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第二章　第3节　涡流　电磁阻尼　电磁驱动
(分值：100分)
选择题1～10题，每小题10分，共100分。
对点题组练
题组一　涡流
1.(多选)关于涡流，下列说法正确的是(　　)
真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
家用电磁炉是利用涡流使锅体发热的
阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流
2.如图甲所示为机场、车站和重要活动场所中经常使用的金属探测器，用于探测人身上携带的金属物品，其内部简化图如图乙所示，外侧线圈为发射线圈，内侧线圈为接收线圈(接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场)。金属探测器工作时，发射线圈通以交变电流，则(　　)
发射线圈会产生方向不变、大小变化的磁场
只有金属探测器与金属物品相对运动时，探测器才会报警
若发射线圈中电流沿顺时针(俯视)方向减小，则金属物品中会产生相同方向的感应电流
电压越大，则在金属物品内部产生电流一定越大
题组二　电磁阻尼和电磁驱动
3.如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦)，现让铜盘转动。下面对观察到的现象描述及解释正确的是(　　)
铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去
铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去
铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下
铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快
4.如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场的过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，金属球(　　)
整个过程匀速运动
进入磁场过程中做减速运动，穿出磁场过程中做加速运动
整个过程都做匀减速运动
穿出磁场时的速度一定小于初速度
5.如图所示，将一空的铝质易拉罐倒扣于笔尖上，在“冂”型木框两侧各固定一个强钕磁铁，用电钻控制木框匀速转动，发现木框虽然不与易拉罐接触，但易拉罐也会随木框转动。则下列说法正确的是(　　)
木框的转速总比易拉罐的大
易拉罐与木框的转动方向相反
易拉罐与木框保持相同的转速同方向转动
两个磁铁必须异名磁极相对
综合提升练
6.(多选)涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示，线圈中通以一定频率的交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法正确的是(　　)
涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化
涡流的频率等于通入线圈的交流电的频率
通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
待测工件可以是塑料或橡胶制品
7.如图所示，用铜线缠绕成线圈通上合适的电流，就可以隔空对金属进行加热了，把螺丝刀放进线圈，一会就会烧红了。下列说法正确的是(　　)
线圈中通入的是恒定电流
线圈中通入的是交变电流
塑料棒放进线圈里也可以进行隔空加热
线圈中的电流产生热对物体进行隔空加热
8.如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的铝线圈。让磁铁在同一竖直面内摆动，在一次完整摆动的过程中，下列说法正确的是(　　)
线圈内感应电流的方向改变两次
线圈对磁铁的作用力为斥力
线圈对磁铁的作用力始终是阻力
线圈对磁铁的作用力有时是阻力，有时是动力
9.(多选)神舟十二号乘组在与香港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
培优加强练
10.(多选)位于光滑水平面上的小车上水平固定一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v0水平穿入螺线管，并最终穿出，如图所示，在此过程中(不计磁铁重力)(　　)
磁铁做匀速直线运动
磁铁做减速运动
小车向右做加速运动
小车先加速后减速
第3节　涡流　电磁阻尼　电磁驱动
1.ABC　[真空冶炼炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，故A正确；电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，当含铁质锅具放置在炉面时，在锅具底部产生涡流，故B正确；阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，当金属摆从磁场中穿过时，金属摆内感应出的涡流会对金属摆的运动产生阻碍作用，故C正确；涡流要损耗能量，变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，其目的是为了减小涡流，故D错误。]
2.C　[金属探测器利用了电磁感应原理，在发射线圈中通以交变电流时，电流的大小和方向都呈周期性变化，所以发射线圈会产生大小和方向均变化的磁场，A错误；因为发射线圈产生变化的磁场，所以金属探测器接近金属物品时，穿过金属物品的磁通量会发生变化，金属物品内部会产生感应电流，感应电流又会产生新的磁场，使穿过探测器内侧的接收线圈的磁通量发生变化，在接收线圈中产生感应电流，引起探测器报警，故金属探测器与金属物品之间不需要有相对运动，B错误；若发射线圈中电流沿顺时针(俯视)方向减小，根据右手螺旋定则知，发射线圈产生方向竖直向下、磁感应强度逐渐减弱的磁场，根据楞次定律和右手螺旋定则知，在金属物品中会产生顺时针(俯视)方向的感应电流，C正确；由感应电动势E＝n及闭合电路欧姆定律I＝，可知在相同时间内，穿过金属物品的磁通量的变化量越大，在金属物品内部产生的电流越大，若增大探测器使用交流电的电压的同时减小交流电的频率，相同时间内磁通量的变化可能会减小，则在金属物品内部产生的电流会减小，D错误。]
