源，B错误； C．所通电流的频率降低时，穿过封口铝箔材料的磁通量变化率变小，产生的涡流变小，则温度降低，C正确； D．金属容器中也会产生涡流，故不适用于金属容器的封口，D错误。 故选C。 【变式3-1】（23-24高二下·江西·期中）感应加热表面淬火是利用电磁感应原理，将工件置于感应线圈中，向线圈通入交流电时，工件中将出现涡流，在很短时间内，工件表面温度可以达到淬火温度，立即冷却使工件表面淬火。下列关于工件加热过程中说法正确的是（　　） A．工件中磁通量保持不变 B．工件中出现的涡流方向不变 C．工件中出现的是交流电，其频率小于感应线圈中通入交流电的频率 D．在感应线圈中通入的交流电峰值不变的情况下，频率越高，工件中的感应电流越大 【答案】D 【解析】A．根据楞次定律，工件中出现涡流，磁通量必然变化，故A错误； BC．由于感应线圈中通入的是交流电，根据楞次定律可得工件中出现的涡流方向周期性变化，工件中出现的是交流电，其频率等于感应线圈中通入交流电的频率，故BC错误； D．根据法拉第电磁感应定律，在峰值不变的情况下，可得感应线圈中通入交流电的频率越高，磁通量的变化率越大，感应电动势越大，感应电流越大，故D正确。 故选D。 【变式3-2】（23-24高二下·内蒙古赤峰·期末）为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼”来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案。甲方案：在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于铝板中间；乙方案：在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于铝框中间。下列说法正确的是（    ） A．甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流 B．甲方案中，铝板摆动时能产生涡流，起到电磁阻尼的作用 C．乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流 D．乙方案比甲方案更合理 【答案】B 【解析】AB．甲方案中，铝板摆动时，扇形铝板的半径切割磁感应线，在铝板内产生涡流，起电磁阻尼的作用，指针能很快停下来，故A错误，B正确； CD．乙方案中，当指针偏转角度较小时，铝框中磁通量不变，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，因此，甲方案更合理，故CD错误。 故选B。 【变式3-3】（23-24高二下·江西上饶·期末）学完电磁感应涡流的知识后，某个同学回家制作了一个简易加热器，如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的是（　　） A．将金属杯换为陶瓷杯 B．增加线圈的匝数 C．取走线圈中的铁芯 D．将交流电源换成电动势更大的直流电源 【答案】B 【解析】A．将金属杯换为陶瓷杯，陶瓷杯不产生感应电流，不会产生涡流，无法加热杯内的水，A不符合题意； B．由法拉第电磁感应定律可知，增加线圈的匝数，可以提高金属杯产生的感应电动势，进而增大金属杯的感应电流，提高加热功率，则可以缩短加热时间，B符合题意； C．取走线圈中的铁芯，线圈产生的磁场减弱，金属杯产生的感应电动势减小，进而金属杯的感应电流减小，加热功率减小，则会增加加热时间，C不符合题意； D．将交流电源换成电动势更大的直流电源，线圈不产生变化的磁场，金属杯不会产生感应电流，不会产生涡流，D不符合题意； 故选B。 【变式3-4】（23-24高二下·全国·单元测试）电磁炉（图甲）是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学依据电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图乙所示。在线圈上放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（　　） A．家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物 B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差 C．简易电磁炉工作时，利用自感产生的电流来加热水 D．仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间 【答案】D 【解析】A．