2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（知识解读）-2024-2025学年高中物理同步知识点解读与专题训练（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（知识解读）（原卷版） •知识点1 电磁感应现象中的感生电场 •知识点2 涡流 •知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 •作业 巩固训练 知识点1 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，这种电场叫作感生电场。 2、感生电动势：由感生电场产生的电动势叫感生电动势。 3、电子感应加速器：电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 【典例1-1】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的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一带电荷量为＋q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，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是（　　） A．0 B．r2qk C．2πr2qk D．πr2qk 【典例1-2】（多选）对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法正确的是（     ） A．甲图中，当两极板间距增大时静电计的指针张角将减小 B．乙图中，电子感应加速器是利用感生电场对电子进行加速 C．丙图中，高频变化的磁场使炉内金属中产生涡流从而熔化金属 D．丁图中，两条话筒线外面包裹着金属外衣是为了减小电阻，从而减小电信号损失 【典例1-3】电磁感应现象中的感生电场 （1）感生电场 认为，磁场变化时会在空间激发一种 ，这种电场叫作感生电场。 （2）感生电动势 由感生电场产生的电动势叫感生电动势。 （3）电子感应加速器 电子感应加速器是利用 使电子加速的设备，当电磁铁线圈中 的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 【变式1-1】了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下符合事实的是（　　） A．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，我们把它叫做感生电场。 B．法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系，并在对理论和实验资料进行严格分析以后总结得出了法拉第电磁感应定律。 C．俄国物理学家楞次在分析了许多实验事实后，得到了关于感应电流方向的规律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻止引起感应电流的磁通量的变化。 D．电磁炉工作时，电磁炉内部通过高频电流产生涡流加热面板，再通过热传导加热食物 【变式1-2】（多选）电子感应加速器基本原理如图所示，图甲中上、下两个电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使真空室中的电子加速。如图乙所示，从上向下看电子沿逆时针方向加速运动。下列说法正确的是（    ） A．电磁铁线圈中通入恒定直流电流也能使电子加速 B．变化的磁场在真空室中激发出的电场与静电场完全相同 C．若线圈中的电流方向如图甲所示，则电流正在增大 D．若电子运动的轨道半径不变，则电子轨道处的磁感应强度随电子速度的增大而增大 【变式1-3】判断正误。 （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）只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场。( ) （3）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。( ) （4）感生电场就是感应电动势。( ) （5）感生电动势与动生电动势一样，都是由于磁场变化产生的。( ) （6）铝块靠近磁体时，铝块中不会产生电流。( ) （7）涡流的方向可用楞次定律判断。( ) （8）电磁阻尼是楞次定律的一种体现。( ) （9）电磁驱动中不满足能量的转化与守恒定律。( ) （10）电磁驱动中有感应电流产生，电磁阻尼中没有感应电流产生。( ) 知识点2 涡流 1、涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 2、涡流大小的决定因素：磁场变化越快(越大)，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。 