第2章 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 自主学习探新知一、 1.(1)麦克斯韦 3.变化 感生电场 二、 1.感应电流 2.快 大 小 3.(1)热效应(2)磁效应 4.产生涡流(1)电阻率(2)硅钢片 三、 1.(1)阻碍(2)电磁阻尼 2.(1)安培力 自我诊断 1.(1)×(2)√ (3)√ (4)×(5)×(6)√ (7)× 2.mg(b-a)+2mo2 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示 导体中的自由电荷在感生电场作用下做定向运 动，产生感应电流。 典例剖析 [例1] [解析] 线圈接通电源瞬间，则变化的磁场产生 变化的电场，从而导致带电小球受到电场力，使其转动， 故 A错误；不论线圈中电流增大或减小都会引起磁场 的变化，从而产生电场，使小球受到电场力，从而转动， 由于电场力的方向与电荷的正负有关，故 B错误；接通 电源后，保持线圈中电流不变，则磁场不变，则不会产生 电场，小球不受到电场力，故C错误；接通电源瞬间小球 受到电场力作用而转动，由于金属小球带负电，再根据 电磁场理论可知，圆盘转动方向与线圈中电流流向相 同，故 D正确。 [答案] D 针对训练 1.D 根据法拉第电磁感应定律可知，磁场变化产生的感 E=Aπr2=kπr2,小球在环上运动一周，则感生电动势 生电场对小球的作用力所做功的大小 W=qE=πr2qk, 故D正确。 要点二 问题导引 提示 电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，利 用变化的磁场产生涡流，进行加热的原理工作。当通上 交替变化极快的电流时，在台板与铁锅底之间产生强大 的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当 磁场内的磁感线通过铁质锅底时会产生无数的涡流，使 锅体本身自行快速发热，就放出大量的热量，然后再作 用于锅内食物，将饭菜者熟。而陶瓷和玻璃是绝缘体， 不能产生感应电流，从而不能加热锅内食物。 典例剖析 [例2] [解析] 增大线圈的匝数，可以增大通过金属杯 的磁通量及磁通量的变化率，从而增大金属杯中产生的 感应电流的大小，增大加热功率，缩短加热时间，A正 确；提高交流电的频率，最大磁通量不变，但交替变化快 也能提高磁通量的变化率，产生更大的感应电流，达到 缩短加热时间的目的，B正确；瓷杯是绝缘体，不能产生 感应电流，不能加热，C错误；取走铁芯，金属杯中的磁 通量变小，磁通量的变化率也变小，从而导致加热功率 变小，加热时间加长，D错误。 [答案] AB 针对训练 2.CD 当探测器靠近金属物体时，金属物体中会产生涡 电流，而金属物体中的电流产生的磁场又引起探测器内 线圈中的磁通量发生变化，进而引起探测器内线圈中电 流的变化，报警器就会发出警报，D正确；由以上分析可 知探测器利用的是电磁感应原理，而不是静电感应现 象，也不是磁场对金属的吸引作用，A、B错误，C正确。 故选C、D。 要点三 问题导引 提示(1)甲图中下端放有闭合线圈的磁体振动时除了 受空气阻力，还受到线圈的磁场阻力，所以很快停止 振动。 (2)当蹄形磁体顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄 形磁体逆时针转动时，线圈也逆时针转动。线圈内产生 感应电流，线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使 线圈转动起来。 典例剖析 [例3] [解析] 根据电磁驱动原理，易拉罐与木框的转 动方向相同，木框的转速总比易拉罐的大，A正确，BC 错误；两个磁铁异名磁极相对或同名磁极相对均可，在 磁极附近的易拉罐导体中都会产生涡流，在磁场受安培 力使易拉罐跟着木框转动起来，D错误。故选A。 [答案] A 针对训练 3.A 施加磁场来快速衰减 STM的微小振动，其原理是 电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量发生变化， 紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培 力作用，其受到的安培力阻碍紫铜薄板振动，即促使其 振动衰减。方案 A中，无论紫铜薄板上下振动还是左 右振动，通过它的磁通量都发生变化。方案 B中，当紫 铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变；当紫铜 薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案C中，紫铜 薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量可能不变。 方案 D中，当紫铜薄板上下振动时，紫铜薄板中磁通量 可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的 衰减最有效的方案是A。 随堂巩固促应用 1.AB 当线圈中的电流增大时，磁场增强，根据楞次定 律，感生电场产生的磁场要阻碍它增强，所以感生电场 为顺时针方向，所以初始状态静止的电子沿逆时针方向 11 运动，在电场力作用下加速运动。当电流减小时，磁场 减弱，根据楞次定律，可知感生电场的方向为逆时针方 向，电子将沿逆时针方向做减速运动。