2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（举一反三·讲义）物理人教版选择性必修第二册

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 模块二 知识精讲 情景导入 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。 铁锅为什么会发热？电磁炉的盘面为什么不发热？ 知识归纳 【知识点1 涡流】 1、定义 用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产生感应 ，这种电流看起来像水中的旋涡，把这种电流叫做 ，简称 。 由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。 2、特点 若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多。 3、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，故金属块的发热功率很大。 产生涡流的两种情况：块状金属放在变化的磁场中；块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。 4、应用 涡流热效应的应用：如真空冶炼炉。 涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门。 5、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。 途径一：增大铁芯材料的电阻率。 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。 6、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。例如，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；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。 【例1】涡流探伤是工业上常用的技术，该技术通过励磁线圈使构件中产生涡流，再借助探测线圈测定涡流的变化量从而获得构件缺陷的有关信息。则（     ） A．能被探测的构件必须是导电材料 B．工作时励磁线圈必须要与被测构件接触 C．探测时构件中磁通量保持不变 D．励磁线圈中应该通入恒定电流完成检测 【变式1-1】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 【变式1-2】课本中有以下图片，下列说法错误的是（　　） A．真空冶炼炉利用金属中涡流产生的热量使金属熔化 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．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用电磁感应工作的 【知识点2 电磁阻尼和电磁驱动】 1、电磁阻尼 定义：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的现象。 产生原理的理解：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用。 应用：电学仪表中利用电磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数。 电磁驱动的原因分析：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，因而线圈会跟着一起转动起来。楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释。 2、电磁驱动 定义：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培力的作用，安培力使导体运动起来的现象。 应用：交流感应电动机。 3、电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 区别 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 【例2】下列与电磁感应有关的现象中说法不正确的是（     ） A．图丙：搬运电流表时将正负接线柱用导线连在一起是为了减弱指针摆动 B．图丁：安检门利用涡流可以检测金属物品，如携带金属经过时，会触发报警 C．图甲：摇动手柄使蹄形磁体转动，则铝框会以相同的速度同向转动 D．