【典例2-1】如图是高速列车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当金属圆盘D在磁场中运动时，会产生涡流，使圆盘受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　）      A．制动过程中，圆盘不会产生热量 B．制动力的大小与圆盘运动的速度无关 C．换用更强的磁场，制动效果更好 D．如果改变磁场的方向，可以使圆盘获得促进它运动的动力 【典例2-2】（多选）电磁炉正常工作时，面板下方的线圈周围产生迅速变化的磁场，使面板上方的铁锅底部产生涡流而发热，则（　　） A．通过线圈的是恒定电流 B．通过线圈的是交变电流 C．用全陶瓷锅替代铁锅也能发热 D．电磁炉正常工作时面板不发热 【典例2-3】涡流大小的决定因素：磁场变化越 （越 ），导体的横截面积S越 ，导体材料的电阻率越 ，形成的涡流就越大。 【变式2-1】电磁炉利用电磁感应产生的涡流，使锅底发热从而加热食物，下列有关说法正确的是（　　） A．锅底中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作 C．环保绝缘材料制成的锅底都可以利用电磁炉来烹饪食物 D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗 【变式2-2】（多选）关于涡流，下列说法正确的是（　　） A．涡流会使铁芯温度升高 B．涡流发热，要损耗额外的能量 C．涡流都是有害的 D．金属通以恒定电流会产生涡流 【变式2-3】涡流：当线圈中的 随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作 ，简称 。 知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 1、电磁阻尼：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、电磁驱动：若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。 3、电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的 效果 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力方向与导体运动方向相同，为动力 能量 转化 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 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 共同点 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动 【典例3-1】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 【典例3-2】（多选）如图所示，方形铝管静置在足够大的绝缘水平面上，现使一条形磁铁（条形磁铁横截面比铝管管内横截面小）获得一定的水平初速度并自左向右穿过铝管，忽略一切摩擦。则磁铁穿过铝管过程（　　） A．铝管受到的安培力可能先水平向右后水平向左 B．铝管中有感应电流 C．磁体与铝管组成的系统动量守恒 D．磁体与铝管组成的系统机械能守恒 【典例3-3】电磁驱动：如果磁铁相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到 力的作用，使导体运动起来，这种作用常常称为 。 【变式3-1】以下哪些现象利用了电磁阻尼规律（　　） ①转动把手时下面的闭合铜线框会随U形磁铁同向转动 ②U形磁铁可以使高速转动的铝盘迅速停下来 ③无缺口的铝管比有缺口的铝管更快使强磁铁匀速运动 ④线圈能使振动的条形磁铁快速停下来 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 【变式3-2】（多选）关于电磁驱动和电磁阻尼，下列说法正确的是（　　） A．甲图中，当摇动手柄使得蹄形磁铁转动，铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快 B．甲图中，当摇动手柄使得蹄形磁铁转动，铝框会同向转动，但转得比磁铁慢 C．乙图中，在蹄形磁铁两极间自由转动的铜盘，因为摩擦极小，所以能一直转动不会停下 D．乙图中，在蹄形磁铁两极间自由转动的铜盘，就算摩擦极小，也会因产生感应电流而很快停下 【变式3-3】当导体在 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 导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 一、单选题 1．下列说法正确的是（　　） A．安培力的方向总是促进导体的运动，称为电磁阻尼 B．安培力阻碍导体的运动，称为电磁驱动 C．涡流都是有害的 D．安检门利用了涡流 2．空间中有足够大的磁场区域，方向如图所示，磁场内有一个竖直固定的半圆形滑轨，滑轨两端在同一水平线上。闭合金属环从滑轨右端静止滑下，不计一切摩擦，下列说法正确的是（    ） A．若是匀强磁场，环上滑的最大高度小于h B．