2.3 涡流，电磁阻尼和电磁驱动(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理选择性必修第二册同步学习指导(人教版2019)

# # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; ３．涡流、电磁阻尼和电磁驱动 ! " # $ % & 明确目标·梳理脉络 课标要求 １．了解感生电场及其作用，知道感生电动势产生的原因。 ２．了解涡流现象和涡流在生产、生活中的应用。 ３．理解电磁阻尼和电磁驱动，了解它们在实际生活中的应用。 素养目标 １．物理观念：通过实验，了解电磁阻尼和电磁驱动。 ２．科学思维：了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。会判断感生电动势的方向，并会计 算它的大小。 ３．科学探究：通过实验了解涡流现象，知道涡流是怎样产生的，了解涡流现象的利用和危害。 ４．科学态度与责任：通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生产生活中的应用。 ' ( ) * + , 教材梳理·落实新知 电磁感应现象中的感生电场 　 　 １．感生电场 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 磁场变化时，感应电动势是由感生电场　 产生的，它也叫感生电动势。 ３．感生电场的方向 感生电场的方向，可用安培定则判断，磁场 增大时，大拇指指向磁场反方向，四指环绕方向 就是感生电场方向，反之也是。 涡流 　 　 １．定义 在变化的磁场中的导体内产生的感应电　 ， 就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称 涡流。 　 　 ２．涡流的特点 若金属的电阻率小，涡流往往很强　 ，产生 的热量　 　 　 。 ３．涡流的应用 （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　 　 、安检　 。 ４．涡流的防止 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：用相互绝缘的硅钢片　 叠成的 铁芯代替整块硅钢铁芯。 『判一判』 （１）涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为 穿过导体的磁通量变化而产生的。 （　 ） （２）涡流有热效应，但没有磁效应。 （　 ） （３）电磁灶是在金属锅体中产生热效应，从而达 到加热和烹饪食物的目的。 （　                                    ） !'' ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # （４）制造变压器用的铁芯是利用了涡流。 （　 ） 『想一想』 　 　 金属探测器是一种专门用来探测金属的仪 器（如图），除了用于探测有金属外壳或金属部 件的地雷之外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内 的电线、埋在地下的水管和电缆，甚至能够地下 探宝，发现埋藏在地下的金属物体。你能说明 其工作原理吗？ 电磁阻尼 　 　 １．概念 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。 ２．应用 磁电式仪表中利用电磁阻尼　 使指针迅速 停止摆动，便于读数。 交流感应电动机。 『判一判』 （５）发生电磁驱动时，导体与磁场的速度应相同。 （　 ） 『想一想』 　 　 （２０２４·广东佛山高二期末）如图所示，铝 制小球通过轻绳悬挂于Ｏ点，在Ｏ点正下方水 平地面上放置一块磁铁。现将小球从ａ位置由 静止释放，小球从左向右摆动，磁铁始终保持静 止，忽略空气阻力，问： （１）小球能否摆到右侧与ａ点等高的ｃ点？ 为什么？ （２）小球从ａ位置出发摆到右侧最高点的 过程中，磁铁对地面的压力大小如何变化？磁 铁所受的摩擦力方向如何？（无须说明原因                                                      ） ' - . / 0 1 细研深究·破疑解难 电磁感应现象中的感生电场 探究 要点提炼 　 　 １．产生：如图所示，当磁场变化时，产生感生 电场。感生电场的电场线是与磁场垂直的曲线。 ２．方向：闭合环形回路（可假定存在）的电 流方向就表示感生电场的电场方向。依据实验 存在的或假定存在的回路结合楞次定律判定感 生电场的方向             。 !'( # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; ３．感生电场与静电场的比较 静电场 感生电场 产生条件 由电荷激发 由变化的磁场激发 电场线 特点 静电场的电场线总是 始于正电荷，终止于 负电荷，不闭合、不相 交、也不相切 感生电场的电场 线是闭合曲线，没 有终点和起点 电场对电 荷做功 单位正电荷在静电 场中沿闭合路径运 动一周时，电场力所 做的功为零 单位正电荷在感生 电场中沿闭合路径 运动一周时，电场 力所做的功不为零 电场方 向的判 断方法 正电荷所受电场力 的方向与静电场的 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 和安培定则判 断的 典例剖析 １．某空间出现了如图所示的一组闭合电场 线，方向从上向下看是顺时针方向，这可能 是 （　 ） Ａ．沿ＡＢ方向磁场在迅速减弱 Ｂ．沿ＡＢ方向磁场在迅速增强 Ｃ．沿ＢＡ方向磁场恒定不变 Ｄ．沿ＢＡ方向磁场在迅速减弱 判断感生电场方向的思路 　 　 对点训练? 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Ｂ，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， 试求感生电场对小球的作用力所做功的大小。 对涡流的理解 探究 要点提炼 　 　 １．对涡流的理解 本质电磁感应现象 条件穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身可自行构成闭合回路 特点整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大 　 　 ２．产生涡流的两种情况 （１）块状金属放在变化的磁场中。 （２）块状金属进出磁场或在非匀强磁场中 运动。 ３．产生涡流时的能量转化：伴随着涡流现 象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中 转化为内能。 （１）金属块放在了变化的磁场中，则磁场能 转化为电能，最终转化为内能                                                                        。 !') ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # （２）如果是金属块进出磁场或在非匀强磁 场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机 械能转化为电能，最终转化为内能。 ４．涡流的应用与防止 （１）应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等。 （２）防止：为了减小电动机、变压器铁芯上 的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用 相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢 铁芯。 典例剖析 ２．（２０２４·江苏南通高二期末）如图所示， 把一铁块放入通电线圈内部、一段时间后， 铁块就会“烧”得通红。下列说法中正确的是 （　 ） Ａ．铁块中产生了涡流 Ｂ．线圈接的是干电池 Ｃ．如果是用木块放在线圈内部，木块可能 会燃烧 Ｄ．如果是将手指伸入线圈内部，手指可能 被“烧”伤 　 　 对点训练? （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．将金属杯换为陶瓷杯 Ｄ．取走线圈中的铁芯 电磁阻尼与电磁驱动 探究 要点提炼 　 　 １．