2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（分层训练）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第二册）

选择性必修二（人教版2019）物理大单元设计 第二单元 电磁感应 2．3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 [基础达标练] 知识点1 电磁感应现象中的感生电场 1．英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为R的绝缘粗糙细圆环水平放置，环内存在半径为r的匀强磁场区域，磁场方向竖直向上，环上套一电荷量为+q，质量为m的绝缘小球。已知小球与圆环间的动摩擦因数为µ，磁感应强度B随时间变化规律为，小球在环上恰好做匀速圆周运动，若小球在环上运动一周，则摩擦力对小球所做功的大小是（　　） A．0 B． C． D． 【答案】C 【解析】变化磁场在圆环所在位置产生的感应电动势为 若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小为 由于小球在环上恰好做匀速圆周运动，则 故选C。 2．下列与电磁感应有关的四幅图中说法正确的是（    ） A．甲图，变化的磁场激发出感生电场，自由电荷在感生电场的作用下定向移动，从而形成感应电流 B．乙图，磁块在没有裂缝的铝管中由静止开始下落做的是自由落体运动 C．丙图，是麦克斯韦验证了电磁波存在的实验装置 D．丁图，断开开关的瞬间，因原线圈中没有电流，所以副线圈中也没有电流 【答案】A 【解析】A．甲图中变化的磁场激发出感生电场，自由电荷在感生电场的作用下定向移动，从而形成感应电流，A正确； B．乙图，根据楞次定律可知磁块在没有裂缝的铝管中由静止开始下落受到向下的重力和向上的安培阻力，所以不是做自由落体运动，B错误； C．丙图，是赫兹验证了电磁波存在的实验装置，C错误； D．丁图，断开开关的瞬间，原线圈中电流突然消失导致副线圈中磁通量发生变化，所以副线圈中会产生感应电流，D错误。 故选A。 3．电子感应加速器的基本原理如图甲所示，在电磁铁的两极间有一环形向外逐渐减弱、并对称分布的交变磁场，这个交变磁场又在真空室内激发感生电场，其电场线是一系列绕磁感线的同心圆。这时若用电子枪把电子向右沿切线方向射入环形真空室，电子将受到环形真空室中的感生电场的作用而被加速，同时，电子还受到洛伦兹力的作用，使电子（电荷量绝对值为e）在半径为R的圆形轨道上运动。电子做圆周运动的方向如图乙所示，电子轨道所围面积内平均磁感应强度随时间变化如图丙所示（垂直纸面向内为的正方向）。下列说法正确的是（　　） A．加速器利用磁场变化产生的静电场对电子进行加速 B．为使电子加速，电场的方向应该沿逆时针方向 C．电子在加速器中可正常加速的时间是 D．电子在圆形轨道中正常加速的时间内，加速一周，感生电通对电子所做的功为 【答案】C 【解析】A．加速器利用磁场变化产生的感应电场对电子进行加速，故A错误； B．为使电子加速，电场的方向应该沿顺时针方向，故B错误； C．在时间内，磁场向外增强，根据楞次定律可知感应电场沿顺时针方向，此时电子受的洛伦兹力方向指向圆心，则电子能被正常加速，故C正确； D．感生电场场强 加速过程电场力总与速度方向一致，电子运动一周电场力做的功 故D错误。 故选C。 4．如图所示为真空冶炼炉，真空冶炼涡流是一种利用电磁感应产生涡流的技术。通过在真空条件下对炼钢过程进行控制，可以有效地去除钢液中的气体、杂质和氧化物。下列说法正确的是（　　） A．电源可以是高压直流电 B．增大电源频率，炉内金属中产生的电流增大 C．增大电源频率，炉内金属中产生的电流减小 D．增大电源频率，炉内金属中产生的电流不变 【答案】B 【解析】A．该装置利用电磁感应产生涡流，电源应为高频交流电，故A错误； BCD．增大电源频率，感应电动势增大，炉内金属中产生的感应电流增大，故B正确，CD错误。 故选B。 知识点2 涡流 5．如图所示，金属探测器有较高的灵敏度，可以探测到金属物体。探测器内有电源及相应电路，打开开关后探测器内会产生电流。探测器回路很容易受到其他磁场的影响而使仪器报警。下列说法正确的是（　　） A．探测器回路内可能为恒定的直流电流 B．用探测器扫描塑料板时，塑料板内会产生感应电流 C．被探测金属内会产生涡流，涡流产生的磁场使探测器报警 D．若用探测器探测残破的古铜币，探测器不会报警 【答案】C 【解析】AC．变化的磁场才能使金属中产生涡流，涡流产生的磁场影响探测器，进而使其报警，可知探测器回路内的电流为变化的电流，A错误，C正确； B．塑料板内无大量可自由移动的电子，不会产生感应电流，B错误； D．残破的古铜币内会产生涡流，探测器会报警，D错误。 故选C。 6．