若是匀强磁场，环上滑的最大高度等于h C．若是非匀强磁场，环上滑的最大高度等于h D．若是非匀强磁场，环上滑的最大高度大于h 3．对于下列教材中所列的实验和生活用品，说法正确的是（　　） A．码头边轮胎对船舶的保护作用是通过反冲实现的 B．两根通电方向相反的长直导线存在斥力，两斥力是一对平衡力 C．法拉第利用如图所示的实验装置发现了电流的磁效应 D．人们常用电磁炉来加热食物，不可以用陶瓷做成的锅炒菜 4．下列四幅图分别是回旋加速器、电磁炉、变压器的铁芯、磁流体发电机的结构示意图，下列说法中正确的是（   ） A．随着粒子的运动越来越快，粒子走过半圆的时间间隔越来越短 B．使用电磁炉加热食物时可以使用陶瓷锅 C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的热损失 D．可以判断出通过电阻的电流方向为从上到下 5．如图，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是毫安表，丁是真空冶炼炉。下列说法正确的是（　　） A．甲图中增加电压U，即可增大粒子获得的最大动能 B．乙图中磁感应强度大小为B，发电通道长为l，宽为b，高为a，外部电阻为R，等离子体以速度v进入矩形发电通道，当开关S闭合后，通过电阻R的电流从M流向N,且发电机产生的最大电动势E=Bav C．丙图中运输毫安表时正负极连接导线是利用了电磁驱动 D．丁图中真空冶炼炉是利用交变电流直接产生热能，从而融化炉内金属的 6．一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 7．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 二、多选题 8．下列说法正确的是（　　） A．图甲中装置可以利用导体棒左右运动研究磁场对通电导线的作用力方向 B．图乙中增大电子枪的加速电压，粒子在磁场中运动周期不变 C．图丙中真空冶炼炉利用冶炼炉中的涡流产生热量融化金属 D．图丁中一只小鸟站在一条通过500A电流的铜质裸导线上，小鸟不会被电死的原因是两爪之间的电压很小。 9．利用电磁阻尼现象的规律，可以制成如图所示的电磁制动器。如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。关于该电磁制动器下列说法正确的是（    ） A．该电磁制动器未通过直接接触产生阻力，从而可以避免磨损 B．转盘的速度越大，制动力就越大 C．如果将线圈中的电流反向，将不能起到制动作用 D．因穿过转盘的磁通量未发生变化，转盘中无感应电流 10．如图所示，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，下列说法正确的有（　　） A．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 B．金属圆盘中的涡流只存在于磁场边界附近 C．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 D．若所加匀强磁场穿过整个圆盘，圆盘也会减速 三、解答题 11．我们熟知磁铁不能吸引金银，但有人发现从正规渠道购买的金条能被磁铁“吸”得动起来。某检测员用强磁铁在金条旁边上下、左右、前后缓慢移动时，未发现金条被吸引的现象，在前后快速移动磁铁时，发现金条被“吸”得动起来。请对此现象作出解释。 12．观察图像回答下列问题： （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？ （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？ （3）如图丙，转动蹄形磁体，铝框也跟着转动，为什么会这样？ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（知识解读）（解析版） •知识点1 电磁感应现象中的感生电场 •知识点2 涡流 •知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 •作业 巩固训练 知识点1 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，这种电场叫作感生电场。 2、感生电动势：由感生电场产生的电动势叫感生电动势。 3、电子感应加速器：电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 【典例1-1】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的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一带电荷量为＋q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，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是（　　） A．0 B．r2qk C．2πr2qk D．