3.C　[铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到电磁阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故C正确，A、B、D错误。]
4.D　[金属球在进、出磁场的过程中穿过球的磁通量发生变化，有涡流产生，要受到阻力。金属球在磁场中运动时，穿过球的磁通量不变，金属球做匀速运动，故金属球在整个过程中先减速运动，后匀速运动，再减速运动，故D正确。]
5.A　[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，B、C错误；两个磁铁异名磁极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。]
6.ABC　[涡流是感应电流，涡流的磁场总是阻碍穿过工件的磁通量的变化，而且涡流的频率与线圈中交流电的频率相等，A、B正确；因待测工件中的涡流与通电线圈中的电流具有相同频率，因此二者间必有周期性变化的作用力，C正确；涡流只能在导体中产生，D错误。]
7.B　[当线圈中通入恒定电流时，就会产生稳定的磁场，稳定的磁场在线圈中的金属中就不会产生感应电流，金属就不会产生热，A错误；当线圈中通入的是交变电流时，线圈就会产生交变磁场，交变磁场在线圈中的金属中就会感应出涡流，金属就会产生热，B正确；塑料棒是绝缘体，放进线圈里不会感应出涡流，不会产生热，也就不可以进行隔空加热，C错误；线圈中的电流产生变化的磁场，变化的磁场在线圈中的金属中感应出涡流，涡流在金属中产生热，这是金属进行隔空加热的原理，D错误。]
8.C　[磁铁向下摆动时，根据楞次定律可判断，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上往下看)，感应电流激发的磁场阻碍磁铁靠近，则磁铁受到的作用力为斥力；磁铁向上摆动时，根据楞次定律可判断，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上往下看)，感应电流激发的磁场阻碍磁铁远离，则磁铁受到的作用力为引力，所以磁铁在一次完整摆动的过程中，电流方向改变四次。由楞次定律可知，线圈对磁铁的作用力始终是阻力，故C正确，A、B、D错误。]
9.CD　[磁场充满整个圆盘，圆盘转动过程中产生的涡流为0，A、B错误；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，C、D正确。]
10.BC　[磁铁水平穿入螺线管的过程中，螺线管中将产生感应电流，由楞次定律可知，产生的感应电流将阻碍磁铁的运动；同理，磁铁穿出的过程中，由楞次定律可知，产生的感应电流将阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项A错误，B正确；对于小车上的螺线管来说，受到的安培力方向始终水平向右，使螺线管和小车一直向右做加速运动，选项C正确，D错误。]第3节　涡流　电磁阻尼　电磁驱动
学习目标　1.通过实验，了解涡流。2.能举例说明涡流在生产生活中的应用。3.了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用。
知识点一　涡　流
如图所示是车站、机场等处安保人员常用的手持式金属探测仪，它能够检测出隐藏的金属器件。结合上节课学到的内容，猜猜看检测过程发生了什么现象？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.涡流：由于____________，在大块金属中形成的像水的漩涡的感应电流叫作涡电流，简称涡流。
2.涡流的特点：大块金属沿涡流路径的__________一般很小，不大的感应电动势就能在它内部形成强大的涡电流，释放出大量的焦耳热。
3.涡流中的能量转化：其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为________。
4.涡流现象的应用
(1)涡流的热效应：如高频感应炉、电磁炉等。
(2)涡流的磁效应：如探雷器、安检门等。
5.涡流现象的防止
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：用相互绝缘的薄硅钢片叠合成的铁芯代替整块硅钢铁芯。
例1 (多选)如图所示，真空冶炼炉冶炼合金钢时，在线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流的热量使金属熔化。下列说法正确的是(　　)
A.炉内金属中产生的涡流是感应电流
B.炉内金属发生了电磁感应现象
C.处于变化的磁场中的金属内都有涡流产生
D.炉内金属电阻率越小，形成的涡流越小
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练1 (多选)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”。“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.欲使待检测物内部产生“涡流”，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”
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
训练2 (多选)下列哪些措施是为了防止涡流的危害(　　)
A.电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
B.探雷器的线圈中要通变化着的电流
C.变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成
D.变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
知识点二　电磁阻尼和电磁驱动
(1)如图甲所示，将磁铁在同一高度由静止释放，下端放有闭合线圈的那块磁铁很快停止振动，而另一块磁铁能振动较长时间，如何解释这个现象？