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。 7．2021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。 8．以下哪些现象利用了电磁阻尼规律 ①线圈能使振动的条形磁铁快速停下来 ②无缺口的铝管比有缺口的铝管能更快使强磁铁匀速运动 ③U形磁铁可以使高速转动的铝盘迅速停下来 ④转动把手时闭合铜线框会随U形磁铁同向转动 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 【答案】A 【解析】电磁阻尼指的是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相对运动的这种现象。可知，线圈能使振动的条形磁铁快速停下来、强磁铁在无缺口的铝管中运动时，铝管中感应电流产生的磁场对强磁铁的安培力阻碍强磁铁的相对运动，使无缺口的铝管比有缺口的铝管能更快使强磁铁匀速运动、U形磁铁可以使高速转动的铝盘迅速停下来均属于电磁阻尼现象，而转动把手时闭合铜线框会随U形磁铁同向转动属于电磁驱动，不是电磁阻尼现象，即①②③现象利用了电磁阻尼规律。 故选A。 知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 9．2022年10月20日，世界首个电磁驱动地面超高速试验设施——“电磁橇”在我国济南阶段性建成并成功运行，电磁橇可以将吨级及以上物体最高加速到1030公里的时速，创造了大质量超高速电磁推进技术的世界最高速度纪录。电磁橇运用了电磁弹射的原理，图甲是一种线圈形电磁弹射装置的原理图，开关S先拨向1，直流电源向电容器充电，待电容器充好电后在时刻将开关S拨向2，发射线圈被弹射出去，如图乙所示，电路中电流在时刻达到峰值后减小。假设发射线圈由粗细均匀的同种金属导线绕制而成，发射导管材质绝缘，管内光滑，下列说法正确的是（　　） A．在时间内，发射线圈的加速度不断增大 B．在时间内，发射线圈中的电流不断增大 C．增加发射线圈的匝数，发射线圈加速度不变 D．发射导管越长，发射线圈的出射速度越大 【答案】C 【解析】AB. 在时间内，驱动线圈中的电流逐渐变大，但是电流的变化率逐渐减小，则穿过发射线圈的磁通量的变化率逐渐减小，则发射线圈中产生的电流不断减小，在时刻发射线圈中的电流减小为0，驱动线圈产生的磁场逐渐增强，根据可知，发射线圈所受的安培力不是不断增大，则发射线圈的加速度不是不断增大，故AB错误； C. 根据 设单匝线圈的电阻为，质量为，线圈的半径为，则电流为 安培力为 加速度为 则增加发射线圈的匝数，发射线圈加速度不变，故C正确； D. 对发射线圈根据动量定理可得 而 则安培力的冲量一定，发射线圈的出射速度一定，与发射导管长度无关，故D错误。 故选C。 10．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。 [能力提升练] 11．加速性能、电能利用率、动能回收等是电动汽车电机的重要指标。如图所示，甲、乙分别是目前被广泛采用的两种电机的简化原理示意图，它们的相同点是利用作为定子的电磁铁（二组线圈，图中1和4；2和5；3和6所示）交替产生磁场，实现了电磁铁激发的磁场在平面内沿顺时针方向转动的效果，以驱动转子运动；不同的是甲图所示电机的转子是一个永磁铁，而乙图所示电机的转子是绕在软铁上的闭合线圈。通过电磁驱动转子转动，可以为电动汽车提供动力。假定两种电机的每组电磁铁中电流变化周期和有效值均相同，下列说法正确的是（　　） A．电机稳定工作时，乙电机转子的转速与电磁铁激发磁场的转速相同 B．电机稳定工作时，乙电机产生的焦耳热相对较少 C．电机稳定工作时，乙电机转子的转速越接近电磁铁激发磁场的转速，其所受安培力就越大 D．刹车（停止供电）时，甲电机转子由于惯性旋转，可以通过反向发电从而回收动能 【答案】D 【解析】A．乙电机中，转子也是线圈，乙转子的转动是由于穿过转子线圈的磁通量发生变化而产生感应电流，电流受安培力作用而运动，相当于电磁驱动，安培力阻碍定子和转子间的相对运动，但不能阻止，故转子比定子转得慢一些，故A错误； B．乙电机中，转子也会产生焦耳热，故产生的焦耳热较多，故B错误； C．转速越接近，则磁通量变化越慢，感应电流越小，所受安培力越小，故C错误； D．停止供电后，甲的转子是磁铁，甲电机转子由于惯性旋转，使得线圈中磁通量发生变化，产生反向感应电流，反向发电从而回收动能，故D正确。 故选D。 12．如图所示，光滑水平轨道上有两辆静止小车，甲车上固定一个条形磁铁，N极向右，乙车上固定一个螺线管，螺线管通过电阻R连成通路。现推动一下甲车，使它获得向右的初速度，当它向乙车运动时，下列说法正确的是（　　） A．电阻R中的电流方向由A向B，两车系统动量不守恒、动能守恒 B．