2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册创新导学案教用Word（人教版2019）

物理　选择性必修·第二册[RJ] 3．涡流、电磁阻尼和电磁驱动 1．了解感生电场，知道感生电动势产生的原因，了解电子感应加速器的工作原理。2.了解涡流是怎样产生的，通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用，了解涡流的危害及防止。3.了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用。 一　电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场：麦克斯韦认为，磁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．感生电动势：如果感应电动势是由感生电场产生的，它也叫作感生电动势。 3．应用：电子感应加速器。 二　涡流 1．定义：当穿过导体的磁通量发生变化时，由于电磁感应，导体内会产生像水中的漩涡一样的感应电流，我们把它叫作涡电流，简称涡流。 2．应用 (1)涡流热效应的应用：如真空冶炼炉、电磁炉。 (2)涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门。 3．防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。 (1)途径一：增大铁芯材料的电阻率。 (2)途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。 三　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：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数。 四　电磁驱动 1．定义：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．应用：交流感应电动机。 判一判 (1)如果空间不存在闭合电路，变化的磁场周围不会产生感生电场。(　　) (2)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用。(　　) (3)感生电场就是感应电动势。(　　) (4)感生电动势与动生电动势一样，都是由于磁场变化产生的。(　　) (5)铝块靠近磁体时，铝块中不会产生电流。(　　) (6)涡流的方向可用楞次定律判断。(　　) (7)电磁阻尼是楞次定律的一种体现。(　　) (8)电磁驱动中不满足能量的转化与守恒定律。(　　) 提示：(1)×　麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场，与是否存在闭合电路无关。 (2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√ (8)× 探究1　感生电场　涡流 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：静止的自由电荷可能受到什么力而定向运动？ 提示：静止的电荷不可能受洛伦兹力，所以只可能受电场力而运动。 活动2：麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种特殊的感生电场，请利用此假设分析图甲中的现象。 提示：由于磁场变强，磁场周围的空间产生了感生电场，闭合电路导体中的自由电荷在感生电场的作用下定向运动，形成感应电流。 活动3：图甲闭合电路中产生感应电流是因为有感应电动势，哪一种作用扮演了非静电力的角色？ 提示：感生电场是因为磁场变化而激发的，不同于静电场。感生电场对自由电荷的作用充当了非静电力。 活动4：如图乙所示，当整块铁块处在变化的磁场中时，请问铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？ 提示：有。变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，感生电场使铁块中产生感应电流，它的形状像水中的漩涡。 1．感生电场与感生电动势 (1)感生电场与静电场的比较 静电场 感生电场 场源 电荷 变化的磁场 电场线特点 起于正电荷(无限远处)，止于无限远处(负电荷) 封闭环形曲线 (2)感生电动势 某区域产生感生电场时，如果此刻空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，也就是说导体中产生了感应电动势。这种由感生电场产生的感应电动势也叫作感生电动势。 (3)感生电场的独立性与方向 感生电场是否存在仅取决于有无变化的磁场，与是否存在闭合导体无关。但感生电场的方向可借助假定存在的闭合回路由楞次定律判断，感生电场的方向就是此闭合回路中感应电流的方向。 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 产生原因 感生电场 导体做切割磁感线运动 移动自由电荷的非静电力 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 处于变化磁场中的导体回路 做切割磁感线运动的导体 3.感生电场的应用：电子感应加速器 现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示，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。 4．涡流的产生 涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，导体内部可以等效成许许多多的闭合电路，当导体处在变化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，穿过这些闭合电路的磁通量变化，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流，即导体内部产生了涡流。 5．涡流的特点 当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝(U等于感应电动势E)知，金属块的发热功率很大。 6．涡流的应用、防止 (1)涡流的应用 ①用来冶炼合金的真空冶炼炉(图甲) 炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。 ②电磁炉(图乙) 迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的。 ③探雷器、安检门 仪器线圈中有变化的电流，会使周围的金属中感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。 (2)涡流的危害 电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。 (3)涡流的防止 减小涡流的途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 例1　(多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是(　　) A．沿AB方向的磁场在迅速减弱 B．沿AB方向的磁场在迅速增强 C．沿BA方向的磁场在迅速增强 D．沿BA方向的磁场在迅速减弱 [实践探究]　感生电场的方向，就是(假想)________的方向，由此可判断出______________的方向，依据________可判断原磁场的变化情况。 提示：感应电流　感应电流的磁场　楞次定律 [规范解答]　假设存在圆形闭合回路，回路中应产生与电场同向的感应电流，由安培定则，环形感应电流在其轴心处的磁场向下，根据楞次定律，引起感应电流的原因可能是沿AB方向的磁场在迅速减弱，或沿BA方向的磁场在迅速增强，故A、C正确。 [答案]　AC 1．感生电场问题应注意的几个方面 (1)感生电场的电场线是闭合的。 (2)感生电场对电荷也会产生力的作用。 (3)感生电场的存在与电路是否闭合无关。由于感生电场产生感应电动势的导体相当于电源，其电路为内电路，外电路闭合时就会对外电路供电。 2．涡流问题的两点注意 (1)涡流是整块导体内部自身形成闭合回路发生的电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律等。 (2)磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越强。 [变式训练1－1]　(多选)电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，“火力”强劲，安全可靠。图示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是(　　) A．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作 B．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差 C．锅底的涡流方向与线圈平面平行 D．