(2)如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁铁时，线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么力？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.电磁阻尼
(1)概念：当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是________导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼。
(2)应用：电动列车普遍使用的电磁制动技术；磁电式电表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。
2.电磁驱动
(1)概念：感应电流受到安培力使物体________的现象。
(2)应用：感应电动机等。
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 由磁场运动形成
效果 安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力的方向与导体运动方向相同，为动力
能量转化 导体克服安培力做功，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
相同点 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的相对运动
例2 如图所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转)，则以下说法正确的是(　　)
A.三者同时落地
B.甲、乙同时落地，丙后落地
C.甲、丙同时落地，乙后落地
D.乙、丙同时落地，甲后落地
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练3 (多选)一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间，如图所示，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕轴转动。当蹄形磁体顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁体逆时针转动时线圈也逆时针转动，关于该电磁感应现象说法正确的是(　　)
A.线圈中有感应电流
B.线圈所受安培力做正功
C.该现象遵循楞次定律
D.运输灵敏电流表时把两个接线柱连在一起与该现象原理相同
训练4 扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
随堂对点自测
1.(涡流的产生)下列做法可能产生涡流的是(　　)
A.把金属块放在匀强磁场中
B.让金属块在匀强磁场中做匀速运动
C.让金属块在匀强磁场中做变速运动
D.把金属块放在变化的磁场中
2.(电磁阻尼)(多选)(2024·广东茂名期末)健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人在健身时带动飞轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，拉动控制拉杆可以改变磁铁与飞轮间的距离。则(　　)
A.飞轮受到阻力大小与其材料密度有关
B.飞轮受到阻力大小与其材料电阻率无关
C.飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越大
D.磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到阻力越大
3.(电磁驱动)(多选)如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁体，上端为N极。当磁体沿水平方向开始移动时线圈也开始移动，则(　　)
A.从上向下看，线圈中产生顺时针方向的电流
B.线圈对桌面压力将变小
C.线圈做加速度减小的运动
D.线圈的运动方向与磁体运动方向相反
4.(涡流的应用)安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在(由左向右看)顺时针方向均匀减小的电流，则(　　)
A.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针(由左向右看)
B.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流增大
C.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针(由左向右看)
D.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化
第3节　涡流　电磁阻尼　电磁驱动
知识点一
导学　提示　电磁感应现象
知识梳理
1.电磁感应　2.电阻　3.内能
例1 ABC　[涡流的实质是一种电磁感应现象，当炉内的金属处在变化的磁场中时，金属内部可以等效看成许多闭合回路，当这些闭合回路中的磁通量变化时，金属产生感应电流，这样的感应电流即为涡流，A、B正确；处在变化的磁场中的金属内都有涡流产生，C正确；炉内金属电阻率越小，形成的涡流越大，D错误。]
训练1 BD　[因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生快速变化的磁场，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，A错误，B正确；因为塑料制品近乎于绝缘体，导电性能极差，所以检测区域中并非没有磁通量变化，而是因为塑料中没有可自由移动的带电粒子或极少，而使得待检测物中无感应电流或电流太小不能引起报警，C错误，D正确。]
训练2 CD　[电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅体内产生涡流，使锅体发热从而加热食物，属于涡流的应用，故A错误；探雷器的线圈中有变化的电流，如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流，使仪器报警，这属于涡流的应用，故B错误；变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故C正确；变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故D正确。]