πr2qk 【答案】D 【详解】根据法拉第电磁感应定律可知，磁场变化产生的感生电动势 E=πr2=kπr2 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 W=qE=πr2qk 故选D。 【典例1-2】（多选）对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法正确的是（     ） A．甲图中，当两极板间距增大时静电计的指针张角将减小 B．乙图中，电子感应加速器是利用感生电场对电子进行加速 C．丙图中，高频变化的磁场使炉内金属中产生涡流从而熔化金属 D．丁图中，两条话筒线外面包裹着金属外衣是为了减小电阻，从而减小电信号损失 【答案】BC 【详解】A．在静电计中，电荷量保持不变，两极板间距增大时根据 可知电容减小，再根据 可知两极板间电压增大，静电计的指针张角将增大。故A错误； B．电子感应加速器是利用交变磁场激发感生电场，从而进行加速，故B正确； C．丙图中，高频变化的磁场使炉内金属中产生涡流，产生大量的热从而熔化金属。故C正确。 D．丁图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理，故D错误。 故选BC。 【典例1-3】电磁感应现象中的感生电场 （1）感生电场 认为，磁场变化时会在空间激发一种 ，这种电场叫作感生电场。 （2）感生电动势 由感生电场产生的电动势叫感生电动势。 （3）电子感应加速器 电子感应加速器是利用 使电子加速的设备，当电磁铁线圈中 的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 【答案】 见详解 见详解 见详解 见详解 【详解】(1)[1][2]麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场角感生电场； (3)[3][4]电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向变化时，产生的感生电场使电子加速。 【变式1-1】了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下符合事实的是（　　） A．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，我们把它叫做感生电场。 B．法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系，并在对理论和实验资料进行严格分析以后总结得出了法拉第电磁感应定律。 C．俄国物理学家楞次在分析了许多实验事实后，得到了关于感应电流方向的规律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻止引起感应电流的磁通量的变化。 D．电磁炉工作时，电磁炉内部通过高频电流产生涡流加热面板，再通过热传导加热食物 【答案】A 【详解】A．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，我们把它叫做感生电场。故A正确； B．法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系，纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析以后总结得出了法拉第电磁感应定律。故B错误； C．俄国物理学家楞次在分析了许多实验事实后，得到了关于感应电流方向的规律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。故C错误； D．电磁炉工作时，通过高频电流产生变化的磁场，并在锅体中产生涡流加热食物，故D错误。 故选A。 【变式1-2】（多选）电子感应加速器基本原理如图所示，图甲中上、下两个电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使真空室中的电子加速。如图乙所示，从上向下看电子沿逆时针方向加速运动。下列说法正确的是（    ） A．电磁铁线圈中通入恒定直流电流也能使电子加速 B．变化的磁场在真空室中激发出的电场与静电场完全相同 C．若线圈中的电流方向如图甲所示，则电流正在增大 D．若电子运动的轨道半径不变，则电子轨道处的磁感应强度随电子速度的增大而增大 【答案】CD 【详解】A．电磁铁线圈中通入恒定直流电流时激发恒定的磁场，所以无法产生感生电场，无法上电子加速，故A错误； B．变化的磁场在真空室中激法的电场为无源场，电场线为封闭曲线，与静电场不同，故B错误； C．若线圈中的电流方向如图甲所示时，原磁场与感应电流的磁场方向相反，所以磁通量增加，电流在增大，故C正确； D．若电子运动的轨道半径不变，粒子在磁场中洛伦兹力提供向心力，故 解得 所以电子轨道处的磁感应强度随电子速度的增大而增大，故D正确。 故选CD。 【变式1-3】判断正误。 （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）只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场。