家用电磁炉工作时，通过锅体的磁通量发生变化，锅体中会产生涡流，利用涡流的热效应来加热食物或者水，故A错误； B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷中不能产生涡流，铁中能产生涡流，故B错误； C．简易电磁炉工作时，金属杯中会产生涡流，利用涡流的热效应来加热水，故C错误； D．仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，通过金属杯的磁通量变化率增大，感应电动势增大，感应电流增大，电功率增大，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间，故D正确。 故选D。 【变式3-5】（多选）（24-25高二上·全国·课后作业）金属探测器利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流，从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致探测器发出蜂鸣声而报警。下列说法正确的是（　　） A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物体上方不停地晃动 B．待检测物体内部产生“涡流”（感应电流）时，探测器可能静止在待检测物体上方 C．若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D．若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为待检测物体中含有极少能够自由移动的带电粒子 【答案】BD 【解析】AB．因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生高速变化的磁场，故即使探测器静止在待检测物体的上方，待检测物体中依然有感应电流产生，故A错误，B正确； CD．因为塑料制品为绝缘体，导电性能极差，塑料制品内部含有极少可自由移动的电荷，使得待检测物体中感应电流太小不能引起报警，检测区域中有磁通量变化，故C错误，D正确。 故选BD。 题型4 电磁阻尼的应用 【例4】（23-24高二下·浙江台州·期中）实验室常用的电流表是磁电式仪表其构造如图甲所示，圆柱形软铁（铁芯）固定于蹄形磁铁两极靴间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有能绕轴转动的铝框，线圈缠绕在铝框上，铝框的转轴上装有指针和螺旋弹簧（游丝），如图乙所示。图丙是线圈在通电后的正视图，关于磁电式电流表，以下说法不正确的是（  ） A．若线圈中通以如图丙所示的电流（右侧是）时，此时线圈将沿顺时针方向转动 B．在线圈转动范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关 C．用塑料框代替铝框，在使用电表时可以使指针更迅速稳定在示数位置上 D．在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起，能有效地减小线圈摆动，以防止电表受损 【答案】C 【解析】A．根据左手定则，线圈在安培力的作用下将沿顺时针方向转动，故A正确； B．磁场是均匀辐向分布，根据，则线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关，故B正确； C．用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，通过铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，而塑料骨架达不到此作用，故C错误； D．在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起，在电磁阻尼原理下，能够有效地减小线圈摆动，以防止电表受损，故D正确。 本题选错误的，故选C。 【变式4-1】（24-25高三上·云南普洱·月考）如图为上海中心大厦的上海慧眼阻尼器。质量块和吊索构成一个巨型复摆，质量块下方有一圆盘状的大型电磁铁，大厦产生晃动时，复摆与主体做相同晃动，电磁铁通电后，质量块中会产生涡流，受到电磁阻尼作用，减弱大楼的晃动，保持大厦的稳定和安全。下列说法正确的是（　　） A．阻尼过程中，电能转化为动能 B．涡流的大小与质量块摆动速度有关 C．改变电磁铁中电流方向，质量块不会受到电磁阻尼作用 D．质量块受到的电磁阻力与电磁铁的磁场强弱无关 【答案】B 【解析】A．阻尼过程中涡流产生是质量块的动能转化为电能，故A错误； B．根据法拉第电磁感应定律，感应电动势与磁通量的变化率有关，质量块摆动速度越大，磁通量的变化率越大，感应电动势越大，感应电流越大，故B正确； C．