锅底厚一些加热效果更好 答案　ACD 解析　根据电磁炉的工作原理可知，电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，A正确；电磁炉通过在金属锅底部产生无数小涡流而达到加热食物的目的，陶瓷锅或耐热玻璃锅是用绝缘材料制作的，不会产生涡流，从而无法用其加热食物，B错误；通电线圈在锅底处产生的磁场垂直于线圈平面，根据楞次定律与安培定则可知，锅底的涡流方向与线圈平面平行，C正确；锅底较厚时，沿涡流路径的电阻较小，根据P＝，可知相同情况下其发热功率更大，加热效果更好，D正确。 [变式训练1－2]　(多选)如图所示，一个半径为r、电阻恒定的金属圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，已知磁感应强度大小B随时间均匀增大，其变化率为k，元电荷为e，由此可知(　　) A．环所在处的感生电场的方向为顺时针(俯视) B．环所在处的感生电场的电场强度的大小为 C．电子在环中定向移动的速率(宏观)越来越大 D．若一个电子在环上运动一周，则感生电场对电子的作用力所做的功大小是πr2ek 答案　ABD 解析　磁感应强度B随时间均匀增大，根据楞次定律可知，环所在处的感生电场的方向为顺时针(俯视)，A正确；磁感应强度B随时间的变化率为k，故感应电动势为E势＝S＝πr2k，电场强度的大小为E＝，其中d＝2πr，可得E＝，B正确；电子在环中受感生电场的作用加速，受金属离子的阻力而减速，从宏观上来看，电子在环中定向移动的速率不变，故C错误；若一个电子在环上运动一周，则感生电场对电子的作用力所做功的大小是W＝eU＝eE势＝πr2ek，故D正确。 探究2　电磁阻尼与电磁驱动 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图甲，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？ 提示：线圈下边切割磁感线，线圈中产生逆时针方向的感应电流，所以线圈下边受到向上的安培力，即安培力对线圈的运动有阻碍作用。 活动2：如图乙，磁电式仪表的线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。假定仪表工作时指针向右转动，由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力对铝框的转动产生什么影响？ 提示：根据楞次定律的推论“来拒去留”，铝框受到的安培力会阻碍铝框相对磁极的转动。 活动3：如图丙，转动蹄形磁体，铝框也跟着转动，为什么会这样？ 提示：蹄形磁体转动时，磁场相对于铝框转动，穿过铝框的磁通量变化，铝框中就产生了感应电流，因而铝框会受到安培力作用，安培力使铝框运动起来。 电磁阻尼与电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力 效果 安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动 导体所受安培力的方向与磁场运动方向相同，推动导体运动 能量转化 导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能 由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，从而对外做功 相同点 两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动 　电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果——导体的运动速度仍小于磁场的运动速度。 例2　(多选)我们熟知磁体不能吸引金银。但最近媒体报导了几起怪事，有人发现从正规渠道购买的金条能被磁体“吸”得动起来，当强磁体对着金条前后快速移动时，金条被“吸”得前后摆动，于是就怀疑金条有问题，但通过专业检测这些金条都符合国家标准。如图所示，检测员再次用强磁体在金条旁边上下、左右、前后缓慢移动时，未发现金条被吸引的现象，只有在前后快速移动磁体时才发现吸引现象，对此现象下列解释合理的是(　　) A．金条被“吸”是因为手的运动带动空气流动 B．前后快速移动磁体时磁通量变化较快，金条中产生感应电流，从而和磁体发生相互作用，发生摆动 C．前后缓慢移动磁体时，金条中磁通量不发生变化，所以没有感应电流 D．上下或左右缓慢移动磁体时，磁通量变化较慢，金条中感应电流很小，和磁体相互作用很弱，不足以观察到金条摆动 [实践探究]　强磁体在金条旁边前后移动时，金条中会产生感应电流吗？ 提示：穿过金条的磁通量变化，金条中会产生感应电流。 [规范解答]　当磁体快速前后移动时，穿过金条的磁通量变化较快，金条中产生感应电流，从而和磁体发生相互作用，发生摆动，故A错误，B正确；当磁体在金条旁边上下、左右、前后缓慢移动时，穿过金条的磁通量变化较慢，金条中感应电流很小，和磁体相互作用很弱，不足以观察到金条摆动，故C错误，D正确。 [答案]　BD 电磁阻尼、电磁驱动的几点说明 (1)电磁阻尼是感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动，而电磁驱动是感应电流受到的安培力对导体做正功，推动导体运动。 (2)在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向一致，被动部分的速度(或角速度)较小。 (3)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，在这两种现象中可以运用楞次定律的推论分析导体的受力情况，运用动力学知识和能量守恒定律分析导体的运动情况和能量转化情况。 (4)从能量转化的情况看，电磁驱动过程是磁体的机械能先转化为电能，电能再转化为导体的机械能，而电磁阻尼过程是导体的机械能转化成电能，最终转化为内能。 [变式训练2]　(多选)磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，比靠摩擦力刹车更稳定。如图为该新型装置的原理图(从后面朝前看)，过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁体，当过山车进入停车区时，铜片与磁体的相互作用能使过山车很快停下来。下列说法正确的是(　　) A．磁力刹车的过程中动能转化为电能，最终转化成内能 B．将磁极反向，磁体会使过山车加速 C．将铜片换成尺寸相同的铝片，刹车效果会增强 D．过山车的速度越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大 答案　AD 解析　磁力刹车的过程中，铜片穿过磁体时产生感应电流，在磁场中受到安培力作用，阻碍过山车的运动，故磁力刹车的过程中动能转化为电能，最终转化成内能，A正确；将磁极反向，铜片穿过磁体时仍产生感应电流，根据楞次定律的推论“来拒去留”，铜片受到的安培力仍是阻力，仍会使过山车减速，B错误；将铜片换成尺寸相同的铝片，因铝的电阻率较大，导体电阻变大，过山车进入停车区时，速度相同情况下，感应电动势相同，感应电流减弱，安培阻力减小，刹车效果会减弱，C错误；过山车的速度越大，进入停车区时，穿过铜片的磁通量变化越快，感应电动势越大，感应电流越强，安培阻力越大，D正确。 课后课时作业 1．(感生电场的理解)在下列所示的四种磁场中，能产生恒定感生电场的是(　　) 答案　C 解析　要产生恒定的感生电场，则所产生的感应电动势一定是恒定的，由E＝n＝nS可知，磁场必须是均匀变化的，故C正确，A、B、D错误。 2．(涡流的应用)如图所示是冶炼金属的感应炉的示意图，感应炉中装有待冶炼的金属，线圈中通有电流，则(　　) A．感应炉的线圈中必须通有变化的电流，才会产生涡流 B．感应炉的线圈中通有恒定的电流，也可以产生涡流 C．感应炉是利用线圈中电流产生的焦耳热使金属熔化的 D．感应炉是利用线圈中电流产生的磁场使金属熔化的 答案　A 解析　根据电磁感应的条件可知，感应炉的线圈中必须通有变化的电流，才会产生涡流，A正确，B错误；感应炉的线圈中变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场穿过金属，在金属内产生强涡流，涡流产生大量的热使金属熔化，C、D错误。 3．(电磁驱动)如图所示，闭合导线环和条形磁体都可以绕水平的中心轴OO′自由转动，开始时磁体和圆环都静止在竖直平面内，若条形磁体突然绕OO′轴N极向纸里、S极向纸外转动，在此过程中，圆环将(　　) A．产生逆时针方向的感应电流，圆环上端向里、下端向外随磁体转动 B．产生顺时针方向的感应电流，圆环上端向外、下端向里转动 C．产生逆时针方向的感应电流，圆环并不转动 D．产生顺时针方向的感应电流，圆环并不转动 答案　A 解析　磁体转动时，穿过圆环向里的磁通量增加，根据楞次定律，圆环中产生逆时针方向的感应电流。磁体转动时，为阻碍磁通量的变化，圆环与磁体同向转动。故A正确。 4．(电磁阻尼)(多选)如图所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈等距离排列，且与传送带以相同的速度匀速运动。为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带运动方向，根据穿过磁场后线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈。通过观察图示，判断下列说法正确的是(　　) A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈中感应电流方向从上向下看为逆时针 B．若线圈闭合，传送带以较大速度匀速运动时，磁场对线圈的作用力较大 C．