( ) （3）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。( ) （4）感生电场就是感应电动势。( ) （5）感生电动势与动生电动势一样，都是由于磁场变化产生的。( ) （6）铝块靠近磁体时，铝块中不会产生电流。( ) （7）涡流的方向可用楞次定律判断。( ) （8）电磁阻尼是楞次定律的一种体现。( ) （9）电磁驱动中不满足能量的转化与守恒定律。( ) （10）电磁驱动中有感应电流产生，电磁阻尼中没有感应电流产生。( ) 【答案】 错误 正确 正确 错误 错误 错误 正确 正确 错误 错误 【详解】（1）（2）根据麦克斯韦的理论，变化的磁场周围存在电场，不管是否时闭合的电路，或有无电路，电场都客观存在的，（1）错误，（2）正确。 （3）自由电荷在电场中定向移动的原因就是受到电场力的作用，（3）正确。 （4）感生电场是由变化的磁场在空间激发的电场，而感生电动势是导体在回路中由于磁场的变化而产生的电动势，它们是不同的物理量，（4）错误。 （5）感生电动势是由变化的磁场产生的，而动生电动势是由于导体切割磁感线运动产生的，（5）错误。 （6）只要闭合回路中的磁通量发生变化就可产生感应电流，（6）错误。 （7）涡流的产生跟其它感应电流的产生一样，都是由磁通量的变化产生的，可以用楞次定律进行判断，（7）正确。 （8）电磁阻尼是指导体在磁场中运动时，会产生感应电流，同时，感应电流会使导体受到安培力的作用，受力方向总是阻碍导体的运动，本质上依然是电磁感应原理，电磁阻尼是楞次定律在运动学上的体现，（8）正确。 （9）在能量的转移或转化中，都遵循能量守恒定律，电磁驱动同样遵循能量守恒，（9）错误。 （10）电磁驱动和电磁阻尼本质都是电磁感应，都可以产生感应电动势和感应电流，（10）错误。 知识点2 涡流 1、涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 2、涡流大小的决定因素：磁场变化越快(越大)，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。 【典例2-1】如图是高速列车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当金属圆盘D在磁场中运动时，会产生涡流，使圆盘受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　）      A．制动过程中，圆盘不会产生热量 B．制动力的大小与圆盘运动的速度无关 C．换用更强的磁场，制动效果更好 D．如果改变磁场的方向，可以使圆盘获得促进它运动的动力 【答案】C 【详解】A．电磁制动的原理是当金属圆盘D在磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量，故A错误； B．圆盘运动的速度越大，磁通量变化越快，产生的感应电流越强，制动器对转盘的制动力越大，故制动力的大小与导体运动的速度有关，故B错误； C．换用更强的磁场，圆盘受到的安培阻力更大，则制动效果更好，故C正确； D．如果改变磁场的方向，产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故圆盘还是受到阻碍运动的制动力，故D错误。 故选C。 【典例2-2】（多选）电磁炉正常工作时，面板下方的线圈周围产生迅速变化的磁场，使面板上方的铁锅底部产生涡流而发热，则（　　） A．通过线圈的是恒定电流 B．通过线圈的是交变电流 C．用全陶瓷锅替代铁锅也能发热 D．电磁炉正常工作时面板不发热 【答案】BD 【详解】AB．电磁炉工作时，面板下方的线圈周围产生迅速变化的磁场，因此通过线圈的是交变电流，故A错误，B正确； C．电磁炉工作时，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，属于涡流，用全陶瓷锅替代铁锅不能产生涡流，故C错误； D．电磁炉内线圈通过高频交流电，会在上方的铁质锅具中产生涡流，从而加热食品，面板是陶瓷材料制成，不能产生涡流，也就不能产生热，故D正确。 故选BD。 【典例2-3】涡流大小的决定因素：磁场变化越 （越 ），导体的横截面积S越 ，导体材料的电阻率越 ，形成的涡流就越大。 【答案】 快 大 大 小 【详解】略 【变式2-1】电磁炉利用电磁感应产生的涡流，使锅底发热从而加热食物，下列有关说法正确的是（　　） A．锅底中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作 C．环保绝缘材料制成的锅底都可以利用电磁炉来烹饪食物 D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗 【答案】A 【详解】A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确； B．直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误； C．锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误； D．