改变电磁铁中电流方向，同样会在质量块中出现涡流，涡流受安培力，阻碍质量块的运动，故C错误； D．根据安培力，可得质量块受到的电磁阻力与电磁铁的磁场强弱有关，故D错误。 故选B。 【变式4-2】（24-25高二下·全国·课后作业）2021年7月25日，台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示为该阻尼器的简化图，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块在导体板上方摆动时，导体板内产生涡电流。下列说法正确的是（    ） A．阻尼器摆动时产生的涡电流，源于外部电源 B．阻尼器最终将机械能转化成为内能 C．导体板电阻率越大，涡电流越大 D．导体板上的涡电流的大小与质量块的摆动速率无关 【答案】B 【解析】A．阻尼器摆动时，永磁铁在导体板上方摆动，磁通量发生变化，从而在导体板内产生涡电流，属于电磁感应现象，A错误； B．通过阻碍质量块和永磁铁的运动，阻尼器将动能转化为电能，并通过电流做功将电能最终转化为内能，B正确； C．导体板电阻率越大，电阻越大，涡电流越小，C错误； D．质量块摆动的速率越大，穿过导体板的磁通量变化越快，产生的感应电动势和涡电流也越大，D错误。 故选B。 【变式4-3】（23-24高二下·浙江宁波·期末）一辆货车将若干电流表运往宁波某中学（右图为电流表内部结构），为了防止在运送过程中电流表指针的晃动，现用导线将两个接线柱连接起来，请问连接哪两个接线柱效果最佳（    ） A．连接接线柱“-”与接线柱“0.6” B．连接接线柱“-”与接线柱“3” C．连接接线柱“0.6”与接线柱“3” D．把接线柱“0.6”接地 【答案】A 【解析】电流表晃动使线圈产生感应电动势，根据电流表内部结构可知，当用导线连接接线柱“-”与接线柱“0.6”时，流过表头的电流最大，阻尼效果最好。 故选A。 【变式4-4】（多选）（24-25高三上·广东广州·月考）为防止意外发生，游乐场等大型设施都配备有电磁阻尼装置，如图所示为某款阻尼缓冲装置的原理示意图：带有光滑轨道的机械主体，能产生垂直缓冲轨道平面的匀强磁场，边缘绕有闭合矩形线圈abcd的高强度缓冲滑块撞到竖直墙时，被瞬间强制制动，机械主体以及磁场由于惯性继续缓冲减速，对缓冲过程，下列说法正确的是（　　） A．线圈bc段受到向右的安培力 B．同一匝线圈中b端的电势高于c端的电势 C．线圈ab段中电流方向为由b到a D．若磁场反向，则装置仍然能起到缓冲作用 【答案】BCD 【解析】AB．缓冲过程中，线圈bc段切割磁感线，根据右手定则，感应电流方向为c到b，故同一匝线圈中b端的电势高于c端的电势，由左手定则可知，线圈bc段受到向左的安培力作用，A错误，B正确； CD．感应电流方向为c到b，b端的电势高于c端的电势，线圈ab段中电流方向为由b到a；磁场反向时，感应电流方向反向，线圈bc段受到的安培力方向仍然向左，仍起到缓冲作用，CD正确。 故选BCD。 题型5 电磁驱动的应用 【例5】（23-24高二下·广东珠海·期末）如图甲所示是一个“简易电动机”，一节5号干电池的正极向上，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框，线框上端的弯折位置与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示，关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　） A．线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系 B．从上往下看，该“简易电动机”顺时针旋转 C．其工作原理是导线切割磁感线产生感应电流从而使导线框受到安培力而转动 D．电池消耗的电能全部转化为线框的动能 【答案】B 【解析】A．线框①、②两部分导线电阻在电路中是并联关系。故A错误； B．线框的上下两条边受到安培力的作用而发生转动的，根据左手定则可以判断从上往下看，线框将做顺时针转动。故B正确； C．电动机的工作原理是通电导线在磁场中受安培力的作用。故C错误； D．电池消耗的电能一部分用于线框发热产生的内能，一部分提供线框的动能。故D错误。 故选B。 【变式5-1】（23-24高二下·江苏连云港·期中）如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来。下列判断中正确的是（　　） A．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转 B．线框能旋转起来，是因为电磁感应 C．