从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈 D．从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈 答案　BD 解析　若线圈闭合，进入磁场时，穿过线圈的磁通量向上增大，由楞次定律可知，线圈中的感应电流的磁场方向垂直于传送带向下，所以感应电流的方向从上向下看为顺时针，故A错误；若线圈闭合，根据法拉第电磁感应定律，传送带以较大速度匀速运动时，线圈中产生的感应电动势较大，则感应电流较大，磁场对线圈的作用力较大，故B正确；由题图知第1、2、4、5、6个线圈都向后发生了相对滑动，而第3个线圈没有相对传送带向后滑动，则第3个线圈不闭合，没有产生感应电流，故C错误，D正确。 5．(涡流与电磁阻尼)(多选)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“上海慧眼”开始出现摆动，摆幅达1.4米，给大楼进行减振。“上海慧眼”阻尼器首次采用了涡电流技术，其外形和结构如图所示，12根吊索吊着重达1000吨的圆盘质量块构成了一个巨大的摆，在质量块下方，圆盘状的磁场源与金属板构成了电涡流阻尼系统。关于该阻尼器，下列说法正确的是(　　) A．质量块中产生涡电流的原因是穿过质量块的磁通量在变化 B．质量块摆动得越快，质量块上产生的涡电流越小 C．质量块采用铜制作，是因为铜的导电性能好，产生的涡电流大、电磁阻尼大 D．阻尼器摆动幅度不受风力大小影响 答案　AC 解析　涡电流是感应电流的一种特殊形式，其产生的原因是穿过导体的磁通量发生变化，故A正确；质量块摆动得越快，穿过质量块的磁通量变化越快，质量块上产生的涡电流越大，故B错误；质量块采用铜制作，是因为铜的电阻率低，导电性能好，相同条件下，产生的涡电流大、电磁阻尼大，故C正确；由受迫振动发生机制可知，阻尼器摆动幅度受风力大小影响，故D错误。 6．(涡流与电磁阻尼)如图所示为实验室所用的某种灵敏天平，安装在天平臂一端(图中的右端)的金属片置于蹄形磁体的两个磁极之间，该装置有利于振动的天平臂迅速稳定下来。现因物体放置在秤上引起天平臂的摆动带动金属片上下运动，则以下说法正确的是(　　) A．当金属片上下运动时，由于穿过金属片的磁通量没有发生变化，因此金属片中没有感应电流 B．当金属片上下运动时，金属片中会产生逆时针方向的涡流 C．当金属片向上运动时，金属片受到向下的磁场力 D．由于金属片在上下运动，受到的磁场力总是阻碍金属片的运动，使其机械能转化为内能，导致物体质量测量值偏小 答案　C 解析　当金属片上下运动时，由于穿过金属片的磁通量发生变化，因此金属片中产生感应电流，A错误；当金属片上下运动时，金属片中会产生方向变化的涡流，涡流的方向与金属片的运动方向及位置有关，B错误；当金属片向上运动时，根据“来拒去留”原则，金属片受到向下的磁场力，C正确；当天平静止时才可以进行读数，此时磁场力消失，不会影响物体质量的测量，D错误。 7．(涡流的应用)(多选)金属探测器原理如图，外环线圈中通有正弦交流电(电流大小、方向随时间按正弦规律变化)，它产生的磁场会与所遇的金属物发生作用，导致金属物自身也会产生微弱的电流，来自金属物变化的磁场会影响内环线圈的电流，检测器检测到内环线圈电流的改变从而发出报警声。若外环线圈某时刻在金属物中产生向下且增强的磁场，则下列说法中正确的是(　　) A．此时金属物中的涡流从上往下看是沿逆时针方向 B．探测器相对金属物静止时，金属物中不会产生涡流 C．探测器只能检测含铁、镍、钴等有铁磁性的金属 D．若外环线圈中通入均匀变化的电流，则探测器不能正常工作 答案　AD 解析　探测器外环线圈在金属物中产生的磁场向下且增强时，根据楞次定律可知，金属物中感应电流产生的磁场方向应向上，用安培定则可判断，金属物中感应电流从上往下看是沿逆时针方向，故A正确；探测器相对金属物静止时，外环线圈中通有正弦交流电，穿过金属物的磁通量变化，金属物中会产生涡流，故B错误；无论何种金属物在探测器下方，金属物中都会产生涡流，金属物变化的磁场均会影响内环线圈的电流，从而使探测器检测到内环线圈电流的改变而发出报警声，C错误；若外环线圈中通入均匀变化的电流，则外环线圈中的电流会在金属物处产生均匀变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律，金属物中会产生大小恒定的涡电流，金属物中恒定的电流在内环线圈产生恒定的磁场，此磁场不会在内环线圈中产生感应电动势，不会影响内环线圈的电流，探测器无法发出报警声，即不能正常工作，故D正确。 8．(涡流的应用)(多选)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，下列措施可行的有(　　) A．增加线圈的匝数 B．