在电子被加速的 过程中，由于磁场的变化，导致电子做圆周运动的周期 变化，故选 A、B。 2.BD 这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出 金属物品携带者，A错误，B正确；若“门框”的线圈中通 上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产 生电流，因而不能检查出金属物品携带者，C错误；安检 门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁 效应，D正确。 3.AD 阻尼器摆动时产生的涡电流源于电磁感应现象， A正确，B错误；阻尼器将机械能转化成电能，C错误； 质量块通过导体板上方时，导体板中涡电流大小与质量 块的速率有关，速率越大，磁通量变化越快，产生的感应 电动势越大，D正确。故选 A、D。 4.AB 把圆盘切割成无数根沿半径方向的导体棒，圆盘 转动时，每一根导体棒都在切割磁感线，但每一根导体 棒所处的磁场强弱不同，每根导体棒产生的感应电动势 不同，故会在圆盘内形成以导体棒为电源的涡流。涡流 产生的磁场对小磁针有带动作用，小磁针跟着圆盘的转 动而同向转动，A、B正确；对于圆盘整体，转动过程中穿 过整个盘面的磁通量不变，C错误；圆盘呈电中性，无磁 场时圆盘的转动不能形成电动势，引起磁针转动的电流 是导体切割磁感线产生的，D错误。 4.互感和自感一、 1.电流变化 变化的磁场 2.互感现象 3.相互靠近 二、 1.变化 变化 本身 2.自感 3.增加 减小 4.逐渐变亮 阻碍 逐渐熄灭 阻碍 三、 1.L 2.匝数 3.亨 H 103 10? 四、 1.(1)能量 (2)能量 2.电流变化 自我诊断 1.(1)× (2)× (3)×(4)√ 2.慢慢 立即 慢慢 慢慢 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示 利用电磁感应把能量从一个线圈传递到另一个 线圈。 典例剖析 [例1] [解析] 线圈 A中的磁场随开关S?的闭合而产 生，随S?的断开而消失。当S?闭合时，线圈 A中的磁 场穿过线圈 B,当 S?闭合，S?断开时，线圈 A在线圈 B 中的磁场变弱，线圈 B中有感应电流，B中电流的磁场 继续吸引D而起到延时的作用，所以 B正确，A错误； 若S,断开，线圈 B中不产生感应电流而起不到延时作 用，所以C正确，D错误。 [答案] BC 针对训练 1.D AB.当开关闭合时，线圈 B的磁通量发生变化，有感 应电动势产生，会在火花塞的两电极 M、N之间产生火 花，AB错误；在相同的磁通量变化情况下，线圈的匝数 越多，则对应的感应电动势越大，因此当 B的匝数比 A 多时，即B线圈产生的电压就高，那么点火效果更好，故 C错误；D.若M、N做成针状，那么这两点的电场强度 强，点火效果更好，故 D正确。 要点二 问题导引 提示 在测量完毕，一毛将电表与线圈断开时，线圈由 于自感而产生一个相对较大的自感电动势，加在二毛的 双手之间，故二毛有强烈的电击感。 典例剖析 [例2] [解析] 当开关S闭合时，A?和A?同时亮，但由 于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈 上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流 从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从 A?通 过，而该电流又将同时分路通过A?和R,所以 A?先达 最亮，经过一段时间电路稳定后，A?和A?达到一样亮； 当开关S断开时，电源电流立即为零，因此 A?立即熄 灭，而对 A?,由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产 生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A?组成的 闭合电路中有感应电流，所以 A?后灭。 [答案] A 针对训练 2.AD 闭合 S时，A?支路中的电流立即达到最大，由于 线圈的自感作用，A?支路电流慢慢增大，A?后亮。A? 中的电流稳定后，线圈的阻碍作用消失，A?与 A?并联， 亮度一样，故 A正确，B错误。S断开时，L和 A?、A?组 成串联的闭合回路，A?和 A?亮度一样，由于L中产生 自感电动势阻碍L 中原电流的消失，故 A?和 A?过一 会才熄灭，故C错误，D正确。综上所述，故选 A、D。 随堂巩固促应用 1.BD 两个线圈之间没有导线相连，也能产生互感现象， A错误；互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线 圈，B正确；互感现象并非都是有益的，有时会影响电路 的正常工作，C错误；变压器是利用互感现象制成的， D正确。 2.D 自感系数是由线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等 因素决定的，故 B、C错误，D正确；自感电动势不仅与自 感系数有关，还与电流变化快慢有关，故 A错误。 12 事高中物理·选择性必修第二册（人教版） 随堂巩固促应用 验证反馈证移运用 1.(电磁感应中的动力学问题)如图所示，在一： A.mgh 匀强磁场中有一U形导线框abcd,线框处于 B.2mgh 水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电 C.