电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，D错误。 故选A。 【变式2-2】（多选）关于涡流，下列说法正确的是（　　） A．涡流会使铁芯温度升高 B．涡流发热，要损耗额外的能量 C．涡流都是有害的 D．金属通以恒定电流会产生涡流 【答案】AB 【详解】A．涡流会使铁芯温度升高，故A正确； B．涡流发热，要损耗额外的能量，故B正确； C．涡流并不都是有害的，比如真空冶炼炉利用涡流炼化金属，故C错误； D．金属通以恒定电流不会产生涡流，故D错误； 故选AB。 【变式2-3】涡流：当线圈中的 随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作 ，简称 。 【答案】 电流 涡电流 涡流 【详解】略 知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 1、电磁阻尼：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、电磁驱动：若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。 3、电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的 效果 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力方向与导体运动方向相同，为动力 能量 转化 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 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 共同点 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动 【典例3-1】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 【详解】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。 【典例3-2】（多选）如图所示，方形铝管静置在足够大的绝缘水平面上，现使一条形磁铁（条形磁铁横截面比铝管管内横截面小）获得一定的水平初速度并自左向右穿过铝管，忽略一切摩擦。则磁铁穿过铝管过程（　　） A．铝管受到的安培力可能先水平向右后水平向左 B．铝管中有感应电流 C．磁体与铝管组成的系统动量守恒 D．磁体与铝管组成的系统机械能守恒 【答案】BC 【详解】A．根据“来拒去留”可知铝管受到的安培力一直水平向右。故A错误； B．磁铁穿过铝管过程，铝管中磁通量发生变化，有感应电流。故B正确； C．磁体与铝管组成的系统所受外力为零，动量守恒。故C正确； D．铝管中感应电流会使铝管发热，电能转化为内能，所以磁体与铝管组成的系统机械能不守恒。故D错误。 故选BC。 【典例3-3】电磁驱动：如果磁铁相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到 力的作用，使导体运动起来，这种作用常常称为 。 【答案】 安培 电磁驱动 【详解】[1][2]电磁驱动：如果磁铁相对于导体转动，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，使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。 【变式3-1】以下哪些现象利用了电磁阻尼规律（　　） ①转动把手时下面的闭合铜线框会随U形磁铁同向转动 ②U形磁铁可以使高速转动的铝盘迅速停下来 ③无缺口的铝管比有缺口的铝管更快使强磁铁匀速运动 ④线圈能使振动的条形磁铁快速停下来 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 【答案】B 【详解】①转动把手时下面的闭合铜线框随U形磁铁同向转动，这是电磁驱动； ②U形磁铁可以在高速转动的铝盘中产生感应涡电流，感应涡电流对铝盘与磁铁间的相对运动有阻碍作用，能使铝盘迅速停下来，这是利用了电磁阻尼规律； ③磁铁通过无缺口的铝管，在铝管中产生感应电流，感应电流对磁铁的相对运动由阻碍作用，能更快使强磁铁匀速运动，这是利用了电磁阻尼规律； ④振动的条形磁铁在线圈中产生感应电流，感应电流对磁铁的相对运动由阻碍作用，能使振动的条形磁铁快速停下来，这是利用了电磁阻尼规律； 可知利用了电磁阻尼规律的现象是②③④。 故选B。 【变式3-2】（多选）关于电磁驱动和电磁阻尼，下列说法正确的是（　　） A．甲图中，当摇动手柄使得蹄形磁铁转动，铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快 B．甲图中，当摇动手柄使得蹄形磁铁转动，铝框会同向转动，但转得比磁铁慢 C．乙图中，在蹄形磁铁两极间自由转动的铜盘，因为摩擦极小，所以能一直转动不会停下 D．乙图中，在蹄形磁铁两极间自由转动的铜盘，就算摩擦极小，也会因产生感应电流而很快停下 【答案】BD 【详解】AB．由电磁驱动原理，图甲中摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转的慢，即同向异步，故A错误，B正确； CD．