电阻R中的电流方向由A向B，两车系统动量守恒、动能不守恒 C．电阻R中的电流方向由B向A，两车系统动量不守恒、动能守恒 D．电阻R中的电流方向由B向A，两车系统动量守恒、动能不守恒 【答案】B 【解析】AC．由于两车在光滑水平轨道上相互作用，合外力为零，动量守恒；甲车向右运动过程中，通过螺线管的磁通量向右增加，螺线管中有感应电流产生，根据能量守恒动能会减少。选项AC错误； BD．甲车向右运动过程中，通过螺线管的磁通量向右增加，由楞次定律可知乙车中螺线管产生的磁场方向向左，根据右手螺旋定则可知电阻R中的电流方向可能由A向B，选项B正确，D错误。 故选B。 13．如图所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕OO′轴转动。当蹄形磁体从图示位置开始逆时针转动时，线圈仅在安培力作用下也开始转动，则：（　　） A．线圈顺时针转动，线圈转速小于磁体转速 B．线圈逆时针转动，线圈转速等于磁体转速 C．线圈在转动过程中有感应电流 D．线圈克服安培力做功动能增加 【答案】C 【解析】ABC．转动磁铁时，导致线圈的磁通量增加，从而产生感应电流，出现安培力，导致线圈转动，根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致线圈与磁铁转动方向相同，但快慢不一，转速比磁铁小；故AB错误，C正确； D．线圈的转动是因为安培力对线圈做功，使线圈动能增加，故D错误。 故选C。 14．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，两者同速转动 B．永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，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，并受洛伦兹力而转动 D．在电磁驱动的过程中，将其它形式的能转化为机械能 【答案】D 【解析】A．永久磁铁固定在转轴上，铝盘固定在指针轴上，铝盘和永久磁体不是同转轴带动，所以两者转动不是同步的，故A错误； B．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，故B错误； C．当永久磁铁随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中产生感应电流，这时永久磁铁的磁场会对铝盘上的感应电流有安培力的作用，而产生一个转动的力矩，使指针转动，由于弹簧游丝的反力矩会使指针稳定在某一刻度上，故C错误； D．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D正确； 故选D。 15．如图，一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，转动磁铁，观察铝框的运动，可以观察到（　　） A．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动 B．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之逆时针转动 C．无论磁铁向哪个方向转动，铝框都不会转动 D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动 【答案】A 【解析】ABC．根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致铝框与磁铁转动方向相同，从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动，故A正确，B错误，C错误； D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，由于铝框转动的过程中仍然能产生感应电流，所以铝框会逐渐减速直停止运动，故D错误。 故选A。 16．（多选）感应电动势是由回路中磁通量的变化引起的，根据磁通量变化的原因不同，可分为感生电动势和动生电动势。由磁场变化引起磁通量变化而产生的感应电动势称为感生电动势。变化的磁场在其周围空间会激发出感应电场（称为涡旋电场），这种电场迫使导体内的电荷做定向移动而产生感生电动势，如图甲所示；导体切割磁感线产生的电动势称为动生电动势。导体切割磁感线时，导体中的自由电子由于和导体一起运动，因而受到洛伦兹力的作用，使导体两端产生电动势，如图乙所示。下列说法正确的是（    ） A．对甲图，垂直纸面向外的磁场磁感线条数应增加，才能激发出沿逆时针方向的感生电场 B．对甲图，电荷定向移动对应的电能来自于让磁通量变化所需的能量 C．对乙图，当电子沿着导体棒运动时，受到另一个洛伦兹力做负功，但电子受到的合洛伦兹力不做功 D．