图乙：铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘的转速减小 【变式2-1】某游戏机的投币识别装置利用了“电磁阻尼”效应。其结构如图所示：在倾斜通道的中部固定有一对磁铁，以在硬币通道两侧产生水平方向的匀强磁场。当金属硬币经缓冲挡片减速后，沿斜面滚落并进入该磁场区域时，由于电磁感应，硬币内部会产生感应电流（涡流），从而受到阻碍其相对运动的安培力，导致速度发生改变。识别系统通过测量硬币穿过磁场区域所需的时间，来判断其材质，进而区分真伪。下列说法正确的是（　　） A．硬币刚进入磁场时，感应电流的方向为顺时针 B．硬币离开磁场时，受到的安培力方向沿斜面向下 C．其他条件相同时，磁场的磁感应强度越大，硬币通过磁场区域的时间越短 D．其他条件相同时，导电性越好的硬币，通过磁场区域的时间越长 【变式2-2】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 模块三 课后作业 多选题 1．下列关于磁场与现代科技的相关说法不正确的是（     ） A．图甲是真空冶炼炉示意图，炉外线圈中通入直流电流，使炉内的金属快速熔化 B．图乙是电流表内部结构示意图，其能显示电流大小是利用了电磁感应原理 C．图丙是回旋加速器示意图，增大磁感应强度能提高加速粒子的最大能量 D．图丁是电磁流量计示意图，在B、d一定时，UMN越大反映出流量Q越大 2．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，下列情况中能使焊接处消耗的电功率增大的是（　　） A．其他条件不变，增大交变电流的电压 B．其他条件不变，增大交变电流的频率 C．感应电流相同的条件下，增大焊接处的接触电阻 D．感应电流相同的条件下，减小焊接处的接触电阻 3．电磁现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　） A．甲图中，线圈B闭合，开关S断开时，触头C与工作电路将立即断开 B．乙图中，用外力顺时针转动铜盘，电路中会产生感应电流，a点电势比b点高 C．丙图中，一铜圆盘水平放置，若使圆盘绕竖直轴转动，小磁针将会同向转动 D．丁图中，给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热 4．如图所示，底部是一个电磁炉，是常见的家庭厨房用具，其内部包含线圈，外部为绝缘面板，工作时上方放置铁锅，接通电源，便能加热炒菜。现将连接灯泡的多匝线圈平行放在电磁炉面板上，把盛水的钢盆置于线圈中间，接通电磁炉开关后，灯泡即可点亮，关于电磁炉及此现象下列说法正确的是（　　） A．电磁炉接恒定电流，灯泡也能发光 B．灯泡点亮，是电磁炉线圈中变化的电流产生的磁场穿过灯泡线圈产生感应电流产生的 C．如果把灯泡去掉，上面线圈闭合，线圈匝数变为n倍，忽略磁损，其它条件不变，接通电源，线圈产生的感应电动势变为原来n倍 D．如果把灯泡去掉，上面线圈闭合，线圈匝数变为n倍，忽略磁损，其它条件不变，接通电源，线圈产生的感应电流变为原来n倍 5．如图所示为电磁炉的加热原理图，炉体支板的下方埋有线圈，电流通过线圈产生磁场，磁场的磁感线通过锅底部时产生无数小涡流，使锅体迅速发热，从而加热锅中的食物。下列关于电磁炉说法正确的是（　　）    A．可以接入稳恒电源使其工作 B．可以将陶瓷材料制作的锅放在炉面上加热 C．其他条件不变，线圈中电流越大，对同一个锅体产生的热功率越大 D．其他条件不变，线圈中电流的频率越高，对同一个锅体产生的热功率越大 6．金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警．下列说法正确的是（　　） A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物上方不停地晃动 B．探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生“涡流”（感应电流） C．若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D．若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少 7．机场内有用于安全检查的安检门，门框内装有探测线圈，乘客携带金属物品通过安检门时就会引起报警。下列说法正确的有（　　） A．安检门内的线圈产生的是稳定磁场 B．安检门内的线圈产生的是变化磁场 C．金属物品通过安检门时，金属内会产生涡流 D．金属物品通过安检门时，探测线圈内会产生涡流 8．图甲是磁电式电表内部结构示意图，蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，在铝框上绕有铜线圈。电表指针固定在线圈上，可与线圈一起转动。线圈的两端分别接在两个接线柱上。