提高交流电源的频率 C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯 答案　AB 解析　当线圈接交流电源时，金属杯处在变化的磁场中，产生涡电流发热，使水温升高。要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势。增加线圈的匝数、提高交变电流的频率都可以增大感应电动势，瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致感应电动势减小。故A、B正确，C、D错误。 9．(感生电场的应用)(多选)电子感应加速器是利用感生电场来加速电子的一种设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁的磁极和环形真空室组成，当电磁铁通以变化的电流时，会在柱形电磁铁的两极间产生磁场，在磁场中安置一个环形真空室作为电子运行的轨道，如图所示(图中上部分为侧视图、下部分为俯视图)。当磁场发生变化时，产生的感生电场就会不断加速电子，电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动。下列说法正确的是(　　) A．洛伦兹力充当电子做圆周运动的向心力 B．使电子加速的是电场力 C．励磁电流必须从N端流入、从M端流出，且减小 D．励磁电流必须从M端流入、从N端流出，且增大 答案　ABD 解析　电子在真空室中运动过程中受到洛伦兹力、电场力、重力，由于重力很小，可以忽略不计，洛伦兹力方向与电子速度方向垂直，提供电子做圆周运动所需的向心力，但洛伦兹力不做功，通过电场力做功使电子加速，故A、B正确。电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，根据左手定则可知上、下电磁铁间存在竖直向上的磁场，根据安培定则可判断励磁电流从M端流入、从N端流出；感生电场对电子做正功，使电子做加速运动，则感生电场沿顺时针方向，根据楞次定律可知原磁场应增强，故励磁电流增大，C错误，D正确。 [名师点拨]　定性分析电子感应加速器问题时，要兼顾两个方面：一是磁场变化产生的感生电场要使带电粒子加速，这里要用到楞次定律；二是磁场对带电粒子的洛伦兹力提供向心力，既要磁场的方向合适，又要磁感应强度的大小合适(随着粒子速度增大，洛伦兹力增大，磁感应强度增大)。 10．(电磁驱动)电磁驱动是21世纪初问世的新概念、新技术，现已广泛应用在我们的日常生活中。装在汽车上的磁性转速表就利用了电磁驱动，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两者同步转动 B．永久磁体和铝盘应装在不同的转轴上，两者转动方向相反 C．永久磁体相对铝盘转动，铝盘中产生感应电流，并受安培力而转动 D．在电磁驱动的过程中，通过克服安培力做功将机械能转化为电能 答案　C 解析　根据电磁驱动的概念可知，永久磁体和铝盘固定在不同的转轴上，当永久磁体随转轴转动时，在铝盘中产生感应电流，这时永久磁体的磁场会对铝盘上的感应电流有安培力的作用，使铝盘转动，由于弹簧游丝的作用，会使指针稳定在某一刻度上，故A错误，C正确；该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律的“来拒去留”可知，铝盘转动方向与永久磁体转动方向应相同，且两者的转动不是同步的，故B错误；在电磁驱动的过程中，通过安培力做功将电能转化为机械能，故D错误。 11.(电磁阻尼)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　) 答案　A 解析　出现扰动后，其扰动方向不确定，在选项C这种情况下，紫铜薄板上下或左右振动时，穿过薄板的磁通量难以改变，不能发生电磁感应现象，没有电磁阻尼效应；在选项B、D这两种情况下，紫铜薄板上下振动时，也没有发生电磁阻尼现象；选项A这种情况下，不管紫铜薄板上下振动还是左右振动时，都会发生电磁感应现象，产生电磁阻尼效应。A正确。 12．(感生电场的应用)英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在周围空间激发感生电场。如图所示，半径为R的圆形区域内磁场均匀变化，以圆心为起点作x轴，则x轴上的感生电场的大小E随x变化的规律可能正确的是(　　) 答案　A 解析　假设有一个闭合的圆形线圈，内阻和导线直径均忽略不计，放置在图示圆形区域内，使其圆心与圆形区域的圆心重合，设其半径为r。当r≤R时，圆环内激发的感应电动势E势＝＝，则线圈上任一点处感生电场的电场强度大小为E1＝＝＝×，即此时电场强度大小与线圈半径成正比；当r>R时，圆环内激发的感应电动势E势′＝＝，则线圈上任一点处感生电场的电场强度大小为E2＝＝＝×，即此时电场强度大小与线圈半径成反比。故A正确。 18 学科网（北京）股份有限公司 $$