对乙图，电荷定向移动对应的电能来自于移动导体所需的能量 【答案】BCD 【解析】A．由楞次定律可得，垂直纸面向外的磁场磁感线条数应减少，才能激发出沿逆时针方向的感生电场。故A错误； B．感生电动势能量的转化是有能量使磁感应强度发生变化，之后磁通量的变化使磁场能转化为电场能。故B正确； C．电子有沿导体棒运动方向的速度和沿平行于导体棒的速度，其中沿导体棒运动方向的速度受到的洛伦兹力对电子做正功，沿平行于导体棒的速度所受的洛伦兹力做负功。洛伦兹力的总功为0。故C正确； D．从能量的转化角度，动生电动势是通过安培力做功把其他形式的能转化为电能，所以电荷定向移动对应的电能来自于移动导体所需的能量。故D正确。 故选BCD。 [高频考题实战练] 17．（2024·湖北·高考真题）《梦溪笔谈》中记录了一次罕见的雷击事件：房屋被雷击后，屋内的银饰、宝刀等金属熔化了，但是漆器、刀鞘等非金属却完好（原文为：有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然）。导致金属熔化而非金属完好的原因可能为（　　） A．摩擦 B．声波 C．涡流 D．光照 【答案】C 【解析】在雷击事件中金属和非金属都经历了摩擦，声波和光照的影响，而金属能够因电磁感应产生涡流非金属不能，因此可能原因为涡流。 故选C。 18．（2023·全国·高考真题）一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（　　）       A．图（c）是用玻璃管获得的图像 B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动 C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短 【答案】A 【解析】A．强磁体在铝管中运动，铝管会形成涡流，玻璃是绝缘体故强磁体在玻璃管中运动，玻璃管不会形成涡流。强磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态，做匀速直线运动，而玻璃管中的磁体则一直做加速运动，故由图像可知图（c）的脉冲电流峰值不断增大，说明强磁体的速度在增大，与玻璃管中磁体的运动情况相符，A正确； B．在铝管中下落，脉冲电流的峰值一样，磁通量的变化率相同，故小磁体做匀速运动，B错误； C．在玻璃管中下落，玻璃管为绝缘体，线圈的脉冲电流峰值增大，电流不断在变化，故小磁体受到的电磁阻力在不断变化，C错误； D．强磁体分别从管的上端由静止释放，在铝管中，磁体在线圈间做匀速运动，玻璃管中磁体在线圈间做加速运动，故用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的长，D错误。 故选A。 19．（2017·全国·高考真题）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（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】该装置的原理是利用电磁阻尼。薄板出现扰动时，穿过薄板表面的磁通量如果发生变化，就会产生感应电流，薄板就会受到安培力作用，安培力总是阻碍导体相对磁场的运动，从而使薄板尽快停下来。 A．薄板上、下、左、右运动时，磁通量都会发生变化，所以都会产生感应电流，所以都会受到安培力作用而很快停下来，故A正确； B．薄板只有向左运动时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上、向下和向右运动时，则不会产生感应电流，故B错误； C．板只有向左运动较大距离时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上向下和向右运动时，则不会产生感应电流，故C错误； D．薄板只有向左、向右运动时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上、向下运动时，则不会产生感应电流，故D错误。 故选A。 20．（2021·浙江·高考真题）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于______。 A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd 【答案】D 【解析】变压器的正视图如图： 所以要减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd。 故选D。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 选择性必修二（人教版2019）物理大单元设计 第二单元 电磁感应 2．