蹄形磁铁与铁芯间的磁场可看作是均匀辐射分布的，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．线圈转动时，线圈平面始终与磁感线平行 B．当电表中通以如图乙的电流时，指针将向左偏 C．增大线圈中的匝数，可以增大电表的灵敏度 D．将更轻便的木框代替铝制框，在使用电表时可以使指针更迅速稳定在示数位置上 9．把一枚具有强磁性的小圆柱体从固定的竖直铝管上端放入管口。下落过程中，小圆柱体不与铝管接触。小圆柱形磁体下落过程中（　　） A．加速度小于重力加速度 B．加速度大于重力加速度 C．减少的重力势能等于增加的动能 D．减少的重力势能大于增加的动能 10．如图所示，三个长度、内径、管壁厚度相同的木管、铜管、银管竖直固定放置（相距很远），其下端到地面的高度相同。在每个管正上方各有一个完全相同的圆柱形磁铁，分别为a、b、c，它们下表面N极也在同一水平面上。现让a、b、c同时静止释放，它们分别无碰撞地穿过对应管道，忽略空气阻力，已知银的电阻率比铜的电阻率小。下列说法正确的是（　　）。 A．磁铁刚进入铜管时，俯视时铜管电流方向为逆时针 B．a、b、c落地时的速度大小关系为va > vc > vb C．a、b、c下落过程中机械能都不守恒 D．从释放到落地，三根管中磁通量的变化量相同 11．图甲为无线磁力搅拌杯，其工作原理如图乙所示，杯体底部安装通电线圈，相关电路控制线圈电流从而产生一个逆时针旋转的磁场（俯视图），杯内中心放置一搅拌金属粒，在旋转磁场作用下金属粒也产生旋转，从而达到搅拌杯内溶液的效果。通电搅拌时，以下说法正确的是（　　） A．金属粒中会产生感应电流 B．金属粒内不会产生焦耳热 C．金属粒旋转方向与磁场旋转方向相同 D．加大磁场旋转速度，则金属粒旋转速度也加大 第 10 页 共 10 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 模块二 知识精讲 情景导入 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。 铁锅为什么会发热？电磁炉的盘面为什么不发热？ 知识归纳 【知识点1 涡流】 1、定义 用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产生感应电流，这种电流看起来像水中的旋涡，把这种电流叫做涡电流，简称涡流。 由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。 2、特点 若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多。 3、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，故金属块的发热功率很大。 产生涡流的两种情况：块状金属放在变化的磁场中；块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。 4、应用 涡流热效应的应用：如真空冶炼炉。 涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门。 5、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。 途径一：增大铁芯材料的电阻率。 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。 6、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。例如，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；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。 【例1】涡流探伤是工业上常用的技术，该技术通过励磁线圈使构件中产生涡流，再借助探测线圈测定涡流的变化量从而获得构件缺陷的有关信息。则（     ） A．能被探测的构件必须是导电材料 B．工作时励磁线圈必须要与被测构件接触 C．探测时构件中磁通量保持不变 D．励磁线圈中应该通入恒定电流完成检测 【答案】A 【难度】0.72 【知识点】涡流的原理、应用与防止 【详解】A．构件中要产生涡流，所以能被探测的构件必须是导电材料，故A正确； B．涡流探伤利用电磁感应原理，变化的磁场可以隔空作用到构件上，励磁线圈不需要与被测构件接触，故B错误； C．为了使构件中产生涡流（感应电流），探测时构件中磁通量需要发生变化，故C错误； D．为了使构件中产生涡流（感应电流），构件中磁通量发生变化，励磁线圈中应该通入变化电流完成检测，故D错误。 故选A。 