电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的大 【答案】A 【解析】AB．由题图可知，圆柱形磁铁产生的磁场为从下端的N极出发，回到磁铁上端的S极；金属导线内的电流方向为从电源的正极流向负极。分析右侧导线框，该线框电流方向为顺时针方向，该区域磁场方向为逆时针方向，画出示意图并根据左手定则可以判断导线框受到垂直于纸面向里的安培力，同理可以判断左侧导线框受到垂直于纸面向外的安培力，故线框能够在安培力的作用下沿逆时针方向旋转，而并不是因为电磁感应，故B错误，A正确。 CD．电池输出的电能转化为线框旋转的机械能以及导线发热两部分，由能量守恒定律知，电池输出的电能大于线框旋转的机械能，再由可知电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率。随着线框由静止开始转动，安培力对外做功消耗电能，当旋转达到稳定时，相当于在电路中串联一个发动机，总等效电阻大于线框自身的电阻，而线框刚开始转动时总电阻即为线框自身的电阻，电池电动势不变，由欧姆定律知此时线框中电流比刚开始转动时的小，故CD错误。 故选A。 【变式5-2】（2023·黑龙江齐齐哈尔·三模）发电机是把机械能转化为电能的装置，其他动力作为机械驱动，对如图甲、乙所示的两类发电机，下列说法正确的是（　　） A．有一种发电机并不满足法拉第电磁感应定律 B．图甲是旋转电枢式发电机，图乙是旋转磁极式发电机 C．图甲所示的发电机可输出几千伏到几万伏的高压 D．发电机在实际运行过程中将机械能转化为电能的效率可达 【答案】B 【解析】A．各种各样的发电机都是磁生电的装置，都满足法拉第电磁感应定律，A错误； B．电枢转动、磁极不动的发电机叫做旋转电枢式发电机，这种发电机的原理如图甲所示，如果磁极转动、电枢不动，线圈内磁通量发生改变，电枢同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机，原理如图乙所示，B正确； C．图甲是旋转电枢式发电机，旋转电枢式发电机输出不超过的电压，C错误； D．发电机在实际运行过程中存在各种能量损耗，主要包括铁芯涡流能量损耗、导线焦耳热损效率不可能达，D错误。 故选B。 24．（23-24高二下·甘肃武威·开学考试）如图所示为电磁驱动的简易图，永久磁体转动起来后对铝盘产生安培力，最后指针指在某一位置。下列说法正确的是（　　） A．永久磁体转动时，铝盘的转动方向可能与永久磁体的转动方向相反 B．铝盘转动的角速度一定小于永久磁体的角速度 C．该装置是将磁场能转化为电能 D．如果忽略一切摩擦，永久磁体停止转动后，铝盘将一直转动下去 【答案】B 【解析】AB．该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘磁场总是阻碍永久磁铁转动，要使减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁铁转动方向与铝盘转动方向相同，且铝盘转动的角速度小于永久磁体的角速度，故A错误，B正确； C．在电磁驱动的过程中，通过安培力做功消耗电能转化为机械能，故C错误； D．当磁铁停止转动后，如果忽略一切摩擦，铝盘速度减小直至停止，故D错误。 故选B。 【变式5-3】（22-23高二上·广东广州·期末）电磁驱动技术在生活生产、科研和军事中应用广泛。如图所示为一电磁驱动模型，在水平面上固定有两根足够长的平行轨道。轨道左端接有阻值为R的电阻，轨道电阻不计、间距为L，虚线区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直轨道平面向下。长度为L，质量为m、电阻为r的金属棒ab静置于导轨上，金属棒与导轨间的最大静摩擦力大小为，当磁场以速度v水平向右匀速移动时，下列说法中正确的是（　　） A．金属棒中感应电流的方向为从b到a B．金属棒被驱动后做水平向右的匀加速直线运动 C．金属棒受到安培力所做的功等于回路中产生的焦耳热 D．若磁场区域足够大，金属棒最终在磁场中达到稳定状态时的速度小于ν 【答案】D 【解析】A．当磁场开始运动后，棒相对于磁场向左运动，由右手定则得，电流从a到b，故A错误； BD．金属棒被驱动意味着做加速运动 由 ，， 得 由左手定则得，棒ab受向右的安培力，当 时，棒ab开始运动，即 得 当棒运动后，设棒相对于磁场向左运动的速度为，由，当减小到 即 时，棒相对于磁场向左匀速运动，即棒以小于v的速度向右匀速直线运动，故B错误，D正确； C．此处能产生感应电流跟安培力做功无关，是因为磁场的匀速运动产生了感应电流，从而产生了焦耳热，故C错误； 故选D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$