在蹄形磁铁两极间自由转动的铜盘，就算摩擦极小，也会因产生感应电流，在电磁阻尼的作用下，而很快停下，故C错误，D正确。 故选BD。 【变式3-3】当导体在 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 导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 【答案】 磁场 阻碍 【详解】略 一、单选题 1．下列说法正确的是（　　） A．安培力的方向总是促进导体的运动，称为电磁阻尼 B．安培力阻碍导体的运动，称为电磁驱动 C．涡流都是有害的 D．安检门利用了涡流 【答案】D 【详解】A．当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动的现象，称为电磁阻尼，故A错误； B．磁场相对于导体转动时，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的现象，称为电磁驱动，故B错误； C．真空冶炼炉熔化金属、安检门等都是利用了涡流原理，这些应用都是有益于人类生产生活的应用，故涡流不一定都是有害的，故C错误； D．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品，故D正确。 故选D。 2．空间中有足够大的磁场区域，方向如图所示，磁场内有一个竖直固定的半圆形滑轨，滑轨两端在同一水平线上。闭合金属环从滑轨右端静止滑下，不计一切摩擦，下列说法正确的是（    ） A．若是匀强磁场，环上滑的最大高度小于h B．若是匀强磁场，环上滑的最大高度等于h C．若是非匀强磁场，环上滑的最大高度等于h D．若是非匀强磁场，环上滑的最大高度大于h 【答案】B 【详解】AB．若是匀强磁场，金属环在滑动过程中穿过金属环的磁通量恒定，金属环中不会产生感应电流，金属环的机械能守恒，环上滑的最大高度等于h，A错误，B正确； CD．若是非匀强磁场，金属环在滑动过程中，穿过金属环的磁通量发生变化，金属环中会产生感应电流，会产生焦耳热，则根据能量守恒定律可知，金属环的机械能会减少，环上滑的最大高度会小于h，CD错误。 故选B。 3．对于下列教材中所列的实验和生活用品，说法正确的是（　　） A．码头边轮胎对船舶的保护作用是通过反冲实现的 B．两根通电方向相反的长直导线存在斥力，两斥力是一对平衡力 C．法拉第利用如图所示的实验装置发现了电流的磁效应 D．人们常用电磁炉来加热食物，不可以用陶瓷做成的锅炒菜 【答案】D 【详解】A．码头边轮胎对船舶的保护作用是通过缓冲实现的，故A错误； B．图中，两根通电方向相反的长直导线产生的磁场方向相反，所以两导线相互吸引，是相互作用力，故B错误； C．奥斯特利用丙图实验装置发现了电流的磁效应现象，故C错误； D．丁图中，电磁炉利用在金属锅底中产生的涡流来加热食物，不可以用陶瓷做成的锅炒菜，故D正确。 故选D。 4．下列四幅图分别是回旋加速器、电磁炉、变压器的铁芯、磁流体发电机的结构示意图，下列说法中正确的是（   ） A．随着粒子的运动越来越快，粒子走过半圆的时间间隔越来越短 B．使用电磁炉加热食物时可以使用陶瓷锅 C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的热损失 D．可以判断出通过电阻的电流方向为从上到下 【答案】C 【详解】A．粒子在D形盒中运动的周期为 粒子被电场加速后，运动越来越快，但走过半圆的时间保持不变，故A错误； B．使用电磁炉加热食物时，陶瓷锅中没有自由电荷，不能产生涡流，锅不会产生热，因此不可以使用陶瓷锅，故B错误； C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流，从而减小变压器铁芯中的热损失，故C正确； D．根据左手定则可得，正离子在磁场中受到的洛伦兹力向下，负离子在磁场中受到的洛伦兹力向上，则B板带正电，A板带负电，通过电阻的电流方向为从下到上，故D错误。 故选C。 5．如图，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是毫安表，丁是真空冶炼炉。下列说法正确的是（　　） A．甲图中增加电压U，即可增大粒子获得的最大动能 B．乙图中磁感应强度大小为B，发电通道长为l，宽为b，高为a，外部电阻为R，等离子体以速度v进入矩形发电通道，当开关S闭合后，通过电阻R的电流从M流向N,且发电机产生的最大电动势E=Bav C．丙图中运输毫安表时正负极连接导线是利用了电磁驱动 D．丁图中真空冶炼炉是利用交变电流直接产生热能，从而融化炉内金属的 【答案】B 【详解】A．甲图，粒子在回旋加速器中由洛伦兹力提供向心力 可得解得 若D形盒的半径为R，当时，则粒子的最大动能为 可知粒子的最大动能与电压无关，A错误； B．由左手定则可知，正离子受洛伦兹力向上，偏向上表面，负离子偏向下表面，则上表面电势高，则通过电阻R的电流从M流向N；平衡时满足 解得发电机产生的最大电动势 E=U=Bav 选项B正确； C．运输毫安表时正负极连接导线是利用了电磁阻尼，C错误； D．