3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 [基础达标练] 知识点1 电磁感应现象中的感生电场 1．英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为R的绝缘粗糙细圆环水平放置，环内存在半径为r的匀强磁场区域，磁场方向竖直向上，环上套一电荷量为+q，质量为m的绝缘小球。已知小球与圆环间的动摩擦因数为µ，磁感应强度B随时间变化规律为，小球在环上恰好做匀速圆周运动，若小球在环上运动一周，则摩擦力对小球所做功的大小是（　　） A．0 B． C． D． 2．下列与电磁感应有关的四幅图中说法正确的是（    ） A．甲图，变化的磁场激发出感生电场，自由电荷在感生电场的作用下定向移动，从而形成感应电流 B．乙图，磁块在没有裂缝的铝管中由静止开始下落做的是自由落体运动 C．丙图，是麦克斯韦验证了电磁波存在的实验装置 D．丁图，断开开关的瞬间，因原线圈中没有电流，所以副线圈中也没有电流 3．电子感应加速器的基本原理如图甲所示，在电磁铁的两极间有一环形向外逐渐减弱、并对称分布的交变磁场，这个交变磁场又在真空室内激发感生电场，其电场线是一系列绕磁感线的同心圆。这时若用电子枪把电子向右沿切线方向射入环形真空室，电子将受到环形真空室中的感生电场的作用而被加速，同时，电子还受到洛伦兹力的作用，使电子（电荷量绝对值为e）在半径为R的圆形轨道上运动。电子做圆周运动的方向如图乙所示，电子轨道所围面积内平均磁感应强度随时间变化如图丙所示（垂直纸面向内为的正方向）。下列说法正确的是（　　） A．加速器利用磁场变化产生的静电场对电子进行加速 B．为使电子加速，电场的方向应该沿逆时针方向 C．电子在加速器中可正常加速的时间是 D．电子在圆形轨道中正常加速的时间内，加速一周，感生电通对电子所做的功为 4．如图所示为真空冶炼炉，真空冶炼涡流是一种利用电磁感应产生涡流的技术。通过在真空条件下对炼钢过程进行控制，可以有效地去除钢液中的气体、杂质和氧化物。下列说法正确的是（　　） A．电源可以是高压直流电 B．增大电源频率，炉内金属中产生的电流增大 C．增大电源频率，炉内金属中产生的电流减小 D．增大电源频率，炉内金属中产生的电流不变 知识点2 涡流 5．如图所示，金属探测器有较高的灵敏度，可以探测到金属物体。探测器内有电源及相应电路，打开开关后探测器内会产生电流。探测器回路很容易受到其他磁场的影响而使仪器报警。下列说法正确的是（　　） A．探测器回路内可能为恒定的直流电流 B．用探测器扫描塑料板时，塑料板内会产生感应电流 C．被探测金属内会产生涡流，涡流产生的磁场使探测器报警 D．若用探测器探测残破的古铜币，探测器不会报警 6．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 7．2021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 8．以下哪些现象利用了电磁阻尼规律 ①线圈能使振动的条形磁铁快速停下来 ②无缺口的铝管比有缺口的铝管能更快使强磁铁匀速运动 ③U形磁铁可以使高速转动的铝盘迅速停下来 ④转动把手时闭合铜线框会随U形磁铁同向转动 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 9．2022年10月20日，世界首个电磁驱动地面超高速试验设施——“电磁橇”在我国济南阶段性建成并成功运行，电磁橇可以将吨级及以上物体最高加速到1030公里的时速，创造了大质量超高速电磁推进技术的世界最高速度纪录。电磁橇运用了电磁弹射的原理，图甲是一种线圈形电磁弹射装置的原理图，开关S先拨向1，直流电源向电容器充电，待电容器充好电后在时刻将开关S拨向2，发射线圈被弹射出去，如图乙所示，电路中电流在时刻达到峰值后减小。假设发射线圈由粗细均匀的同种金属导线绕制而成，发射导管材质绝缘，管内光滑，下列说法正确的是（　　） A．在时间内，发射线圈的加速度不断增大 B．在时间内，发射线圈中的电流不断增大 C．增加发射线圈的匝数，发射线圈加速度不变 D．发射导管越长，发射线圈的出射速度越大 10．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 [能力提升练] 11．加速性能、电能利用率、动能回收等是电动汽车电机的重要指标。如图所示，甲、乙分别是目前被广泛采用的两种电机的简化原理示意图，它们的相同点是利用作为定子的电磁铁（二组线圈，图中1和4；2和5；3和6所示）交替产生磁场，实现了电磁铁激发的磁场在平面内沿顺时针方向转动的效果，以驱动转子运动；不同的是甲图所示电机的转子是一个永磁铁，而乙图所示电机的转子是绕在软铁上的闭合线圈。通过电磁驱动转子转动，可以为电动汽车提供动力。假定两种电机的每组电磁铁中电流变化周期和有效值均相同，下列说法正确的是（　　） A．