【变式1-1】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 【难度】0.65 【知识点】涡流的原理、应用与防止 【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。 【变式1-2】课本中有以下图片，下列说法错误的是（　　） A．真空冶炼炉利用金属中涡流产生的热量使金属熔化 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．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用电磁感应工作的 【答案】B 【难度】0.65 【知识点】涡流的原理、应用与防止 【详解】A．真空冶炼炉接有高频交流电源，高频交流电产生高频交变磁场，高频交变磁场在金属中产生涡流，金属中的涡流产生的热量使金属熔化，A正确，不符合题意； 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，B错误，符合题意； 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，C正确，不符合题意； D．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用电磁感应工作的，D正确，不符合题意。 故选B。 【知识点2 电磁阻尼和电磁驱动】 1、电磁阻尼 定义：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的现象。 产生原理的理解：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用。 应用：电学仪表中利用电磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数。 电磁驱动的原因分析：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，因而线圈会跟着一起转动起来。楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释。 2、电磁驱动 定义：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培力的作用，安培力使导体运动起来的现象。 应用：交流感应电动机。 3、电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 区别 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 【例2】下列与电磁感应有关的现象中说法不正确的是（     ） A．图丙：搬运电流表时将正负接线柱用导线连在一起是为了减弱指针摆动 B．图丁：安检门利用涡流可以检测金属物品，如携带金属经过时，会触发报警 C．图甲：摇动手柄使蹄形磁体转动，则铝框会以相同的速度同向转动 D．图乙：铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘的转速减小 【答案】C 【难度】0.75 【知识点】涡流的原理、应用与防止、电磁阻尼、电磁驱动 【详解】A．搬运电流表时连接正负接线柱构成闭合回路，当指针带动线圈摆动时，线圈会产生感应电流，安培力阻碍摆动（电磁阻尼），可以减弱指针晃动，故A正确，不符合题意； B．安检门利用涡流工作：金属经过时，安检门的交变磁场会在金属中感应出涡流，涡流的磁场会影响原电路，触发报警，故B正确，不符合题意； C．转动蹄形磁体时，铝框中磁通量变化产生感应电流，根据楞次定律，铝框会随磁体同向转动，但铝框转速一定小于磁体转速；若二者转速相同，铝框中磁通量不变，感应电流消失，无法维持同速转动，故C错误，符合题意； D．铜盘转动时，磁体靠近铜盘，铜盘中会感应出涡流，涡流的安培力阻碍铜盘转动，因此铜盘转速减小，故D正确，不符合题意； 故选C。 【变式2-1】某游戏机的投币识别装置利用了“电磁阻尼”效应。其结构如图所示：在倾斜通道的中部固定有一对磁铁，以在硬币通道两侧产生水平方向的匀强磁场。当金属硬币经缓冲挡片减速后，沿斜面滚落并进入该磁场区域时，由于电磁感应，硬币内部会产生感应电流（涡流），从而受到阻碍其相对运动的安培力，导致速度发生改变。识别系统通过测量硬币穿过磁场区域所需的时间，来判断其材质，进而区分真伪。下列说法正确的是（　　） A．硬币刚进入磁场时，感应电流的方向为顺时针 B．硬币离开磁场时，受到的安培力方向沿斜面向下 C．其他条件相同时，磁场的磁感应强度越大，硬币通过磁场区域的时间越短 D．其他条件相同时，导电性越好的硬币，通过磁场区域的时间越长 【答案】D 【难度】0.68 【知识点】电磁阻尼 【详解】A．