知识点二
导学　提示　(1)图甲中下端放有闭合线圈的磁铁振动时，除了受空气阻力外还受到线圈的磁场阻力，所以很快停下来。
(2)当蹄形磁铁顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁铁逆时针转动时，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。
知识梳理
1.(1)阻碍　2.(1)运动
例2 D　[乙回路没有闭合，丙是塑料线框，都不会产生感应电流，它们做自由落体运动，甲是闭合铜线框，在下落过程中产生感应电流，所受的安培力阻碍它的下落，故下落所需的时间长，D正确。]
训练3 ABC　[蹄形磁体转动时，线圈内的磁通量发生变化，线圈中产生了感应电流以阻碍磁通量的变化，线圈因产生感应电流受到安培力的作用而转动，安培力做正功，该现象原理为电磁驱动，且遵循楞次定律，A、B、C正确；运输灵敏电流表时把两个接线柱连在一起是利用电磁阻尼，使指针偏转角度减小，以防损坏指针，D错误。]
训练4 A　[施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，STM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，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，通过它的磁通量都可能不变；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，故A正确。]
随堂对点自测
1.D　[涡流就是在大块金属中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化。A、B、C选项中穿过金属块的磁通量不变化，所以A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确。]
2.CD　[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它受到的安培力，而安培力大小与其材料的电阻率有关，与其密度无关，故A、B错误；磁铁越靠近飞轮，飞轮所处位置的磁感应强度越大，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C正确；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，则飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，那么飞轮受到的阻力越大，故D正确。]
3.BC　[磁体N极在上，沿水平方向开始移动时，通过线圈的磁通量减小，由楞次定律知自上向下看，线圈中感应出逆时针方向的电流，且根据“来拒去留”可知，线圈的运动方向与磁体运动方向相同，A、D错误；由于感应电流的磁场与磁体相互吸引，线圈对桌面的压力减小，B正确；线圈与磁体的间距变大，故相互作用的引力减小，线圈将做加速度减小的运动，C正确。]
4.D　[左侧门框中某段时间通电线圈中存在(由左向右看)顺时针方向均匀减小的电流，无金属片通过时，穿过右侧接收线圈的磁通量减小，根据楞次定律知，右侧线圈中产生的感应电流方向由左向右看为顺时针方向，大小恒定，故选项A、B错误；有金属片通过时，金属片中产生涡流，使右侧接收线圈中的感应电流大小发生变化，方向由左向右看仍为顺时针，故选项C错误，D正确。](共49张PPT)
第3节　涡流　电磁阻尼　电磁驱动
第二章　电磁感应及其应用
1.通过实验，了解涡流。
2.能举例说明涡流在生产生活中的应用。
3.了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　电磁阻尼和电磁驱动
知识点一　涡　流
知识点一　涡　流
如图所示是车站、机场等处安保人员常用的手持式金属探测仪，它能够检测出隐藏的金属器件。结合上节课学到的内容，猜猜看检测过程发生了什么现象？
提示　电磁感应现象
1.涡流：由于__________，在大块金属中形成的像水的漩涡的感应电流叫作涡电流，简称涡流。
2.涡流的特点：大块金属沿涡流路径的______一般很小，不大的感应电动势就能在它内部形成强大的涡电流，释放出大量的焦耳热。
3.涡流中的能量转化：其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为______。
电磁感应
电阻
内能
4.涡流现象的应用
(1)涡流的热效应：如高频感应炉、电磁炉等。
(2)涡流的磁效应：如探雷器、安检门等。
5.涡流现象的防止
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：用相互绝缘的薄硅钢片叠合成的铁芯代替整块硅钢铁芯。
ABC
例1 (多选)如图所示，真空冶炼炉冶炼合金钢时，在线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流的热量使金属熔化。下列说法正确的是(　 　)
A.炉内金属中产生的涡流是感应电流
B.炉内金属发生了电磁感应现象
C.处于变化的磁场中的金属内都有涡流产生
D.炉内金属电阻率越小，形成的涡流越小
解析　涡流的实质是一种电磁感应现象，当炉内的金属处在变化的磁场中时，金属内部可以等效看成许多闭合回路，当这些闭合回路中的磁通量变化时，金属产生感应电流，这样的感应电流即为涡流，A、B正确；处在变化的磁场中的金属内都有涡流产生，C正确；炉内金属电阻率越小，形成的涡流越大，D错误。
BD
训练1 (多选)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”。“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.欲使待检测物内部产生“涡流”，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”
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
解析　因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生快速变化的磁场，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，A错误，B正确；因为塑料制品近乎于绝缘体，导电性能极差，所以检测区域中并非没有磁通量变化，而是因为塑料中没有可自由移动的带电粒子或极少，而使得待检测物中无感应电流或电流太小不能引起报警，C错误，D正确。
CD
训练2 (多选)下列哪些措施是为了防止涡流的危害(　　)
A.电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
B.探雷器的线圈中要通变化着的电流
C.变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成
D.变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
解析　电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅体内产生涡流，使锅体发热从而加热食物，属于涡流的应用，故A错误；探雷器的线圈中有变化的电流，如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流，使仪器报警，这属于涡流的应用，故B错误；变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故C正确；变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故D正确。
知识点二　电磁阻尼和电磁驱动
(1)如图甲所示，将磁铁在同一高度由静止释放，下端放有闭合线圈的那块磁铁很快停止振动，而另一块磁铁能振动较长时间，如何解释这个现象？
(2)如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁铁时，线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么力？
提示　(1)图甲中下端放有闭合线圈的磁铁振动时，除了受空气阻力外还受到线圈的磁场阻力，所以很快停下来。
(2)当蹄形磁铁顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁铁逆时针转动时，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。
1.电磁阻尼
(1)概念：当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是______导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼。
(2)应用：电动列车普遍使用的电磁制动技术；磁电式电表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。
阻碍
2.电磁驱动
(1)概念：感应电流受到安培力使物体______的现象。
(2)应用：感应电动机等。
运动
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 由磁场运动形成
效果 安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力的方向与导体运动方向相同，为动力
能量 转化 导体克服安培力做功，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
相同点 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的相对运动
D
例2 如图所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转)，则以下说法正确的是(　　)
A.三者同时落地 B.甲、乙同时落地，丙后落地
C.甲、丙同时落地，乙后落地 D.乙、丙同时落地，甲后落地
解析　乙回路没有闭合，丙是塑料线框，都不会产生感应电流，它们做自由落体运动，甲是闭合铜线框，在下落过程中产生感应电流，所受的安培力阻碍它的下落，故下落所需的时间长，D正确。
ABC
训练3 (多选)一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间，如图所示，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕轴转动。当蹄形磁体顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁体逆时针转动时线圈也逆时针转动，关于该电磁感应现象说法正确的是(　　 )
A.线圈中有感应电流
B.线圈所受安培力做正功
C.该现象遵循楞次定律
D.运输灵敏电流表时把两个接线柱连在一起与该现象原理相同
解析　蹄形磁体转动时，线圈内的磁通量发生变化，线圈中产生了感应电流以阻碍磁通量的变化，线圈因产生感应电流受到安培力的作用而转动，安培力做正功，该现象原理为电磁驱动，且遵循楞次定律，A、B、C正确；运输灵敏电流表时把两个接线柱连在一起是利用电磁阻尼，使指针偏转角度减小，以防损坏指针，D错误。
A
训练4 扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
解析　施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理
是电磁阻尼，STM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，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，通过它的磁通量都可能不变；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，故A正确。
随堂对点自测
2
D
1.(涡流的产生)下列做法可能产生涡流的是(　　)
A.把金属块放在匀强磁场中
B.让金属块在匀强磁场中做匀速运动
C.让金属块在匀强磁场中做变速运动
D.把金属块放在变化的磁场中