大于mgh而小于2mgh 阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在 D.大于2mgh ab、cd上无摩擦地滑动。杆e∫及线框中导3.（电磁感应动力学问题） 线的电阻都可不计。开始时，给ef一个向右 如图所示，L=0.5m, 的初速度，则 ( L,=0.8m,回路总电阻为 R=0.22,M=0.04kg XX XXX 导轨光滑，开始时磁场B。=1T。现使磁感 应强度以AB=0.2Ts的变化率均匀地增 △t A.ef将减速向右运动，但不是匀减速 大，试求：当1为多少时，M刚好离开地面？ B.ef将匀减速向右运动，最后停止 (g取10m/s2) C.ef将匀速向右运动 D.ef将往返运动 2.(电磁感应中的能量问题)如 图所示，质量为m、高为h的 矩形导线框在竖直面内自由 下落，其上下两边始终保持水 平，途中恰好匀速穿过一有理想边界、高亦为 h的匀强磁场区域，线框在此过程中产生的 内能为 提宗请完成《素能提升训练》训练九 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 学习目标 1.了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动的概念，能解释自然现象及解决实际问题。 2.了解涡流的原理，能在问题情境中应用其性质进行分析，获得结论。 3.观察电磁阻尼和电磁驱动现象，了解电磁阻尼和电磁驱动的原理及其在生活、生产中的应用 自主学习探新知 课前预习双巷蒂尖 一、电磁感应现象中的感生电场 (2)感生电场的方向根据闭合电路（或假想的 1.感生电场 闭合电路)中感应电流的方向确定。 (1)定义： 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：由感生电场产生的感应电动势。 40 第二章电磁感应 3.电子感应加速器是使用 的磁场产生：这自我诊断 的电场力对电子做功使电子不断地 1.判断下列说法的正误（正确的画“/”，错误的 加速的设备。 画“×”)。 二、涡流 1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的 (1)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组 就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流， 成闭合回路，故导体不会发热。 () 简称涡流。 (2)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。 2.涡流大小的决定因素：磁场变化越 (会号越大)，导体的横截面积S越 (3)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的 导体材料的电阻率越 ,形成的涡流 转化。 就越大。 (4)电磁驱动中有感应电流产生，电磁阴尼中 3.应用 没有感应电流产生。 ( (1)涡流 的应用：如真空治炼炉。 (2)涡流 的应用：如探雷器、安检门。 (5)磁场可以对电荷做功。 ( 4.防止 (6)感生电场可以对电荷做功 ( 电动机、变压器等设备中为防止铁芯中 (7)磁场越强，磁场变化时产生的感生电场 而导致浪费能量、损坏电器，应采取如 越强 ( 下措施。 2,光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图 (1)途径一：增大铁芯材料的 (2)途径二：用相互，绝缘的 叠成的铁 所示，抛物线的方程为y=x,其下半部处在 芯代替整块硅钢铁芯。 一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界 三、电磁阻尼和电磁驱动 是y=a的直线（如图中的虚线所示）。一个 1.电磁阻尼 质量为m的小金属块从抛物线上y=b(b>a) (1)产生：当导体在磁场中运动时，感应电流 处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长， 会使导体受到安培力，安培力总是 重力加速度为g,则金属块在曲面上滑动的 导体的运动。 (2)应用：电学仪表中利用 使指针很 过程中产生的焦耳热总量为 快地停下来，便于读数 2.电磁驱动 (1)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 ●●●●●●●● ●●液●●● 培力的作用， 使导体运动起来。 (2)应用：交流感应电动机。 41 事高中物理·选择性必修第二册（人教版） 互动探究解疑难 要点归纳重雄突碳 要点一 对感生电场的理解 口问题导引 在圆板的中部有一个线圈，圆板的四周固定 如图，一个闭合电路静止于 磁场交超 着一圈带电的金属小球，如图所示。当线圈 磁场中，由于磁场强弱的变化， 接通电源后，将有图示方向的电流流过，则下 闭合电路内产生了感生电动势， 列说法正确的是 产生了感生电流，你知道原 A.接通电源瞬间，圆板不会发生转动 理吗？ B.线圈中电流的增大或减小会引起圆板向 相同方向转动 C.接通电源后，保持线圈中电流不变，圆板 转动方向与线圈中电流流向相同 D.若金属小球带负电，接通电源瞬间圆板转 。探究升华 动方向与线圈中电流流向相同 1.产生：如图所示，变化的磁场周围产生感生电 川规律方法川 场，与是否存在闭合电路无关。