硬币刚进入磁场时，穿过硬币的磁通量（垂直纸面向里）增加，根据楞次定律，可知感应电流的磁场方向应垂直纸面向外，由安培定则可知感应电流方向为逆时针，故A错误； B．硬币离开磁场时，根据楞次定律的推论“来拒去留”，安培力总是阻碍硬币的相对运动，硬币沿斜面向下运动，则受到的安培力方向沿斜面向上，故B错误； C．硬币在磁场中运动时，磁场的磁感应强度越大，感应电动势越大，感应电流越大，安培力越大，可知硬币受到的阻力越大，通过磁场区域所需时间越长，故C错误； D．其他条件相同时，导电性越好的硬币，其电阻越小，可得电流越大，安培力越大，可得通过磁场区域所需时间越长，故D正确。 故选D。 【变式2-2】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 【难度】0.65 【知识点】电磁驱动 【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。 模块三 课后作业 多选题 1．下列关于磁场与现代科技的相关说法不正确的是（     ） A．图甲是真空冶炼炉示意图，炉外线圈中通入直流电流，使炉内的金属快速熔化 B．图乙是电流表内部结构示意图，其能显示电流大小是利用了电磁感应原理 C．图丙是回旋加速器示意图，增大磁感应强度能提高加速粒子的最大能量 D．图丁是电磁流量计示意图，在B、d一定时，UMN越大反映出流量Q越大 【答案】AB 【难度】0.65 【知识点】电磁流量计的相关计算、涡流的原理、应用与防止、磁电式电流表、回旋加速器的原理 【详解】A．图甲是真空冶炼炉，它的工作原理是涡流效应，需要炉外线圈通入交变电流，而不是直流电流。通入直流电无法产生变化的磁场，也就不能在炉内金属中激发涡流来使其熔化，故A错误，符合题意； B．图乙是电流表内部结构，它利用的是电流在磁场中受安培力的原理（通电线圈在磁场中转动，带动指针偏转），而不是电磁感应原理，故B错误，符合题意； C．图丙是回旋加速器，粒子获得的最大速度由D形盒的半径决定，设回旋加速度内部磁场的磁感应强度为，D形盒的半径为，带电粒子的电荷量为，质量为，则由洛伦兹力提供向心力有 解得粒子能获得的最大速度为 所以粒子的最大动能为 所以增大磁感应强度能提高加速粒子的最大能量，故C正确，不符合题意； D．图丁是电磁流量计，由题图所给物理量可知，根据洛伦兹力与电场力平衡有 又因为流量 解得 所以在B、d一定时，UMN越大反映出流量Q越大，故D正确，不符合题意。 故选AB。 2．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，下列情况中能使焊接处消耗的电功率增大的是（　　） A．其他条件不变，增大交变电流的电压 B．其他条件不变，增大交变电流的频率 C．感应电流相同的条件下，增大焊接处的接触电阻 D．感应电流相同的条件下，减小焊接处的接触电阻 【答案】ABC 【难度】0.65 【知识点】涡流的原理、应用与防止 【详解】A．增大交变电流的电压，其他条件不变，则线圈中交变电流增大，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，那么焊接处消耗的电功率增大，故A正确； B．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，焊缝处消耗的电功率越大，故B正确； CD．感应电流相同条件下，增大焊接缝的接触电阻，由可知焊缝处消耗的电功率增大，故C正确，D错误。 故选ABC。 3．电磁现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　） A．甲图中，线圈B闭合，开关S断开时，触头C与工作电路将立即断开 B．乙图中，用外力顺时针转动铜盘，电路中会产生感应电流，a点电势比b点高 C．丙图中，一铜圆盘水平放置，若使圆盘绕竖直轴转动，小磁针将会同向转动 D．丁图中，给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热 【答案】BC 【难度】0.65 【知识点】右手定则、涡流的原理、应用与防止、电磁阻尼 【详解】A．甲图中，线圈B闭合，开关S断开时，在线圈B中产生感应电流，使得铁芯的磁性慢慢消失，则触头C与工作电路过一会才断开，故A错误； B．乙图中，用外力顺时针转动铜盘，电路中会产生感应电流，根据右手定则可知，通过R的电流方向为由a向b，故a点电势比b点高，故B正确； C．丙图中，将一铜圆盘水平放置，若使圆盘绕竖直轴转动，产生感应电流，根据楞次定律的推论，感应电流的磁场总要阻碍相对运动，因安培力的作用，另个物体也会跟着同向转动，属于电磁驱动，故C正确； D．丁图中，给电磁炉接通交变电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热，故D错误。 故选BC。 4．如图所示，底部是一个电磁炉，是常见的家庭厨房用具，其内部包含线圈，外部为绝缘面板，工作时上方放置铁锅，接通电源，便能加热炒菜。