解析　涡流就是在大块金属中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化。A、B、C选项中穿过金属块的磁通量不变化，所以A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确。
CD
2.(电磁阻尼)(多选)(2024·广东茂名期末)健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人在健身时带动飞轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，拉动控制拉杆可以改变磁铁与飞轮间的距离。则(　　)
A.飞轮受到阻力大小与其材料密度有关
B.飞轮受到阻力大小与其材料电阻率无关
C.飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越大
D.磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到阻力越大
解析　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它受到的安培力，而安培力大
小与其材料的电阻率有关，与其密度无关，故A、B错误；
磁铁越靠近飞轮，飞轮所处位置的磁感应强度越大，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C正确；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，则飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，那么飞轮受到的阻力越大，故D正确。
BC
3.(电磁驱动)(多选)如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁体，上端为N极。当磁体沿水平方向开始移动时线圈也开始移动，则(　　)
A.从上向下看，线圈中产生顺时针方向的电流
B.线圈对桌面压力将变小
C.线圈做加速度减小的运动
D.线圈的运动方向与磁体运动方向相反
解析　磁体N极在上，沿水平方向开始移动时，通过线圈的磁通量减小，由楞次定律知自上向下看，线圈中感应出逆时针方向的电流，且根据“来拒去留”可知，线圈的运动方向与磁体运动方向相同，A、D错误；由于感应电流的磁场与磁体相互吸引，线圈对桌面的压力减小，B正确；线圈与磁体的间距变大，故相互作用的引力减小，线圈将做加速度减小的运动，C正确。
D
4.(涡流的应用)安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在(由左向右看)顺时针方向均匀减小的电流，则(　　)
A.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针(由左向右看)
B.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流增大
C.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针(由左向右看)
D.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化
解析　左侧门框中某段时间通电线圈中存在(由左向右看)顺时针方向均匀减小的电流，无金属片通过时，穿过右侧接收线圈的磁通量减小，根据楞次定律知，右侧线圈中产生的感应电流方向由左向右看为顺时针方向，大小恒定，故选项A、B错误；有金属片通过时，金属片中产生涡流，使右侧接收线圈中的感应电流大小发生变化，方向由左向右看仍为顺时针，故选项C错误，D正确。
课后巩固训练
3
ABC
题组一　涡流
1.(多选)关于涡流，下列说法正确的是(　 　)
对点题组练
A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B.家用电磁炉是利用涡流使锅体发热的
C.阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能
增大涡流
解析　真空冶炼炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，故A正确；电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，当含铁质锅具放置在炉面时，在锅具底部产生涡流，故B正确；阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，当金属摆从磁场中穿过时，金属摆内感应出的涡流会对金属摆的运动产生阻碍作用，故C正确；涡流要损耗能量，变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，其目的是为了减小涡流，故D错误。
C
2.如图甲所示为机场、车站和重要活动场所中经常使用的金属探测器，用于探测人身上携带的金属物品，其内部简化图如图乙所示，外侧线圈为发射线圈，内侧线圈为接收线圈(接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场)。金属探测器工作时，发射线圈通以交变电流，则(　　)
A.发射线圈会产生方向不变、大小变化的磁场
B.只有金属探测器与金属物品相对运动时，探测器才会报警
C.若发射线圈中电流沿顺时针(俯视)方向减小，则金属物品中会产生相同方向的感应电流
D.电压越大，则在金属物品内部产生电流一定越大
解析　金属探测器利用了电磁感应原理，在发射
线圈中通以交变电流时，电流的大小和方向都呈
周期性变化，所以发射线圈会产生大小和方向均
变化的磁场，A错误；因为发射线圈产生变化的
磁场，所以金属探测器接近金属物品时，穿过金属物品的磁通量会发生变化，金属物品内部会产生感应电流，感应电流又会产生新的磁场，使穿过探测器内侧的接收线圈的磁通量发生变化，在接收线圈中产生感应电流，引起探测器报警，故金属探测器与金属物品之间不需要有相对运动，B错误；
C
题组二　电磁阻尼和电磁驱动
3.如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦)，现让铜盘转动。下面对观察到的现象描述及解释正确的是(　　)
A.铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去
