2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 讲义 -2025-2026学年高二下学期物理同步知识与题型训练（人教版选择性必修第二册）

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 知识点1　电磁感应现象中的感生电场 【情境导入】 如图所示，B增强时，就会在空间激发一个感生电场E.如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向移动，产生感应电流． (1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？ (2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？ 【知识梳理】 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． 知识点2　涡流 【情境导入】 如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？ 【知识梳理】 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，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流． 2．金属块中的涡流会产生热量，利用涡流产生的热量可以冶炼金属． 【重难诠释】 1．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． 2．产生涡流时的能量转化 (1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能． (2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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． 3．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． 知识点3　电磁阻尼和电磁驱动 【情境导入】 弹簧上端固定，下端悬挂一个磁体．将磁体托起到某一高度后放开，磁体能上下振动较长时间才停下来．如果在磁体下端放一个固定的闭合线圈，使磁体上下振动时穿过它(如图所示)，磁体就会很快停下来，解释这个现象． 【知识梳理】 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． 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． 知识点1 感生电场与静电场 1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动． 2．感生电场可用电场线形象描述．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合． 3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n计算． 知识点2 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 题型1涡流的原理、应用与防止 1. 图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁体（与飞轮不接触），人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁体会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁体与飞轮间的距离。下列说法正确的有（　　） A．飞轮受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力 B．飞轮转速一定时，磁体越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小 C．磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小 D．磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强 2. 下列关于电磁感应现象的说法中，正确的是（　　） A．铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力是由于磁铁对铜片的吸引 B．搬运电流表时将正负接线柱用导线连接可以避免指针剧烈晃动而损坏 C．机场用于安全检查的安全门能够检查出毒贩携带的毒品 D．摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会和磁铁同向转动且转得比磁铁快 3. 如图所示，铜板放在绝缘地面上，铜板的正上方悬挂着用绝缘材料制成的轻弹簧，劲度系数为k，弹簧下端吊着质量为m的条形磁铁。重力加速度为g．当弹簧处于原长时，由静止释放条形磁铁，弹簧的形变在弹性限度内。不计空气阻力，则（    ） A．条形磁铁再次上升到最高点时，弹簧仍处于原长 B．条形磁铁向下运动过程中，弹簧向上的拉力等于条形磁铁的重力时条形磁铁速度最大 C．在条形磁铁向下加速运动的过程中，条形磁铁减小的重力势能大于磁铁增加的动能与弹簧增加的弹性势能的和 D．当条形磁铁最后静止时，弹簧向上的拉力等于条形磁铁的重力 4. 阻尼器是一种提供运动阻力，耗减运动能量的装置，也被称为避震器、减震器或阻尼装置。图为一同学设计的“涡流阻尼器”的原理图，一磁体通过细绳悬挂在铁架台上，在悬点的正下方放置一铜板。将磁体拉至左侧某一高度，让磁体由静止向下摆动，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．磁体还能回到原高度 B．磁体从左侧向下摆动的过程中，铜板受到向右的摩擦力 C．磁体向上摆动的过程中，铜板对地面的压力小于自身的重力 D．磁体运动到最低点时，铜板对地面的压力小于自身的重力 5. 电动汽车无线充电技术是新一代充电技术的重点发展方向，避免了传统有线充电频繁插拔充电枪的繁琐。充电时车辆静止在地面发射线圈上方，发射线圈通入高频交变电流，在车辆底盘上方的接收线圈中产生感应电流。为减少充电过程中车辆金属底盘的涡流损耗，工程师进行了特殊设计。下列说法正确的是（　　） A．车辆金属底盘应使用整块铝合金，利用其高导电性增强感应电流 B．高频交变电流通过发射线圈时，金属底盘因切割磁感线产生持续的涡流 C．对金属底盘进行分段绝缘处理（如绝缘胶填充接缝），可以大幅减少涡流损耗 D．若发射线圈通入恒定电流，无线充电系统可以正常工作 题型2电磁灶的结构和原理 6. 下列关于电磁学现象的解释，正确的是（　　） A．安培力是洛伦兹力的宏观表现，因此两者方向总相同 B．电磁炉加热食物时，锅底发热是因金属内部自由电荷受洛伦兹力做定向运动 C．闭合线圈靠近磁铁时产生感应电流，其方向总是阻碍线圈与磁铁的相对运动 D．金属探测器利用涡流原理，工作时探测线圈中通入恒定电流以提高灵敏度 7. 如图所示，用无线充电底座给手机充电时，底座内的发射线圈将电能传递给手机内的受电线圈。下列说法正确的有（　　） A．无线充电利用了电磁感应的原理 B．发射线圈应通入直流电 C．发射线圈产生的是变化的磁场 D．充电时穿过受电线圈的磁通量是变化的 8. 电磁技术的应用非常广泛：图甲是磁流体发电机的原理图、图乙是回旋加速器的示意图、图丙是磁电式电流表的内部结构、图丁是利用电磁炉加热食物。下列说法正确的是（　　） A．磁流体发电机的A板是电源的正极，B板是电源的负极 B．通过增大回旋加速器狭缝间的电压，可使粒子获得的最大动能增大 C．磁电式电流表中的铝框可使指针较快停止摆动，这是利用了电磁阻尼的原理 D．将电磁炉的电源换成电动势更大的直流电源，可以增加锅具的发热功率 9. 如图所示是电磁炉的工作结构图，关于电磁炉，下列说法正确的是（　　） A．电磁炉是利用涡流来进行加热 B．利用玻璃炊具也可以在电磁炉上正常加热 C．将炊具下部的铁换成硅钢，可以提高加热效率 D．电磁炉将励磁线圈中恒定电流的电能转化为磁场能，进一步转化为热能 10. 关于下列四幅图，说法正确的是（　　） A．甲图中，电磁炉上可以使用陶瓷锅 B．乙图中，真空冶炼炉接直流电源，可以正常工作 C．丙图中，电流表在运输时，用导线把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，原理是电磁阻尼 D．丁图中，无线充电面板内的发射线圈应接交流电源 题型3安检警报器结构和原理 11. 如图所示，是考场使用的金属探测器，该探测器涉及的基本原理是（　　） A．静电感应 B．电磁感应 C．电磁驱动 D．静电屏蔽 12. 考生人场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场。当探测器靠近任何金属材料物体时，就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器工作原理，下列说法正确的是（　　） A．探测器利用的是静电感应现象 B．探测器利用的是涡流现象 C．探测器利用发射和接收电磁波进行工作的 D．探测器利用的是磁场对金属的吸引作用 13. 安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流。如果金属物品通过安检门，金属物品中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而报警，关于安检门的说法正确的是（　　） A．安检门能检查出毒贩携带的毒品 B．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作 C．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀 D．安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理 14. 黄冈市进入了高铁时代。如图所示为安检门原理图，左侧面有一通电线圈，右侧面有一接收线圈。从左往右看，工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向增大的电流，则（    ）    A．无人通过安检门时，接收线圈中无感应电流 B．若接收线圈中有感应电流，方向一定与左侧线圈电流方向相同 C．通过人员携带金属时，金属中会产生涡漩电流 D．通过人员携带金属时，接收线圈中无感应电流 15. 安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。关于这个安检门的以下说法不正确的是（　　） A．这个安检门也能检查出毒品携带者 B．这个安检门只能检查出金属物品携带者 C．如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，则不能检查出金属物品携带者 D．这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应 题型4电磁阻尼与电磁驱动的理解 16. 如图，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，以下说法不正确的是（       ） A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 C．若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 17. 如图所示，足够长铝管竖直放置在水平桌面上，把一小磁体从铝管上端管口放入，小磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。小磁体在铝管内下落的过程中（　　） A．小磁体受合外力一直向下 B．小磁体做自由落体运动 C．铝管对桌面的压力大于铝管的重力 D．小磁体动能的增加量大于重力势能的减少量 18. 如图，磁体从竖直放置的铝管口静止释放，下落过程中磁体不与管壁接触且无翻转，不计空气阻力。则（　　） A．磁体在穿过铝管过程中，始终匀加速下降 B．磁体在穿过铝管过程中，所受安培力的方向先向上后向下 C．磁体在穿过铝管过程中，磁体减少的重力势能全部转化为动能 D．若更换为等质量磁性更强的磁体，穿过铝管的时间将变长 19. 如图所示，截去一半的塑料瓶周围贴上三块强磁铁，用木棍从内部撑起塑料瓶，它的两边有用木棍支撑起倒立的铝质的易拉罐，当从上往下看顺时针转动中间的塑料瓶时，那么两边的易拉罐转动情况是（　　） A．两边的易拉罐不动 B．两边的易拉罐都是逆时针转动 C．两边的易拉罐都是顺时针转动 D．稳定时，易拉罐转动的角速度等于塑料瓶转动的角速度 20. 如图甲所示是一个“简易电动机”，一节5号干电池的正极向上，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框，线框上端的弯折位置与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示，关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　） A．线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系 B．从上往下看，该“简易电动机”顺时针旋转 C．其工作原理是导线切割磁感线产生感应电流从而使导线框受到安培力而转动 D．电池消耗的电能全部转化为线框的动能 题型5电磁驱动原理的其他应用 21. 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 22. 物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴自由转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，以下说法正确的是（　　） A．法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电动势，无感应电流 B．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动 C．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘 D．法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现 23. 神舟十二号乘组在与香港大中学生进行的天地连线中，聂海胜示范了太空踩单车。太空自行车是利用电磁力增加阻力的一种体育锻炼器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图：其中圆形结构为金属圆盘，当航天员踩脚踏板时，金属圆盘随之旋转。则下列设计中可行的方案有（　　） A． B． C． D． 24. 磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具，如图（a）所示。它的驱动系统可简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形金属框，电阻为R的金属框置于xOy平面内，MN长为l平行于y轴，NP宽为d平行于x轴，如图（b）所示。轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按波长为的正弦规律分布，如图（c）所示。整个磁场以一定的速率沿Ox方向匀速平移，忽略一切阻力，列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶。 （1）简要叙述列车运行中获得驱动力的原理。 （2）为使列车获得最大驱动力，MN、PQ边应处于磁场中的什么位置？ 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 知识点1　电磁感应现象中的感生电场 【情境导入】 如图所示，B增强时，就会在空间激发一个感生电场E.如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向移动，产生感应电流． (1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？ (2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？ 答案　(1)感应电流的方向与正电荷定向移动的方向相同．感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向与感应电流的方向相同，感生电场的方向可以用楞次定律来判定． (2)感生电场对自由电荷的作用． 【知识梳理】 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． 知识点2　涡流 【情境导入】 如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？ 答案　有．变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流． 【知识梳理】 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，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流． 2．金属块中的涡流会产生热量，利用涡流产生的热量可以冶炼金属． 【重难诠释】 1．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． 2．产生涡流时的能量转化 (1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能． (2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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． 3．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． 知识点3　电磁阻尼和电磁驱动 【情境导入】 弹簧上端固定，下端悬挂一个磁体．将磁体托起到某一高度后放开，磁体能上下振动较长时间才停下来．如果在磁体下端放一个固定的闭合线圈，使磁体上下振动时穿过它(如图所示)，磁体就会很快停下来，解释这个现象． 答案　当磁体穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁体靠近或离开线圈，也就使磁体振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来． 【知识梳理】 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． 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． 知识点1 感生电场与静电场 1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动． 2．感生电场可用电场线形象描述．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合． 3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n计算． 知识点2 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 题型1涡流的原理、应用与防止 1. 图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁体（与飞轮不接触），人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁体会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁体与飞轮间的距离。下列说法正确的有（　　） A．飞轮受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力 B．飞轮转速一定时，磁体越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小 C．磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小 D．磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强 【答案】AD 【详解】A．飞轮在磁场中做切割磁感线运动，所以会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，故A正确； B．磁铁越靠近飞轮，飞轮处的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，故B错误； C．磁铁和飞轮间的距离一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮转速越大，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，故C错误； D．磁铁和飞轮间的距离一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮转速越大，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，内部的涡流越强，故D正确。 故选AD。 2. 下列关于电磁感应现象的说法中，正确的是（　　） A．铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力是由于磁铁对铜片的吸引 B．搬运电流表时将正负接线柱用导线连接可以避免指针剧烈晃动而损坏 C．机场用于安全检查的安全门能够检查出毒贩携带的毒品 D．摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会和磁铁同向转动且转得比磁铁快 【答案】B 【详解】A．铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力，是因为铜片在磁场中运动时产生了涡流，涡流受到磁场的安培力阻碍铜片的运动，并非是磁铁对铜片的吸引，故A错误； B．搬运电流表时将正负接线柱用导线连接，电流表内部会形成闭合回路，当指针晃动时会因电磁感应产生感应电流，感应电流的安培力会阻碍指针的晃动 ，可以避免指针剧烈晃动而损坏，故B正确； C．机场用于安全检查的安全门是利用电磁感应原理检测金属物品，不能检查出毒贩携带的毒品，故C错误； D．摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会因电磁感应产生感应电流，感应电流受到磁场力作用会和磁铁同向转动，但根据楞次定律，铝框转得比磁铁慢，故D错误。 故选B。 3. 如图所示，铜板放在绝缘地面上，铜板的正上方悬挂着用绝缘材料制成的轻弹簧，劲度系数为k，弹簧下端吊着质量为m的条形磁铁。重力加速度为g．当弹簧处于原长时，由静止释放条形磁铁，弹簧的形变在弹性限度内。不计空气阻力，则（    ） A．条形磁铁再次上升到最高点时，弹簧仍处于原长 B．条形磁铁向下运动过程中，弹簧向上的拉力等于条形磁铁的重力时条形磁铁速度最大 C．在条形磁铁向下加速运动的过程中，条形磁铁减小的重力势能大于磁铁增加的动能与弹簧增加的弹性势能的和 D．当条形磁铁最后静止时，弹簧向上的拉力等于条形磁铁的重力 【答案】CD 【详解】A．由于条形磁铁振动过程中，铜板中会产生涡流，产生热量，因此条形磁铁和弹簧组成的系统机械能会减小，因此再次上升到最高点，弹簧一定不在原长处，在原长处下方，故A错误； B．磁铁向下运动过程中，弹簧向上的拉力与铜板中感应电流磁场对磁铁向上的磁场力之和等于磁铁重力时速度最大，故B错误； C．当条形磁铁向下加速运动时，条形磁铁减小的重力势能等于磁铁增加的动能、弹簧增加的弹性势能及铜板中产生的内能之和，故C正确； D．条形磁铁静止后，铜板中没有涡流产生，磁铁的重力和弹簧的弹力平衡，故D正确。 故选CD。 4. 阻尼器是一种提供运动阻力，耗减运动能量的装置，也被称为避震器、减震器或阻尼装置。图为一同学设计的“涡流阻尼器”的原理图，一磁体通过细绳悬挂在铁架台上，在悬点的正下方放置一铜板。将磁体拉至左侧某一高度，让磁体由静止向下摆动，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．磁体还能回到原高度 B．磁体从左侧向下摆动的过程中，铜板受到向右的摩擦力 C．磁体向上摆动的过程中，铜板对地面的压力小于自身的重力 D．磁体运动到最低点时，铜板对地面的压力小于自身的重力 【答案】C 【详解】A．磁体在运动过程中，铜板会产生涡流，涡流产生的磁场会阻碍磁体的运动，所以磁体不可能回到原高度，故A错误； B．磁体从左侧向下摆动的过程中，铜板会产生涡流，根据楞次定律，涡流所受的水平安培力向右，所以铜板受到向左的摩擦力，故B错误； C．磁体向上摆动的过程中，铜板会产生涡流，根据楞次定律，涡流所受的安培力向上，铜板对地面的压力小于自身的重力，故C正确； D．当磁体在最低点时，铜板的竖直方向上没有安培力，所以铜板对地面的压力等于铜板的重力，故D错误。 故选C。 5. 电动汽车无线充电技术是新一代充电技术的重点发展方向，避免了传统有线充电频繁插拔充电枪的繁琐。充电时车辆静止在地面发射线圈上方，发射线圈通入高频交变电流，在车辆底盘上方的接收线圈中产生感应电流。为减少充电过程中车辆金属底盘的涡流损耗，工程师进行了特殊设计。下列说法正确的是（　　） A．车辆金属底盘应使用整块铝合金，利用其高导电性增强感应电流 B．高频交变电流通过发射线圈时，金属底盘因切割磁感线产生持续的涡流 C．对金属底盘进行分段绝缘处理（如绝缘胶填充接缝），可以大幅减少涡流损耗 D．若发射线圈通入恒定电流，无线充电系统可以正常工作 【答案】C 【详解】A．整块铝合金导电性虽好，但会形成大面积的涡流回路，导致涡流损耗显著增加（电能大量转化为热能），与“减少损耗”的设计目标矛盾，A错误； B．涡流属于感生电流，由交变磁场引起的磁通量变化产生，而此处金属底盘静止，无法切割磁感线，仅因磁场变化产生涡流，B错误； C．将金属底盘分割为多段绝缘，限制涡流只能在每段金属内部形成小回路，大幅减小涡流，C正确； D．感应电流的产生条件是磁通量变化，恒定电流产生恒定磁场，磁通量无变化，因此不会激发感应电流，D错误。 故选C。 题型2电磁灶的结构和原理 6. 下列关于电磁学现象的解释，正确的是（　　） A．安培力是洛伦兹力的宏观表现，因此两者方向总相同 B．电磁炉加热食物时，锅底发热是因金属内部自由电荷受洛伦兹力做定向运动 C．闭合线圈靠近磁铁时产生感应电流，其方向总是阻碍线圈与磁铁的相对运动 D．金属探测器利用涡流原理，工作时探测线圈中通入恒定电流以提高灵敏度 【答案】C 【详解】A．安培力是导体中所有自由电荷所受洛伦兹力的宏观合力，但单个电荷的洛伦兹力方向可能不同（如正负电荷运动方向相反），因此安培力方向与单个洛伦兹力方向未必相同，故A错误； B．电磁炉利用交变磁场在金属锅底产生涡流，涡流由变化的磁场感生电场驱动电荷运动，而非仅由洛伦兹力导致定向运动，故B错误。 C．根据楞次定律，闭合线圈靠近磁铁时，感应电流的磁场方向总是阻碍线圈与磁铁的相对运动（如靠近时表现为斥力），故C正确。 D．金属探测器需通入交变电流以产生变化的磁场，从而在金属中激发涡流；若通恒定电流，磁场不变化，无法产生涡流，灵敏度为零，故D错误。 故选C。 7. 如图所示，用无线充电底座给手机充电时，底座内的发射线圈将电能传递给手机内的受电线圈。下列说法正确的有（　　） A．无线充电利用了电磁感应的原理 B．发射线圈应通入直流电 C．发射线圈产生的是变化的磁场 D．充电时穿过受电线圈的磁通量是变化的 【答案】ACD 【详解】手机无线充电是利用电磁感应原理，应将底座内的发射线圈接到交流电源上，给发射线圈通交变电流，从产生周期性变化的磁场，使得穿过受电线圈的磁通量发生改变，产生感应电动势、感应电流，从而实现充电。 故选ACD。 8. 电磁技术的应用非常广泛：图甲是磁流体发电机的原理图、图乙是回旋加速器的示意图、图丙是磁电式电流表的内部结构、图丁是利用电磁炉加热食物。下列说法正确的是（　　） A．磁流体发电机的A板是电源的正极，B板是电源的负极 B．通过增大回旋加速器狭缝间的电压，可使粒子获得的最大动能增大 C．磁电式电流表中的铝框可使指针较快停止摆动，这是利用了电磁阻尼的原理 D．将电磁炉的电源换成电动势更大的直流电源，可以增加锅具的发热功率 【答案】C 【详解】A．图甲中，根据左手定则可知正离子向下偏转，负离子向上偏转，则B板带正电，A板带负电，B板是电源的正极，A板是电源的负极，故A错误； B．当粒子在磁场中的轨道半径等于D形盒半径时，粒子的动能最大，则有 可得粒子获得的最大动能为 可知增大回旋加速器狭缝间的电压，不能使粒子获得的最大动能增大，故B错误； C．磁电式仪表中的铝框可使指针较快停止摆动，是利用了电磁阻尼的原理，故C正确； D．电磁炉使用交流电作为电源，则将电磁炉的电源换成电动势更大的直流电源，锅具无法发热，故D错误。 故选C。 9. 如图所示是电磁炉的工作结构图，关于电磁炉，下列说法正确的是（　　） A．电磁炉是利用涡流来进行加热 B．利用玻璃炊具也可以在电磁炉上正常加热 C．将炊具下部的铁换成硅钢，可以提高加热效率 D．电磁炉将励磁线圈中恒定电流的电能转化为磁场能，进一步转化为热能 【答案】A 【详解】A．电磁炉工作时，通过金属的磁通量发生变化产生涡流进行加热的，故A正确； B．玻璃是绝缘体，无法形成涡流，所以利用玻璃材料制成的炊具无法在电磁炉上正常加热，故B错误； C．硅钢是高电阻、低涡流损耗的材料。若将炊具换成硅钢，会降低涡流效应，反而减弱加热效率，故C错误； D．电磁炉的励磁线圈中通入的是高频交变电流，通过变化的磁场产生涡流来加热，故D错误。 故选A。 10. 关于下列四幅图，说法正确的是（　　） A．甲图中，电磁炉上可以使用陶瓷锅 B．乙图中，真空冶炼炉接直流电源，可以正常工作 C．丙图中，电流表在运输时，用导线把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，原理是电磁阻尼 D．丁图中，无线充电面板内的发射线圈应接交流电源 【答案】CD 【详解】A．甲图中，电磁炉不能使用陶瓷锅，因为陶瓷锅属于绝缘材料，不会产生涡流，故A错误； B．乙图中，真空空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生交变磁场，被冶炼的金属产生涡流，产生大量的热从而冶炼金属；所以真空冶炼炉接直流电源，不可以正常工作，因为磁场保持不变，被冶炼的金属不会产生涡流，，故B错误； C．丙图中，电流表在运输时，用导线把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，原理是电磁阻尼，故C正确； D．图中，无线充电面板内的发射线圈应接交流电源，产生交变磁场，使手机产生感应电流，实现无线充电，故D正确。 故选CD。 题型3安检警报器结构和原理 11. 如图所示，是考场使用的金属探测器，该探测器涉及的基本原理是（　　） A．静电感应 B．电磁感应 C．电磁驱动 D．静电屏蔽 【答案】B 【详解】考场使用的金属探测器，该探测器涉及的基本原理是电磁感应。利用有交流电通过金属探测器内部的线圈，产生迅速变化的磁场。这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流。涡电流又会产生磁场，倒过来影响金属探测器内部的线圈原来的磁场，引发探测器发出鸣声，从而可以检测是否携带金属器件制作的通讯工具。 故选B。 12. 考生人场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场。当探测器靠近任何金属材料物体时，就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器工作原理，下列说法正确的是（　　） A．探测器利用的是静电感应现象 B．探测器利用的是涡流现象 C．探测器利用发射和接收电磁波进行工作的 D．探测器利用的是磁场对金属的吸引作用 【答案】B 【详解】金属探测器利用的是电磁感应现象，探测过程中工作时，当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起探测器中线圈电流的变化，从而发出警报。 故选B。 13. 安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流。如果金属物品通过安检门，金属物品中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而报警，关于安检门的说法正确的是（　　） A．安检门能检查出毒贩携带的毒品 B．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作 C．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀 D．安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理 【答案】C 【详解】ABC．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品的原理：线圈中的交变电流产生交变的磁场，会在金属物品中产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，则安检门可以检查出旅客携带的金属水果刀，而不能检查出毒贩携带的毒品，若“门框”的线圈中通上恒定电流，而不是交变电流则无法产生感应电流，安检门不能正常工作。故AB错误，C正确； D．安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，故D错误。 故选C。 14. 黄冈市进入了高铁时代。如图所示为安检门原理图，左侧面有一通电线圈，右侧面有一接收线圈。从左往右看，工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向增大的电流，则（    ）    A．无人通过安检门时，接收线圈中无感应电流 B．若接收线圈中有感应电流，方向一定与左侧线圈电流方向相同 C．通过人员携带金属时，金属中会产生涡漩电流 D．通过人员携带金属时，接收线圈中无感应电流 【答案】C 【详解】AB．虽无人通过安检门，但因当左侧线圈中存在顺时针方向增大的电流，可知穿过右侧线圈的磁通量向右且增大，根据楞次定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，与左侧线圈电流方向相反，故AB错误； CD．当通过人员携带金属时，穿过金属片中磁通量发生变化，金属片中会产生涡漩电流，感应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同，金属片的电流会将该空间中的磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，故C正确，D错误。 故选C。 15. 安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。关于这个安检门的以下说法不正确的是（　　） A．这个安检门也能检查出毒品携带者 B．这个安检门只能检查出金属物品携带者 C．如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，则不能检查出金属物品携带者 D．这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应 【答案】A 【详解】A．毒品不是金属，不能产生涡流，则这个安检门不能检查出毒品携带者，选项A错误，符合题意； B．因金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警，则这个安检门只能检查出金属物品携带者，选项B正确，不符合题意； C．恒定电流不能在金属上产生涡流，则不能检查出金属物品携带者，选项C正确，不符合题意； D．金属物品通过“门”时能产生涡流，这是利用了电磁感应现象，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，这是利用了电流的磁效应，选项D正确，不符合题意。 故选A。 题型4电磁阻尼与电磁驱动的理解 16. 如图，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，以下说法不正确的是（       ） A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 C．若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 【答案】CD 【详解】A．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A正确，不符合题意； B．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B正确，不符合题意； C．如果磁场反向，由楞次定律可知，安培力仍阻碍圆盘转动，故C错误，符合题意； D．若将整个圆盘置于磁场中，辐条仍会切割磁场产生感应电动势，从而形成涡流，使得圆盘减速运动，故D错误，符合题意。 故选CD。 17. 如图所示，足够长铝管竖直放置在水平桌面上，把一小磁体从铝管上端管口放入，小磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。小磁体在铝管内下落的过程中（　　） A．小磁体受合外力一直向下 B．小磁体做自由落体运动 C．铝管对桌面的压力大于铝管的重力 D．小磁体动能的增加量大于重力势能的减少量 【答案】C 【详解】AB．磁体在铝管运动的过程中，虽不计空气阻力，但在下落过程中，受到方向向上的安培力，从而磁体的加速度小于重力加速度，所以磁体的运动不是自由落体运动，开始时重力大于安培力，合力向下；随着速度增加，向上的安培力变大，当重力等于安培力时合力为零，此时加速度为零，小磁体匀速下落，故AB错误； C．根据电磁阻尼原理可知，小磁体下落过程中受到的磁场力向上，由牛顿第三定律可知，铝管在磁体下落过程受到向下的磁场力，所以铝管对桌面的压力大于铝管的重力，故C正确。 D．磁体在整个下落过程中，除重力做功外，还有产生感应电流对应的安培力做功，导致减小的重力势能，部分转化动能外，还要产生内能，故机械能不守恒，且磁体动能的增加量小于重力势能的减少量，故D错误。 故选C。 18. 如图，磁体从竖直放置的铝管口静止释放，下落过程中磁体不与管壁接触且无翻转，不计空气阻力。则（　　） A．磁体在穿过铝管过程中，始终匀加速下降 B．磁体在穿过铝管过程中，所受安培力的方向先向上后向下 C．磁体在穿过铝管过程中，磁体减少的重力势能全部转化为动能 D．若更换为等质量磁性更强的磁体，穿过铝管的时间将变长 【答案】D 【详解】AB．磁体在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在这个过程中铝管中会产生涡流，磁体会受到安培力的作用，且全程安培力的方向一直向上，根据法拉第电磁感应定律，磁体运动的速度越快，则产生的感应电动势越大，所以受到的安培力也越大，重力不变，磁体的加速度是逐渐减小的，磁体不是做匀加速运动，故AB错误； C．根据能量守恒定律，磁体在穿过铝管过程中，磁体减少的重力势能转化为动能和内能，故C错误； D．若更换为等质量磁性更强的磁体，安培力会更大，阻碍现象会更明显，时间会变长，故D正确。 故选D。 19. 如图所示，截去一半的塑料瓶周围贴上三块强磁铁，用木棍从内部撑起塑料瓶，它的两边有用木棍支撑起倒立的铝质的易拉罐，当从上往下看顺时针转动中间的塑料瓶时，那么两边的易拉罐转动情况是（　　） A．两边的易拉罐不动 B．两边的易拉罐都是逆时针转动 C．两边的易拉罐都是顺时针转动 D．稳定时，易拉罐转动的角速度等于塑料瓶转动的角速度 【答案】B 【详解】由于塑料瓶带动磁铁转动过程中，穿过易拉罐的磁通量不断变化，从而产生感应电流，易拉罐将受到安培力作用而转动，属于电磁驱动，所以若塑料瓶顺时针旋转，则左右两边的易拉罐都是逆时针转动，易拉罐转动的角速度小于塑料瓶转动的角速度，B选项符合题意。 故B正确。 20. 如图甲所示是一个“简易电动机”，一节5号干电池的正极向上，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框，线框上端的弯折位置与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示，关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　） A．线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系 B．从上往下看，该“简易电动机”顺时针旋转 C．其工作原理是导线切割磁感线产生感应电流从而使导线框受到安培力而转动 D．电池消耗的电能全部转化为线框的动能 【答案】B 【详解】A．线框①、②两部分导线电阻在电路中是并联关系。故A错误； B．线框的上下两条边受到安培力的作用而发生转动的，根据左手定则可以判断从上往下看，线框将做顺时针转动。故B正确； C．电动机的工作原理是通电导线在磁场中受安培力的作用。故C错误； D．电池消耗的电能一部分用于线框发热产生的内能，一部分提供线框的动能。故D错误。 故选B。 题型5电磁驱动原理的其他应用 21. 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 【答案】D 【详解】A．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； BC．安培力对小球做的功等于小球动能的增加，故BC错误； D．运动稳定后，小球的转速最后等于与磁铁的转速相同，安培力为零，故D正确。 故选D。 22. 物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴自由转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，以下说法正确的是（　　） A．法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电动势，无感应电流 B．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动 C．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘 D．法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现 【答案】C 【详解】A．法拉第圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，故A错误； BC．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘或小磁针，都产生感应电流，因安培力的作用，另一个物体也会跟着转动，则转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘，故B错误，C正确； D．如果磁场相对于导体运动，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，这种作用就是电磁驱动，显然法拉第圆盘是机械能转化为电能的过程，并不是电磁驱动，故D错误。 故选C。 23. 神舟十二号乘组在与香港大中学生进行的天地连线中，聂海胜示范了太空踩单车。太空自行车是利用电磁力增加阻力的一种体育锻炼器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图：其中圆形结构为金属圆盘，当航天员踩脚踏板时，金属圆盘随之旋转。则下列设计中可行的方案有（　　） A． B． C． D． 【答案】CD 【详解】AB．磁场充满整个圆盘，一次圆盘转动过程中产生的涡流为0，AB错误； CD．金属圆盘看成无数金属辐条组成，根据右手定则判断可知，圆盘上的感应电流流向边缘，所以靠近圆心处电势低，圆盘中磁场不对称，故有感应电流，同时会产生阻力，CD正确。 故选CD。 24. 磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具，如图（a）所示。它的驱动系统可简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形金属框，电阻为R的金属框置于xOy平面内，MN长为l平行于y轴，NP宽为d平行于x轴，如图（b）所示。轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按波长为的正弦规律分布，如图（c）所示。整个磁场以一定的速率沿Ox方向匀速平移，忽略一切阻力，列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶。 （1）简要叙述列车运行中获得驱动力的原理。 （2）为使列车获得最大驱动力，MN、PQ边应处于磁场中的什么位置？ 【答案】（1）见解析；（2）NM、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方 【详解】（1）由于列车速度与磁场平移速度不同，导致穿过金属框的磁通量发生变化，由于电磁感应，金属框中会产生感应电流，该电流受到安培力即为驱动力。 （2）为使列车获得最大驱动力，NM、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方，这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大，导致线框中电流最强，也会使得金属框长边中电流受到的安培力最大，因此，d应为的奇数倍，即 或（） 学科网（北京）股份有限公司 $