电磁驱动和电磁阻尼的形成原因 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状 态时，穿过线圈的磁通量为零。 当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的 磁通量就增加了，根据楞次定 律，此时线圈中就有感应电流产 生，以阻碍磁通量的增加，因而 线圈会跟着蹄形磁铁一起转动起来。 　 　 从动力学的观点来看，线圈中产生的感应 电流受到的安培力是使线圈转动起来的动力， 对线圈而言是电磁驱动；而线圈对磁铁的作用 力对磁铁的转动起阻碍作用，对磁铁而言是电 磁阻尼，因此电磁驱动和电磁阻尼是相对的两 个方面，不可分割。 　 　 ２．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， 阻碍物体运动 导体受安培力的方 向与导体运动方向 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， 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 !'* # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; 　 　 电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的效果 是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中导体的运 动速度仍要小于磁场的运动速度。 典例剖析 ３．如图所示，一根长为１． ２５ ｍ的无 缝空心铝管竖直放置，把一枚磁性 比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放 入管口，磁体直径略小于铝管的内径。 让磁体从管口处由静止下落，在下落的 过程中始终没有跟铝管内壁发生接触，重力加速度 ｇ取１０ ｍ／ ｓ２。有关磁体在铝管中下落的过程， 下列说法可能正确的是 （　 ） Ａ．磁体经０． ５ ｓ穿出铝管 Ｂ．磁体受到铝管中涡流的作用力方向先向上 后向下 Ｃ．磁体一直做加速运动 Ｄ．磁体的机械能先增大后减小 　 　 对点训练? （２０２４·广东广州高二期末） 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Ｆｆ，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                                        ｖ ' 2 3 4 　 　 　 　 　 5 6 7 8 9 : 以题说法·启智培优 感生电动势与动生电动势的对比 项目 感生电动势 动生电动势 成因示例 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 ΔΦ产生 的原因 磁场变化产生电动 势，ΔΦ是磁场变化 而产生的 导体运动产生电 动势，ΔΦ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Ｅ ＝ ｎ ΔΦ Δｔ 计算 由Ｅ ＝ Ｂｌｖｓｉｎ θ 计算，也可由Ｅ ＝ ｎ ΔΦ Δｔ 计算 　 　 案例　 （２０２４·河北承德高二开学考 试）如图甲所示，间距Ｌ ＝ １ ｍ的足够长倾斜导 轨倾角θ ＝ ３７°，导轨顶端连接阻值Ｒ ＝ １ Ω的电 阻，ＭＮ左侧存在一面积Ｓ ＝ ０． ６ ｍ２的圆形磁场 区域，磁场方向垂直于斜面向下，磁感应强度大 小随时间变化关系如图乙所示。ＭＮ右侧存在 着方向垂直于斜面向下的匀强磁场，磁感应强 度大小为Ｂ１ ＝ １ Ｔ。一长Ｌ ＝ １ ｍ、电阻ｒ ＝ １ Ω 的金属棒ａｂ与导轨垂直放置，ｔ ＝ ０至ｔ ＝ １ ｓ，金 属棒ａｂ恰好能静止在导轨上，之后金属棒ａｂ开 始沿导轨下滑，经过足够长的距离经过ＥＦ，且 在经过ＥＦ前速度已经稳定，最后停止在导轨 上。已知ＥＦ左侧导轨均光滑，ＥＦ右侧导轨与 金属棒间的动摩擦因数μ ＝ ３４，不计导轨电阻与 其他阻力，金属棒始终与导轨接触良好，ｓｉｎ ３７° ＝ ０． ６，ｃｏｓ ３７° ＝ ０． ８，取ｇ ＝ １０ ｍ ／ ｓ２。