如果在变化 判断感生电场方向的思路 的磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生 以实际存在或 回路中磁 假设存在的垂 场方向 桥次定律 电场的作用下发生定向移动。 直于磁场的环 回路中猫 安培定期 电流的 形回路为研究 通量变化 感生电场的方向 对象 情况 口针对训练 2.方向：闭合环形回路（可假定存在）的电流方：1，英国物理学家麦克斯韦认为， 向就表示感应电场的电场方向。依据实际存 磁场变化时会在空间激发感生 在的或假定存在的回路结合楞次定律判定感 电场。如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环 应电场的方向。 水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环 3.感生电场可用电场线形象描述：感生电场是 上套一带电荷量为十g的小球。已知磁感应 一种涡旋电场，电场线是闭合的：而静电场的 强度B随时间均匀增加，其变化率为k,若小 电场线不闭合。 。典例剖析 球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用 [例1门著名物理学家费曼带电金属小球线网 力所做功的大小是 ( 曾设计这样一个实验装 A.0 B.zrok 置：一块绝缘圆板可绕其 C.2πr2qk D.xr'gk 中心的光滑轴自由转动， 42 第二章电磁感应 要点二涡流 口问题导引 @典例剖析 在现代家庭的厨 [例2]（多选）如图所示，在线圈上端放置一 房中，电磁炉（如图所 润流 盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几 示)是人们非常青睐的 分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加 炊具，它具有热效率 热时间，下列措施可行的有 () 敲块 高，温控准确、安全性 力丝 好、清洁卫生等特点。你知道电磁炉的锅不能 用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是什么吗？ 铁 交流电源 A.增加线圈的匝数 B.提高交流电源的频率 探究升华 C.将金属杯换为瓷杯 1.涡流的本质：电磁感应现象。 D.取走线圈中的铁芯 2.产生涡流的两种情况 针对训练 (1)块状金属放在变化的磁场中。 2.(多选)考生入场时，监考老师要用金属探测 (2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中 器对考生进行安检后才允许其进入考场。探 运动。 测器内有通电线圈，当探测器靠近金属材料 物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化， 3.产生涡流时的能量转化：伴随着涡流现象，其 报警器就会发出警报：靠近非金属物体时则 他形式的能转化成电能，最终在金属块中转 不发出警报。关于探测器的工作原理，下列 化为内能。 说法正确的是 (1)金属块放在变化的磁场中，磁场能转化为 A.探测器利用的是静电感应现象 电能，最终转化为内能。 B.探测器利用的是磁场对金属的吸引作用 (2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场 C,探测器利用的是电磁感应现象 中运动，由于克服安培力做功，金属块的机械 D.当探测器靠近金属物体时，能在金属中形 能转化为电能，最终转化为内能。 成涡流，进而引起线圈中电流的变化 要点三 电磁阻尼与电磁驱动 口问题导引 (2)如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁 (1)如图甲所示， 体时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是 将磁体在同一高 什么力？ 度释放，下端放 有闭合线圈的那 块磁体很快停止 甲 振动，而另一个 磁体能振动较长时间，如何解释这个现象？ 43 事高中物理·选择性必修第二册（人教版） 口探究升华 A.木框的转速总比易拉罐的大 电磁阻尼和电磁驱动的比较 B.易拉罐与木框的转动方向相反 C.易拉罐与木框保持相同的转速同方向 电磁阻尼 电磁驱动 转动 由导体在磁场中运 成因 动形成的 由磁场运动而形成的 D.两个磁铁必须异名磁极相对 川规律方法川 不效果 安培力方向与导体运 安培力方向与导体运 ()由橱次定律的推广含义知，线园的运动可以阻 动方向相反，为阻力 动方向相同，为动力 得两者间的相对运动，所以其角速度必小于磁体转动 点 克服安培力做功，其 磁场能转化为电能，通 的角速度。 能量 他形式的能转化为电 过安培力做功，电能转 (2)电磁爽动和电磁租尼的联系：电越里动和电磁 转化 能，最终转化为内能 化为导体的机械能 阻尼现象中安培力的作用效果均为阻碍乎体可的相对 运动。 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都 共同点 是阻碍导体与磁场间的相对运动 口针对训练 川易错警示川 3.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表 电磁阻尼、电磁骡动都是电磁感应现巢，都连磁园 面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振 次定律。 