真空冶炼炉是利用交变电流，使炉内金属中产生涡流，涡流产生的热量融化炉内的金属，D错误。 故选B。 6．一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 【详解】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。 7．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 【详解】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。 二、多选题 8．下列说法正确的是（　　） A．图甲中装置可以利用导体棒左右运动研究磁场对通电导线的作用力方向 B．图乙中增大电子枪的加速电压，粒子在磁场中运动周期不变 C．图丙中真空冶炼炉利用冶炼炉中的涡流产生热量融化金属 D．图丁中一只小鸟站在一条通过500A电流的铜质裸导线上，小鸟不会被电死的原因是两爪之间的电压很小。 【答案】BD 【详解】A．甲图探究产生感应电流的条件，故A错误； B．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 又 得 可见增大电子枪的加速电压，粒子在磁场中运动周期不变，故B正确； C．丙图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，在冶炼炉内金属中产生涡流，产生大量热量，故C错误； D．小鸟两爪的距离很小，所以两爪之间的电压很小，不会被电死，故D正确。 故选BD。 9．利用电磁阻尼现象的规律，可以制成如图所示的电磁制动器。如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。关于该电磁制动器下列说法正确的是（    ） A．该电磁制动器未通过直接接触产生阻力，从而可以避免磨损 B．转盘的速度越大，制动力就越大 C．如果将线圈中的电流反向，将不能起到制动作用 D．因穿过转盘的磁通量未发生变化，转盘中无感应电流 【答案】AB 【详解】A．该电磁制动器未通过直接接触产生阻力，从而可以避免磨损，A正确； B．根据电磁感应定律，转盘的速度越大，感应电流越大，阻碍作用越强，B正确； CD．运动导体可看成无数根过圆心的导体棒并联切割磁场产生感应电流，如果将线圈中的电流反向，由楞次定律转盘产生的安培力依旧阻碍圆盘的转动，能起到制动作用，CD错误。 故选AB。 10．如图所示，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，下列说法正确的有（　　） A．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 B．金属圆盘中的涡流只存在于磁场边界附近 C．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 D．若所加匀强磁场穿过整个圆盘，圆盘也会减速 【答案】AC 【详解】A．所加磁场越强，感应电流越强，安培力越大，对圆盘转动的阻碍越大，故A正确； B．金属圆盘中的涡流是由于磁通量的变化而产生的环形电流存在于磁场所扫过的区域，故B错误； C．把圆盘看成沿半径方向紧密排列的“辐条”，由右手定则知，靠近圆心处电势高，故C正确； D．若将整个圆盘置于磁场中，则圆盘中无感应电流，圆盘将匀速转动，故D错误。 故选AC。 三、解答题 11．我们熟知磁铁不能吸引金银，但有人发现从正规渠道购买的金条能被磁铁“吸”得动起来。某检测员用强磁铁在金条旁边上下、左右、前后缓慢移动时，未发现金条被吸引的现象，在前后快速移动磁铁时，发现金条被“吸”得动起来。请对此现象作出解释。 【答案】见解析 【详解】用强磁铁在金条旁边上下、左右、前后缓慢移动时，穿过金条的磁通量变化较慢，金条中的感应电流很小，和磁铁相互作用很弱，不足以造成金条摆动；前后快速移动磁铁时，穿过金条的磁通量变化较快，金条中产生感应电流，从而和磁铁发生相互作用，发生摆动。 12．观察图像回答下列问题： （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？ （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？ （3）如图丙，转动蹄形磁体，铝框也跟着转动，为什么会这样？ 【答案】（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析 【详解】（1）由图可知，当单匝线圈落入磁场中，线圈最下方的一边在磁场中做切割磁感线运动，由右手定则可知线圈内感应电流的方向为逆时针方向，由左手定则可知线圈受到竖直向上的安培力，所以安培力对线圈的运动有阻碍作用。 （2）当仪表工作时，指针向右转动，由右手定则可知，右侧产生的电流向里，右侧铝框将受到向上的安培力，左侧产生的电流向外，左侧铝框受到向下的安培力，铝框受到的安培力与运动方向相反，安培力对铝框起到了阻碍作用。 （3）转动蹄形磁体时，穿过铝框的磁通量发生变化，铝框中产生感应电流，铝框将受到安培力作用，从而转动起来。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$