求： （１）０ ～ １ ｓ内流过电阻的电流和金属棒ａｂ 的质量； （２）金属棒ａｂ经过ＥＦ后电阻Ｒ上产生的焦 耳热； （３）金属棒ａｂ经过ＥＦ后通过电阻Ｒ的电 荷量。 答案：（１）０． ３ Ａ　 ０． ０５ ｋｇ　 （２）０． ００４ ５ Ｊ　 （３）０．０３ Ｃ 解析：（１）根据法拉第电磁感应定律可得 ０ ～ １ ｓ内回路中的感应电动势Ｅ ＝ ΔΦ Δｔ ＝ Ｓ·ΔＢ Δｔ ＝ ０． ６ Ｖ， 根据闭合电路的欧姆定律可得流过电阻的 电流Ｉ ＝ ＥＲ ＋ ｒ ＝ ０． ３ Ａ， 设金属棒ａｂ的质量为ｍ，这段时间内金属 棒ａｂ受力平衡，即ｍｇｓｉｎθ ＝ Ｂ１ ＩＬ， 解得ｍ ＝ ０． ０５ ｋｇ。 （２）设金属棒ａｂ经过ＥＦ时的速度大小为 ｖ，此时回路中的感应电动势Ｅ′ ＝ Ｂ１Ｌｖ， 回路中的电流Ｉ′ ＝ Ｅ′Ｒ ＋ ｒ， 导体棒ａｂ受力平衡，即Ｂ１ Ｉ′Ｌ ＝ ｍｇｓｉｎ θ， 解得ｖ ＝ ０． ６ ｍ ／ ｓ， 设金属棒ａｂ从经过ＥＦ到最终停下的过程 中下滑的距离为ｘ，根据功能关系有Ｑ总＝ ｍｇｘｓｉｎ θ ＋ １２ ｍｖ ２ － μｍｇｘｃｏｓ θ， 又ｍｇｓｉｎ θ － μｍｇｃｏｓ θ ＝ ０， 电阻Ｒ上产生的焦耳热ＱＲ ＝ ＲＲ ＋ ｒ Ｑ总 ＝ ０． ００４ ５ Ｊ。 （３）设金属棒ａｂ从经过ＥＦ到最终停下的 过程中，回路中的平均电流为Ｉ，经历时间为ｔ， 对金属棒ａｂ根据动量定理有（－ Ｂ１ ＩＬ ＋ ｍｇｓｉｎ θ － μｍｇｃｏｓ θ）ｔ ＝ ０ － ｍｖ， 且ｑ ＝ Ｉｔ， 解得ｑ ＝ ０． ０３ Ｃ                                                                    。 !(" # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; ' 2 ; " < = 沙场点兵·名校真题 一、电磁感应现象中的感生电场 １．（多选）下列说法中正确的是 （　 ） Ａ．感生电场由变化的磁场产生 Ｂ．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 Ｃ．感生电场的方向同样也可以用楞次定律和 右手螺旋定则来判定 Ｄ．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一 定是沿逆时针方向 ２．（２０２４·浙江舟山高二期末）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。如图所示， 上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极； 下面为磁极之间真空室的俯视图。若从上往 下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运 动，改变电磁体线圈中电流的大小可使电子 加速。则下列判断正确的是 （　 ） Ａ．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 Ｂ．通入电磁体线圈的电流在增强 Ｃ．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 Ｄ．电子在轨道中做圆周运动的向心力是电 场力 二、涡流 ３．高频焊接原理示意图 如图所示，线圈通以高 频交流电，金属工件的 焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接， 要使焊接处产生的热量较大，下列措施不可 采用是 （　 ） Ａ．减小焊接缝的接触电阻 Ｂ．增大焊接缝的接触电阻 Ｃ．增大交变电流的电压 Ｄ．增大交变电流的频率 ４．（２０２４·福建南靖县高二期中）如图所示为高 频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应 原理产生涡流加热的，电磁炉工作时产生的 电磁波，是由线圈内高频变化的电流产生的 且完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁 质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。 关于电磁炉，以下说法正确的是 （　 ） Ａ．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性 水分子振动和旋转来对食物加热的 Ｂ．电磁炉和电炉一样是让电流通过电阻丝产 生热量来对食物加热的 Ｃ．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含 铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加 热的 Ｄ．目前家庭购买的电磁炉加热食物时通常用 的是铁质锅，不用铝锅的原因是铝锅放在 电磁炉上锅底不会产生涡流 三、电磁阻尼 ５．如图所示是电流表的内部结构，以下说法正 确的是 （　 ） Ａ．为了测量电流时更加灵 敏，框架应该用塑料框 Ｂ．因为磁场是辐向磁场， 所以框架在转动的过程 中穿过框架的磁通量没有改变 Ｃ．框架在转动的过程中有感应电流产生，感 应电流方向与外界的电流方向相反 Ｄ．                                                                    电表在运输的过程中不需要做任何的处理 !(# ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # 四、电磁驱动 ６．（２０２４·山东青岛高二期末） 如图所示，导体小球Ａ在光 滑的绝缘水平圆形轨道上 处于静止状态，现在使小球 正上方的条形磁铁在轨道 正上方做匀速圆周运动，转速为ｎ。关于小球 的运动，下列说法正确的是 （　 ） Ａ．磁铁转动过程中远离小球时小球加速，靠 近小球时小球减速 Ｂ．安培力对小球做的功大于小球动能的增加 Ｃ．安培力对小球做的功等于小球内部产生的 焦耳热和小球动能的增量 Ｄ．运动稳定后，小球的转速最后等于ｎ 请同学们认真完成练案［７                ］ ４．互感和自感 ! " # $ % & 明确目标·梳理脉络 课标要求 １．了解互感现象及互感现象的应用。 ２．了解自感现象，认识自感电动势的作用。 ３．知道自感系数的意义和决定因素。会分析自感现象中电流的变化。 素养目标 １．物理观念：知道互感现象与自感现象是磁场能变化的一种表现；知道互感现象与自感现象的防止 和应用。 ２．科学思维：会从法拉第电磁感应定律的视角认识自感现象，了解自感系数，体会推理分析的科学 思维方法。 ３．科学探究：通过实验了解互感与自感现象，会用自感与互感解释简单的电磁现象。 ４．科学态度与责任：通过本节课的探究活动，培养学生参与科学探究活动的热情和实事求是 的科学素养。 ' ( ) * + , 教材梳理·落实新知 互感现象 　 　 １．互感 互不相连的并相互靠近的两个线圈，当一 个线圈的电流变化时，它所产生的变化的磁场 会在另一个线圈中产生感应电动势　 ，这种现 象叫作互感。 　 　 ２．互感电动势 互感现象中的电动势叫互感电动势　 。 ３．互感的应用和危害 （１）互感现象可以把能量由一个线圈传递到 另一个线圈　 。变压器就是利用互感现象制成的。 （２）在电力工程和电子电路中，互感现象　 有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小 电路间的互感               。 !($ 得ｖ１ ＝ ｖ２ ＝ ｖ０２ ，两导体棒速度方向相反，Ｂ错误；两导体棒产 生的焦耳热均为Ｑ，由能量守恒可得２Ｑ ＝ １２ ｍｖ０ ２ － １ ２ ｍｖ１ ２ ＋ １２ ｍｖ２( )２ ，解得Ｑ ＝ ｍｖ０ ２ ８ ，Ｃ错误；设通过ＰＱ棒某一 横截面的电荷量为ｑ，可得ｑ ＝ Ｉｔ，对ＰＱ棒，由动量定理得ＩＬＢｔ ＝ ｍｖ２联立解得ｑ ＝ ｍｖ０２ＢＬ，Ｄ正确。 ４．（１）槡６ Ｔ　 （２）２ ｍ ／ ｓ２ 　 （３）１７６３ Ｊ 解析：（１）ｔ ＝ ４ ｓ后导体棒做匀速直线运动，此时的感应电动 势为Ｅ１ ＝ ＢＬｖ１， 感应电流为Ｉ１ ＝ Ｅ１Ｒ ＋ ｒ， 根据平衡条件有ＢＩ１Ｌ ＝ ｍｇ， 解得Ｂ 槡＝ ６ Ｔ。 （２）ｔ ＝ ２ ｓ时，感应电动势为Ｅ２ ＝ ＢＬｖ２， 感应电流为Ｉ２ ＝ Ｅ２Ｒ ＋ ｒ， 根据平衡条件有ｍｇ － ＢＩ２Ｌ ＝ ｍａ， 解得ａ ＝ ２ ｍ ／ ｓ２。 （３）前２ ｓ内，感应电动势的平均值为Ｅ ＝ΔΦｔ ＝ ＢＬｘ ｔ ， 感应电流的平均值为Ｉ ＝ ＥＲ ＋ ｒ， 根据电流的定义式有Ｉ ＝ ｑｔ ， 根据动量定理有ｍｇｔ － ＢＩＬｔ ＝ ｍｖ２， 根据能量守恒定律有ｍｇｘ ＝ １２ ｍｖ２ ２ ＋ Ｑ总， 电阻Ｒ上产生的焦耳热Ｑ ＝ ＲＲ ＋ ｒＱ总， 解得Ｑ ＝ １７６３ Ｊ。 ３．涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课前预习反馈 　 　 知识点１：１．电场　 电荷　 ２．感生电场 　 　 知识点２：１．感应电流　 ２．很强　 很多　 ３．（１）真空冶炼炉 　 电磁炉　 （２）探雷器　 安检门　 ４．（１）电阻率　 （２）硅钢片 判一判 　 　 （１）√　 （２）× 　 （３）√　 （４）× 想一想 　 　 见解析 解析：金属探测器是利用涡流工作的。交变电流通过金属探 测器的线圈时，会产生的磁场。如果探测器周围有金属，金属内便 产生涡流，涡流本身又会产生磁场反过来影响原有的磁场。这样就 会引发探测器发出鸣叫声。 　 　 知识点３：１．感应　 阻碍　 ２．电磁阻尼 判一判 　 　 （５）× 想一想 见解析 解析：（１）铝制小球可以等效为很多垂直于运动平面的圆环， 这些圆环在摆动过程中由于其磁通量发生变化，会产生感应电流， 电流有热效应，会使小球的机械能减少，因此小球不能摆到右侧与ａ 点等高的ｃ点。 （２）我们取一个垂直于运动平面、平行于水平面的圆环来 研究，当它处于磁铁Ｎ极正上方时如 图，在圆环从位置ａ到位置ｂ的过程 中由楞次定律知圆环内部产生向下 的磁场，即圆环下方等效为Ｎ极，与 磁铁是相互排斥，磁铁静止不动，所 以地面给磁铁的支持力变大，磁铁对 地面的压力变大，同理圆环从位置ｂ 向右运动时，磁铁对地面的压力变小，则磁铁对地面的压力大小 先变大，后变小；在圆环从位置ａ到位置ｂ的过程中，会有电磁阻 尼的作用，电磁阻尼作用有向左的分力，反过来圆环通过磁场对磁 铁有向右的作用力，则地面给磁铁有水平向左的静摩擦力，同理圆 环从位置ｂ到右侧最高点的过程中，地面给磁铁还是有水平向左的 静摩擦力。 课内互动探究 　 　 探究一 例１：Ａ　 感生电场的方向从上向下看是顺时针方向，假设 在感生电场内有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下 看也是顺时针方向，由安培定则可知，感应电流的磁场方向向 下，根据楞次定律可知，原磁场变化情况有两种可能：原磁场沿 ＡＢ方向减弱，或原磁场沿ＢＡ方向增强，所以Ａ项正确。 对点训练?：见解析 解析：根据法拉第电磁感应定律可知，磁场变化产生的感生 电动势为Ｅ ＝ ΔＢ Δｔπ ｒ２ ＝ 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为Ｗ ＝ ｑＥ ＝ πｒ２ｑｋ。 　 　 探究二 例２：Ａ　 当线圈通入变化的电流时，会在线圈内部会产生 变化的磁场，而铁块放在线圈内部，则在铁块内部会有变化的磁 场，而变化的磁场能够产生电场，因此会在铁块内部形成涡流， 而根据电流的热效应，铁块会被“烧”得通红，故Ａ正确；干电池 提供的是直流电，当线圈接干电池时，线圈中的电流恒定，将产 生恒定的磁场，不能产生变化的磁场，而根据电磁感应原理可 知，恒定的磁场不能产生电场，则铁块中不能产生涡流，铁块也 不会被“烧”得通红，故Ｂ错误；由于木块不是导体，因此木块放 在线圈内部时木块中不会有感应电流产生，木块也不可能会燃 烧，故Ｃ错误；人的手指虽然是导体，但电阻较大，产生的涡流较 小，因此手指不可能被“烧”伤，故Ｄ错误。 对点训练?：ＡＢ　 当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在 变化的磁场中产生涡流发热，使水温升高。要缩短加热时间，需 增大涡流，即增大感应电动势或减小电阻。增加线圈匝数、提高 交变电流的频率都可以增大感应电动势，陶瓷杯不能产生涡电 流，取走铁芯会导致磁性减弱而减小感应电动势。 　 　 探究三 例３：Ｃ　 因为是无缝空心铝管，所以磁体下落时会产生电 磁感应，故会出现涡流，根据楞次定律可知会产生阻力，阻碍磁 体的下落。