电机稳定工作时，乙电机转子的转速与电磁铁激发磁场的转速相同 B．电机稳定工作时，乙电机产生的焦耳热相对较少 C．电机稳定工作时，乙电机转子的转速越接近电磁铁激发磁场的转速，其所受安培力就越大 D．刹车（停止供电）时，甲电机转子由于惯性旋转，可以通过反向发电从而回收动能 12．如图所示，光滑水平轨道上有两辆静止小车，甲车上固定一个条形磁铁，N极向右，乙车上固定一个螺线管，螺线管通过电阻R连成通路。现推动一下甲车，使它获得向右的初速度，当它向乙车运动时，下列说法正确的是（　　） A．电阻R中的电流方向由A向B，两车系统动量不守恒、动能守恒 B．电阻R中的电流方向由A向B，两车系统动量守恒、动能不守恒 C．电阻R中的电流方向由B向A，两车系统动量不守恒、动能守恒 D．电阻R中的电流方向由B向A，两车系统动量守恒、动能不守恒 13．如图所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕OO′轴转动。当蹄形磁体从图示位置开始逆时针转动时，线圈仅在安培力作用下也开始转动，则：（　　） A．线圈顺时针转动，线圈转速小于磁体转速 B．线圈逆时针转动，线圈转速等于磁体转速 C．线圈在转动过程中有感应电流 D．线圈克服安培力做功动能增加 14．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，两者同速转动 B．永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，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，并受洛伦兹力而转动 D．在电磁驱动的过程中，将其它形式的能转化为机械能 15．如图，一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，转动磁铁，观察铝框的运动，可以观察到（　　） A．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动 B．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之逆时针转动 C．无论磁铁向哪个方向转动，铝框都不会转动 D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动 16．（多选）感应电动势是由回路中磁通量的变化引起的，根据磁通量变化的原因不同，可分为感生电动势和动生电动势。由磁场变化引起磁通量变化而产生的感应电动势称为感生电动势。变化的磁场在其周围空间会激发出感应电场（称为涡旋电场），这种电场迫使导体内的电荷做定向移动而产生感生电动势，如图甲所示；导体切割磁感线产生的电动势称为动生电动势。导体切割磁感线时，导体中的自由电子由于和导体一起运动，因而受到洛伦兹力的作用，使导体两端产生电动势，如图乙所示。下列说法正确的是（    ） A．对甲图，垂直纸面向外的磁场磁感线条数应增加，才能激发出沿逆时针方向的感生电场 B．对甲图，电荷定向移动对应的电能来自于让磁通量变化所需的能量 C．对乙图，当电子沿着导体棒运动时，受到另一个洛伦兹力做负功，但电子受到的合洛伦兹力不做功 D．对乙图，电荷定向移动对应的电能来自于移动导体所需的能量 [高频考题实战练] 17．（2024·湖北·高考真题）《梦溪笔谈》中记录了一次罕见的雷击事件：房屋被雷击后，屋内的银饰、宝刀等金属熔化了，但是漆器、刀鞘等非金属却完好（原文为：有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然）。导致金属熔化而非金属完好的原因可能为（　　） A．摩擦 B．声波 C．涡流 D．光照 18．（2023·全国·高考真题）一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（　　）       A．图（c）是用玻璃管获得的图像 B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动 C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短 19．（2017·全国·高考真题）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（　　） A． B． C． D． 20．（2021·浙江·高考真题）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于______。 A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd / 学科网（北京）股份有限公司 $$