现将连接灯泡的多匝线圈平行放在电磁炉面板上，把盛水的钢盆置于线圈中间，接通电磁炉开关后，灯泡即可点亮，关于电磁炉及此现象下列说法正确的是（　　） A．电磁炉接恒定电流，灯泡也能发光 B．灯泡点亮，是电磁炉线圈中变化的电流产生的磁场穿过灯泡线圈产生感应电流产生的 C．如果把灯泡去掉，上面线圈闭合，线圈匝数变为n倍，忽略磁损，其它条件不变，接通电源，线圈产生的感应电动势变为原来n倍 D．如果把灯泡去掉，上面线圈闭合，线圈匝数变为n倍，忽略磁损，其它条件不变，接通电源，线圈产生的感应电流变为原来n倍 【答案】BC 【难度】0.65 【知识点】法拉第电磁感应定律的表述和表达式、闭合电路欧姆定律的内容及公式、电磁灶的结构和原理 【详解】A．电磁炉利用的是电磁感应的互感现象，故需要用变化的磁场，而恒定电流只能产生稳定的磁场，故A错误； B．电磁炉线圈中变化的电流产生变化的磁场，从而连接灯泡的多匝线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，灯泡点亮，故B正确； C．线圈匝数变为n倍，由法拉第电磁感应定律，可得线圈产生的感应电动势与匝数成正比，故变为原来的n倍，故C正确； D．线圈匝数变为n倍，电阻也会变为n倍，由闭合电路欧姆定律可得，则电流保持不变，故D错误。 故选BC。 5．如图所示为电磁炉的加热原理图，炉体支板的下方埋有线圈，电流通过线圈产生磁场，磁场的磁感线通过锅底部时产生无数小涡流，使锅体迅速发热，从而加热锅中的食物。下列关于电磁炉说法正确的是（　　）    A．可以接入稳恒电源使其工作 B．可以将陶瓷材料制作的锅放在炉面上加热 C．其他条件不变，线圈中电流越大，对同一个锅体产生的热功率越大 D．其他条件不变，线圈中电流的频率越高，对同一个锅体产生的热功率越大 【答案】CD 【难度】0.65 【知识点】电磁灶的结构和原理 【详解】A．稳恒电源在线圈中产生恒定的电流，激发恒定的磁场，穿过金属锅的磁通量不变，不会发生电磁感应，没有涡流产生，故A项错误； B．要使锅底能产生涡流，锅必须是导电性能好的金属，故不可以将陶瓷材料制作的锅放在炉面上加热，故B项错误； C．其他条件不变，线圈中电流的有效值越大，磁场的变化量就越大，线圈中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势就越大，涡流越大，对同一个锅体产生的热功率也就越大，故C项正确； D．其他条件不变，线圈中电流的频率越高，线圈中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势就越大，涡流越大，对同一个锅体产生的热功率越大，故D项正确。 故选CD。 6．金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警．下列说法正确的是（　　） A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物上方不停地晃动 B．探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生“涡流”（感应电流） C．若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D．若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少 【答案】BD 【难度】0.65 【知识点】安检警报器结构和原理 【详解】AB．因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生高速变化的磁场，故即使探测器静止在待检测物的上方，待检测物中依然有感应电流产生，故A错误，B正确； CD．因为塑料制品近乎于绝缘体，导电性能极差，所以监测区域中并非没有磁通量变化，而是因为塑料内部没有可自由移动的带电粒子或极少，而使得待检测物体中无感应电流或电流太小不能引起报警，故C错误，D正确。 故选BD。 7．机场内有用于安全检查的安检门，门框内装有探测线圈，乘客携带金属物品通过安检门时就会引起报警。下列说法正确的有（　　） A．安检门内的线圈产生的是稳定磁场 B．安检门内的线圈产生的是变化磁场 C．金属物品通过安检门时，金属内会产生涡流 D．金属物品通过安检门时，探测线圈内会产生涡流 【答案】BC 【难度】0.65 【知识点】安检警报器结构和原理 【详解】探测线圈内的电流是变化的，从而在安检门内产生变化的磁场，当金属物品通过安检门时，金属物品内磁通量发生变化，会产生涡流，而涡流也会产生磁场，该磁场引起探测线圈内的磁通量发生变化，产生电磁感应，引起警报。 故选BC。 8．图甲是磁电式电表内部结构示意图，蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，在铝框上绕有铜线圈。