开始时，速度较小，阻力小于重力，合力向下，当速度 逐渐增大时，磁体所受阻力也增大，加速度减小。因为磁体受到 铝管中涡流的作用力方向一直向上，所以小球的运动时间一定 比自由落体时的时间长，故Ａ、Ｂ错误；磁体可能没有达到最大速 度就穿过了铝管，一直做加速运动，故Ｃ正确；由于一直存在阻力做 负功，所以磁体的机械能一直减小，故Ｄ错误。 对点训练?：Ｄ　 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；金属棒被驱动意味 着做加速运动，由Ｆ安＝ ＩＬＢ，Ｅ ＝ ＢＬｖ，Ｅ ＝ Ｉ（Ｒ ＋ ｒ），得Ｆ安＝ Ｂ２Ｌ２ ｖ Ｒ ＋ ｒ，由左手定则得，棒ａｂ受向右的安培力，当Ｆ安＞ Ｆｆ 时，棒 ａｂ开始运动，即Ｂ ２Ｌ２ ｖ Ｒ ＋ ｒ ＞ Ｆｆ，得ｖ ＞ Ｆｆ（Ｒ ＋ ｒ） Ｂ２Ｌ２ ，当棒运动后，                                                                      设棒相 —２３６— 对于磁场向左运动的速度为Δｖ，由Ｆ安＝ ＩｌＢ，Ｅ ＝ ＢｌΔｖ，Ｅ ＝ Ｉ（Ｒ ＋ ｒ）得Ｆ ＝ Ｂ ２Ｌ２Δｖ Ｒ ＋ ｒ ，当Δｖ减小到 Ｂ２Ｌ２Δｖ Ｒ ＋ ｒ ＝ Ｆｆ，即Δｖ ＝ Ｆｆ（Ｒ ＋ ｒ） Ｂ２Ｌ２ 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；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。 课堂达标检测 １． ＡＣ　 变化的磁场可以在周围空间激发电场，选项Ａ正确；恒 定的磁场在周围空间不能产生电场，选项Ｂ错误；感生电场的 方向同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定，选项Ｃ正 确；感生电场的电场线是闭合曲线，其电场方向可根据磁场的 变化情况由楞次定律和右手螺旋定则判断，选项Ｄ错误。 ２． Ｂ　 电子沿逆时针方向加速，则电子所受电场力沿逆时针方 向，所以感生电场的方向沿顺时针方向，Ａ错误；当电磁体线 圈电流的方向与图示方向一致时，若电流增大，根据楞次定 律，可知涡旋电场的方向为顺时针方向，电子将沿逆时针方向 做加速运动，Ｂ正确；由于感生电场使电子加速，即电子在轨 道中加速的驱动力是电场力，Ｃ错误；电子在轨道中做圆周运 动的向心力是洛伦兹力，Ｄ错误。 ３． Ａ　 增大电阻，在相同电流下，焊缝处热功率大，温度升得很 高，Ｂ正确，不符合题意；Ａ错误，符合题意；当增大交变电流 的电压时，线圈中交变电流增大，则磁通量变化率增大，因此 产生的感应电动势增大，感应电流也增大，所以焊接时产生的 热量也增多，Ｃ正确，不符合题意；高频焊接利用高频交变电 流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流， 根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁 通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大， 焊缝处的温度升高得越快，Ｄ正确，不符合题意。 ４． Ｃ　 电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升 温，进而对锅内食物加热的，故涡流是由于锅底中的电磁感应 产生的，Ｃ正确，Ａ、Ｂ错误；铝锅放在电磁炉上也会形成涡流， 所以不用铝锅的原因并不是铝锅放在电磁炉上锅底不会产生 涡流，Ｄ错误。 ５． Ｃ　 电流表的内部线圈绕在闭合的铝框上，当线圈在磁场中转 动时，由于铝框切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培阻 力，使其很快停止摆动，使得测量电流时更加灵敏，Ａ错误；因 为磁场是辐向磁场，所以框架在转动的过程中线圈平面总是 与磁场平行，但磁通量变化率不为零，则线圈转动过程中穿过 框架的磁通量会发生改变，Ｂ错误；框架在转动的过程中磁通 量要发生改变，所以有感应电流产生；因为外界电流使线圈转 动，而转动时又产生感应电流，分别根据左手定则和右手定则 可知，感应电流方向与外界的电流方向相反，Ｃ正确；在运输 过程中，将接线柱用导线连在一起，相当于把电表的线圈电路 组成闭合电路，在指针摆动过程中线圈切割磁感线产生感应 电流，利用电磁阻尼原理，阻碍指针摆动，防止指针因撞击而 变形，Ｄ错误。 ６． Ｄ　 磁铁转动过程中无论远离还是靠近小球，小球在安培力作 用下都加速运动，故Ａ错误；安培力对小球做的功等于小球动 能的增加，故Ｂ、Ｃ错误；运动稳定后，小球的转速最后与磁铁 的转速相同，安培力为零，故Ｄ正确。 ４．互感和自感 课前预习反馈 　 　 知识点１：１．感应电动势　 ２．互感电动势　 ３．（１）一个线圈 　 （２）互感现象 判一判 　 　 （１）√　 （２）√ 选一选 　 　 Ｃ　 电击发生在多用电表红黑表笔的金属杆脱离线圈裸露两 端的时刻，故Ａ错误；有电击感的是手握线圈裸露两端的刘伟，因为 线圈中产生了感应电流，故Ｂ错误；发生电击前，刘伟和线圈是并联 关系；断开瞬间，线圈中的电流减小，产生的感应电流的方向与原电 流的方向相同，但线圈和刘伟构成了一个闭合的电路，线圈相当于 电源，所以流过刘伟的电流方向发生了变化，故Ｃ正确；发生电击 时，通过线圈的电流很大；由于已经断开了连接，所以通过多用电表 的电流为零，故Ｄ错误。 　 　 知识点２：１．变化　 变化　 自感电动势　 　 ２．亮起来　 增大 　 变暗　 减小　 　 ３．（１）Ｌ ΔＩ Δｔ 　 （２）亨利　 Ｈ　 １０３ 　 １０６ （３）匝数　 铁芯 判一判 　 　 （３）√　 （４）× 　 （５）√　 （６）× 想一想 　 　 见解析 解析：电弓脱离电网线的瞬间电流减小，所产生的自感电动 势很大，在电弓与电网线的空隙产生电火花。 　 　 知识点３：１．（１）磁场　 磁场　 （２）磁场　 　 ２．电流变化　 选一选 　 　 ＡＣ　 由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变 化的，因此产生的磁场也是周期性变化的，Ａ正确，Ｂ错误；送电 线圈和受电线圈是通过互感现象实现能量传递的，Ｃ正确；手机 与机座无需导线连接就能实现充电，但磁场能有一部分以电磁 波辐射的形式损失掉，因此这样传递能量是有能量损失的，Ｄ错 误。故选ＡＣ。 课内互动探究 　 　 探究一 例１：Ｂ　 ｔ１时刻Ｂ中感应电流为零，故两环作用力为零，Ａ 错误；ｔ２和ｔ３时刻Ａ环中电流在减小，则Ｂ环中产生与Ａ环中 同向的电流，故相互吸引，Ｂ正确，Ｃ错误；ｔ４ 时刻Ａ中电流为 零，两环无相互作用，Ｄ错误。 对点训练?：ＢＣ　 金属棒ａｂ沿导轨下滑，根据右手定则可 知，在ａｂ下滑的过程中，产生的感应电流方向由ａ到ｂ，所以通 过Ｇ１的电流是从右端进入的，Ａ错误；金属棒ａｂ开始时做加速 运动，所以在线圈Ｍ中产生的磁场逐渐增大，变化的磁场通过 另一线圈Ｎ，产生了感应电流，在线圈Ｍ中是向下且逐渐变大的 磁场，根据楞次定律可知，在线圈Ｎ中感应电流产生的磁场向 下，所以通过Ｇ２的电流是从右端进入的，Ｂ正确；由于金属棒ａｂ 开始时做加速运动，产生的感应电流逐渐变大，同时受到的安培 力也在增大，安培力与重力平衡后，Ｇ１中的电流恒定，线圈Ｍ中 的磁场不再变化，那么在线圈Ｎ中就不能产生感应电流，所以检 流计Ｇ１的示数逐渐增大，最后达到最大值不变，检流计Ｇ２ 的示 数逐渐减小，最后减为零，Ｃ正确，Ｄ错误。 　 　 探究二 例２：ＡＤ　 在电路甲中，设通过线圈Ｌ的电流为ＩＬ１，通过Ａ 及Ｒ的电流为ＩＡ１和ＩＲ１，同理，设电路乙中通过Ｌ、Ａ、Ｒ的电流分 别为ＩＬ２、ＩＡ２、ＩＲ２。当断开开关Ｓ时，线圈Ｌ相当于电源，产生了 自感电动势，在Ｌ、Ｒ、Ａ回路中产生了自感电流，在电路甲中，自 感电流从ＩＬ１逐渐减小，通过灯泡Ａ的电流也从ＩＬ１逐渐减小，灯 泡Ａ将渐渐变暗；在电路乙中，自感电流从ＩＬ２逐渐减小，灯泡Ａ 的电流也从ＩＬ２逐渐减小，因为ＩＬ２ ＞ ＩＡ２，所以灯泡Ａ将先变得更 亮，然后逐渐变暗。 对点训练?：ＡＤ　 当Ｓ闭合时，通过自感线圈的电流逐渐 增大而产生自感电动势，Ｌ相当于断路，Ｃ电容较大，电容器相当 于短路，当电流稳定时，Ｌ短路，电容器Ｃ断路，故Ａ灯先亮后 灭，Ｂ灯逐渐变亮；当Ｓ断开时，灯泡Ａ与自感线圈Ｌ                                                                       组成了闭 —２３７—