动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向 口典例剖析 对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来 [例3]如图，将一个空的铝质易拉罐倒扣于 快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时， 笔尖上，在“冂”形木框两侧各固定一个强铷 按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场：出 磁铁，用电钻控制木框匀速转动，发现木框虽 现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的 然不与易拉罐接触，但易拉罐也会随木框转 衰减最有效的方案是 () 动。则下列说法正确的是 扫描 木框 紫用脚板 磁铁 易拉摔 随堂巩固促应用 验证反馈迁移运用 1.（感生电场)（多选）现代 如图所示（上部分为侧视图，下部分为真空室 科学研究中常要用到高 速电子，电子感应加速 真空室 的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的 圆周上运动，当电磁铁线圈通有图中所示的 器就是利用感生电场使 电流时 电子加速的设备。电子 A.若线圈中电流增大，初始状态静止的电子 感应加速器主要由上、 在轨道上逆时针运动 下为电磁铁的两个磁极 B.若电子沿逆时针方向运动，保持电流的方 和环形真空室组成。当 向不变，当电流增大时，电子将加速 电磁铁线圈通以变化的电流时，产生变化的 C.若电子沿逆时针方向运动，保持电流的方 磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量 向不变，当电流减小时，电子将加速 也随时间变化，这时真空室空间内就产生感 D.电子被加速时做圆周运动的周期不变 生电场，电子在感生电场的作用下得到加速。 44 第二章电磁感应《 2.(涡流的应用)（多选）安检门是一个用于安全：B.阻尼器摆动时产生的涡电流源于外部电 检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交 源供电 变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金 C.阻尼器将电能转化成机械能 属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场 D.质量块通过导体板上方时，导体板中祸电 又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。 流大小与质量块的速率有关 以下关于这个安检门的说法正确的是( ):4.(电磁驱动)（多选）1824年，法国科学家阿拉 A.这个安检门也能检查出毒品携带者 果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜 B.这个安检门只能检查出金属物品携带者 圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线 C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流， 悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。 也能检查出金属物品携带者 实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆 D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现 盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转 象，又利用了电流的磁效应 动起来，但略有滞后。下列说法正确的是 3.(电磁阻尼)（多选）2024 年9月16日，台风“贝碧 嘉”登陆上海后，“中国第 铜圆盘( 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，该阻尼器 A.圆盘上产生了感应电动势 采用了涡电流技术，带有永磁体的质量块附 B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动 着在阻尼器的底部。质量块在摆动中通过导 C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整 体板上方时，导体板内产生涡电流。关于阻 个圆盘的磁通量发生了变化 尼器，下列说法正确的是 D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成 A.阻尼器摆动时产生的涡电流源于电磁感 电流，此电流产生的磁场导致磁针转动 应现象 提宗请完成《素能提升训练》训练十 4.互感和自感 学习目标 1,了解互感现象及互感现象的应用，知道什么是互感现象和自感现象。 2,观察通电自感和断电自感实验现象，了解自感现象，认识自感电动势的作用，能够通过电磁感应的有关规 律分析通电自感和断电自感现象。 3.了解自感现象中自感电动势的作用，了解自感电动势的表达式E-LA ,理解自感系数和自感系数的决定因素。 4.通过对自感现象的研究，了解磁场的能量 45