B.铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去
C.铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下
D.铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快
解析　铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到电磁阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故C正确，A、B、D错误。
D
4.如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场的过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，金属球(　　)
A.整个过程匀速运动
B.进入磁场过程中做减速运动，穿出磁场过程中做加速运动
C.整个过程都做匀减速运动
D.穿出磁场时的速度一定小于初速度
解析　金属球在进、出磁场的过程中穿过球的磁通量发生变化，有涡流产生，要受到阻力。金属球在磁场中运动时，穿过球的磁通量不变，金属球做匀速运动，故金属球在整个过程中先减速运动，后匀速运动，再减速运动，故D正确。
A
5.如图所示，将一空的铝质易拉罐倒扣于笔尖上，在“冂”型木框两侧各固定一个强钕磁铁，用电钻控制木框匀速转动，发现木框虽然不与易拉罐接触，但易拉罐也会随木框转动。则下列说法正确的是(　　)
A.木框的转速总比易拉罐的大
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转动
D.两个磁铁必须异名磁极相对
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，B、C错误；两个磁铁异名磁极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。
ABC
6.(多选)涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示，线圈中通以一定频率的交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法正确的是(　 　)
综合提升练
A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化
B.涡流的频率等于通入线圈的交流电的频率
C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
D.待测工件可以是塑料或橡胶制品
解析　涡流是感应电流，涡流的磁场总是阻碍穿过工件的磁通量的变化，而且涡流的频率与线圈中交流电的频率相等，A、B正确；因待测工件中的涡流与通电线圈中的电流具有相同频率，因此二者间必有周期性变化的作用力，C正确；涡流只能在导体中产生，D错误。
B
7.如图所示，用铜线缠绕成线圈通上合适的电流，就可以隔空对金属进行加热了，把螺丝刀放进线圈，一会就会烧红了。下列说法正确的是(　　)
A.线圈中通入的是恒定电流
B.线圈中通入的是交变电流
C.塑料棒放进线圈里也可以进行隔空加热
D.线圈中的电流产生热对物体进行隔空加热
解析　当线圈中通入恒定电流时，就会产生稳定的磁场，
稳定的磁场在线圈中的金属中就不会产生感应电流，金
属就不会产生热，A错误；当线圈中通入的是交变电流时，
线圈就会产生交变磁场，交变磁场在线圈中的金属中就
会感应出涡流，金属就会产生热，B正确；塑料棒是绝缘
体，放进线圈里不会感应出涡流，不会产生热，也就不可以进行隔空加热，C错误；线圈中的电流产生变化的磁场，变化的磁场在线圈中的金属中感应出涡流，涡流在金属中产生热，这是金属进行隔空加热的原理，D错误。
C
8.如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的铝线圈。让磁铁在同一竖直面内摆动，在一次完整摆动的过程中，下列说法正确的是(　　)
A.线圈内感应电流的方向改变两次
B.线圈对磁铁的作用力为斥力
C.线圈对磁铁的作用力始终是阻力
D.线圈对磁铁的作用力有时是阻力，有时是动力
解析　磁铁向下摆动时，根据楞次定律可判断，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上往下看)，感应电流激发的磁场阻碍磁铁靠近，则磁铁受到的作用力为斥力；磁铁向上摆动时，根据楞次定律可判断，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上往下看)，感应电流激发的磁场阻碍磁铁远离，则磁铁受到的作用力为引力，所以磁铁在一次完整摆动的过程中，电流方向改变四次。由楞次定律可知，线圈对磁铁的作用力始终是阻力，故C正确，A、B、D错误。
CD
9.(多选)神舟十二号乘组在与香港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(　　)
解析　磁场充满整个圆盘，圆盘转动过程中产生的涡流为0，A、B错误；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，C、D正确。
BC
10.(多选)位于光滑水平面上的小车上水平固定一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v0水平穿入螺线管，并最终穿出，如图所示，在此过程中(不计磁铁重力)(　　)
培优加强练
A.磁铁做匀速直线运动
B.磁铁做减速运动
C.小车向右做加速运动
D.小车先加速后减速
解析　磁铁水平穿入螺线管的过程中，螺线管中将产生感应电流，由楞次定律可知，产生的感应电流将阻碍磁铁的运动；同理，磁铁穿出的过程中，由楞次定律可知，产生的感应电流将阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项A错误，B正确；对于小车上的螺线管来说，受到的安培力方向始终水平向右，使螺线管和小车一直向右做加速运动，选项C正确，D错误。

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