电表指针固定在线圈上，可与线圈一起转动。线圈的两端分别接在两个接线柱上。蹄形磁铁与铁芯间的磁场可看作是均匀辐射分布的，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．线圈转动时，线圈平面始终与磁感线平行 B．当电表中通以如图乙的电流时，指针将向左偏 C．增大线圈中的匝数，可以增大电表的灵敏度 D．将更轻便的木框代替铝制框，在使用电表时可以使指针更迅速稳定在示数位置上 【答案】AC 【难度】0.68 【知识点】电磁阻尼、通电导线在磁场中的作用力方向、磁电式电流表 【详解】A．蹄形磁铁与铁芯间的磁场可看作是均匀辐射分布的，磁感线始终垂直于铁芯圆柱表面，可知线圈转动时，线圈平面始终与磁感线平行，故A正确； B．当电表中通以如图乙的电流时，线圈左右两侧分别受安培力向上和向下，线圈顺时针转动，可知指针将向右偏，故B错误； C．线圈匝数越多，受到的安培力合力越大，越容易转动，可以提高电流表的灵敏度，故C正确； D．用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，通过铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，将更轻便的木框代替铝制框达不到此作用，故D错误。 故选AC。 9．把一枚具有强磁性的小圆柱体从固定的竖直铝管上端放入管口。下落过程中，小圆柱体不与铝管接触。小圆柱形磁体下落过程中（　　） A．加速度小于重力加速度 B．加速度大于重力加速度 C．减少的重力势能等于增加的动能 D．减少的重力势能大于增加的动能 【答案】AD 【难度】0.65 【知识点】常见力做功与相应的能量转化、电磁阻尼 【详解】AB．小圆柱形磁体下落过程中，铝管中产生感应电流，磁体受到向上的安培力，故磁体合力小于重力，根据牛顿第二定律可知，加速度小于重力加速度，故A正确，B错误； CD．磁体下落过程中，安培力对其做负功，由能量守恒定律可知，磁体减少的重力势能大于增加的动能，故C错误，D正确。 故选AD。 10．如图所示，三个长度、内径、管壁厚度相同的木管、铜管、银管竖直固定放置（相距很远），其下端到地面的高度相同。在每个管正上方各有一个完全相同的圆柱形磁铁，分别为a、b、c，它们下表面N极也在同一水平面上。现让a、b、c同时静止释放，它们分别无碰撞地穿过对应管道，忽略空气阻力，已知银的电阻率比铜的电阻率小。下列说法正确的是（　　）。 A．磁铁刚进入铜管时，俯视时铜管电流方向为逆时针 B．a、b、c落地时的速度大小关系为va > vc > vb C．a、b、c下落过程中机械能都不守恒 D．从释放到落地，三根管中磁通量的变化量相同 【答案】AD 【难度】0.65 【知识点】判断系统机械能是否守恒、增反减同、计算磁通量的变化量、电磁阻尼 【详解】A．根据楞次定律，磁铁刚进入铜管时，俯视时铜管电流方向为逆时针，故A正确； B．a下落过程中，木管中没有感应电流，a做自由落体运动，b、c下落过程中，铜管、银管中都有感应电流，由楞次定律得b、c受到的磁场力都向上，由于银管的电阻小，银管中的平均感应电流大，银管受到的平均安培力大，由牛顿第三定律得c受到平均磁场力大， a、b、c运动的过程根据动能定理有 其中， 解得a、b、c落地时的速度大小关系为va > vb > vc 故B错误； C．根据B分析可知，a下落过程中机械能守恒，b、c下落过程中机械能不守恒，故C错误； D．圆柱形磁铁a、b、c的初、末位置相同，三根管长度、内径相等，三根管中磁通量的变化量相同，故D正确。 故选AD。 11．图甲为无线磁力搅拌杯，其工作原理如图乙所示，杯体底部安装通电线圈，相关电路控制线圈电流从而产生一个逆时针旋转的磁场（俯视图），杯内中心放置一搅拌金属粒，在旋转磁场作用下金属粒也产生旋转，从而达到搅拌杯内溶液的效果。通电搅拌时，以下说法正确的是（　　） A．金属粒中会产生感应电流 B．金属粒内不会产生焦耳热 C．金属粒旋转方向与磁场旋转方向相同 D．加大磁场旋转速度，则金属粒旋转速度也加大 【答案】ACD 【难度】0.65 【知识点】电磁驱动 【详解】AB．根据电磁感应原理，当金属粒处于变化的磁场中时，磁通量发生变化，会产生感应电动势，进而形成感应电流，产生焦耳热，故A正确，B错误； C．金属粒在旋转磁场的作用下，其内部产生的感应电流会受到安培力的作用，从而驱动金属粒跟随磁场旋转，根据楞次定律：感应电流磁场阻碍导体与磁场间相对运动，可知金属粒旋转方向与磁场旋转方向一致，故C正确； D．当加快磁场旋转速度时，由于感应电流增大、安培力和力矩增大，金属粒也会加快旋转，故D正确。 故选ACD。 第 16 页 共 17 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $