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3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动
[物理观念] (1)顺时针
(2)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判定.
(3)感生电场对自由电荷的
例1　AC　[解析] 磁感应强度B=B0+kt,可知磁场均匀增强,从上往下看,产生顺时针方向的感应电场,正电荷受力方向与电场方向相同,所以小球沿顺时针方向运动,选项A正确,B错误.根据法拉第电磁感应定律可知,产生的感应电动势E==S=πkr2,小球转动一周的过程中,静电力做的功等于动能增量,即ΔEk=qE=qkπr2,选项C正确,D错误.
[科学探究] (1)通电后铁锅中的水逐渐变热,玻璃杯中的水温不变化.
(2)线圈中通入变化的电流时,会产生变化的磁场,该变化的磁场在空间激发感生电场,铁锅是导体,感生电场驱动导体内的自由电荷定向移动,产生感应电流,电能转化为内能,水温升高,玻璃是绝缘体,不会产生电磁感应现象,所以玻璃杯中的水不会升温.
例2　C　[解析] 高频感应炉的原理是给线圈通以高频变化的电流后,线圈产生高频变化的磁场,磁感线穿过金属,在金属内产生强涡流,涡流的热效应使金属熔化,选项C正确.
变式1　AD　[解析] 真空冶炼炉的原理是线圈中的电流做周期性变化,在金属中产生涡流,从而产生大量的热量,故A正确;自制金属探测器中变化的电流产生变化的磁场,遇到金属物体,金属物体中会感应出涡流,涡流的磁场反过来影响金属探测器中的电流,故B错误;家用电磁炉工作时,在锅体中产生涡流,加热食物,故C错误;当变压器中的电流变化时,在其铁芯中将产生涡流,使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能地减小涡流,故D正确.
[科学探究] (1)仪表工作时指针向右转动,由楞次定律和安培定则判断出铝框中的感应电流方向从上往下看沿逆时针方向.
(2)铝框中由于有感应电流,所以受到安培力作用,由左手定则判断,铝框左边受向下的安培力,而右边受向上的安培力.
(3)因产生感应电流而受到的安培力阻碍了铝框的转动;铝框的电阻较小,产生的感应电流较大,则受到的安培力较大,铝框又轻,这样可以使指针尽快停止摆动.
例3　D　[解析] 如A、C选项所示,当指针向左偏转时,铝框或铝板可能会离开磁场,产生不了涡流,起不到电磁阻尼的作用,指针不能很快停下,A、C不合理;B选项中是铝框,磁场在铝框中间,当指针偏转角度较小时,铝框不能切割磁感线,不能产生感应电流,起不到电磁阻尼的作用,指针不能很快停下,B不合理;D选项中是铝板,磁场在铝板中间,无论指针偏转角度大或小,都会在铝板上产生涡流,起到电磁阻尼的作用,指针会很快地停下,便于读数,D合理.
变式2　B　[解析] 当永久磁体随转轴转动时,产生转动的磁场,在铝盘中会产生感应电流,这时铝盘上的感应电流在永久磁铁的磁场中会受到力的作用,而产生一个转动的力矩,使指针转动,游丝的反力矩,会使指针稳定指在某一刻度上,A错误,B正确;该转速表运用了电磁感应原理,由楞次定律知,铝盘中感应电流产生的磁场总是阻碍永久磁体的转动,要减小穿过铝盘磁通量的变化,永久磁体转动方向与铝盘转动方向相同,C错误;永久磁体固定在转轴上,铝盘固定在指针轴上,铝盘和永久磁体不是被同转轴带动,所以两者转动不是同步的,D错误.
素养提升
示例　A　[解析] 当电磁铁绕组通以图中所示的电流时,由安培定则可知,将产生向上的磁场,当电磁铁绕组中的电流增大时,根据楞次定律和安培定则可知,这时真空室空间内将产生顺时针方向的涡旋电场,电子沿着逆时针方向运动,电子将加速,选项A正确,选项B、C错误;由于电子被约束在半径为R的圆周上运动,所以根据T=可知,电子加速后,电子做圆周运动的周期减小,选项D错误.
变式3　AD　[解析] 由题图乙可知,0~时间内,电磁铁线圈中的电流(从上向下看)沿逆时针方向且在增大,由安培定则可知,穿过环形真空室的磁场方向竖直向上且磁感应强度增大,由楞次定律可知,在环形真空室中产生的感生电场方向(从上向下看)为顺时针,电子在电场作用下沿逆时针方向加速运动,所以在t=0时刻进入环形真空室符合题意,故A正确;由题图乙可知,~时间内,电磁铁线圈中的电流(从上向下看)沿逆时针方向且在减小,由安培定则可知,穿过环形真空室的磁场方向竖直向上且磁感应强度减小,由楞次定律可知,在环形真空室中产生的电场方向(从上向下看)为逆时针,电子在电场作用下沿顺时针方向加速运动,所以在t=时刻进入环形真空室不符合题意,故B错误;由题图乙可知,~时间内,电磁铁线圈中的电流(从上向下看)沿顺时针方向且在增大,由安培定则可知,穿过环形真空室的磁场方向竖直向下且磁感应强度增大,由楞次定律可知,在环形真空室中产生的电场方向(从上向下看)为逆时针,电子在电场作用下沿顺时针方向加速运动,所以在t=时刻进入环形真空室不符合题意,故C错误;由题图乙可知,~T时间内,电磁铁线圈中的电流(从上向下看)沿顺时针方向且在减小,由安培定则可知,穿过环形真空室的磁场方向竖直向下且磁感应强度减小,由楞次定律可知,在环形真空室中产生的电场方向(从上向下看)为顺时针,电子在电场作用下沿逆时针方向加速运动,所以在t=时刻进入环形真空室符合题意,故D正确.
随堂巩固
1.AD　[解析] 感生电场的方向用楞次定律来判定,原磁场方向向上且磁感应强度在增大,在周围有闭合导线的情况下,感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反,即感应电流的磁场方向向下,由右手螺旋定则可判断,感应电流的方向即感生电场的方向,从上向下看应为顺时针;同理可知,原磁场方向向上且磁感应强度减小时,感生电场的方向从上向下看应为逆时针,A、D正确.
2.D　[解析] 探测器中的发射线圈产生磁场,在地下的被测金属物中感应出电流,所以发射线圈产生的磁场是变化的,A错误;感应电流的磁场又影响发射线圈中的电流,说明感应电流产生的磁场是变化的,在发射线圈中又产生了感应电流,所以探测器发出警报,B错误;探测的最大深度与发射线圈中的电流大小有关,发射线圈中的电流越大,其产生的磁场越强,其探测的深度就越深,C错误;有金属物存在时,金属物中就会产生涡流,从而反过来影响发射线圈的电流,这跟探测器与被测金属物是否相对运动无关,所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报,D正确.
3.AB　[解析] 磁针在圆盘所在处形成的磁场是非匀强磁场,圆盘可以等效为许多环形闭合线圈,圆盘转动过程中,穿过每个环形闭合线圈的磁通量不断地发生变化,在每一个环形闭合线圈上产生感应电动势和涡流,A正确;环形闭合线圈随圆盘转动,由楞次定律可知,环形闭合线圈会受到磁针施加的阻碍相对运动的力,根据牛顿第三定律可知,磁针会受到环形闭合线圈的作用力,此力来源于电磁感应形成的涡电流,而不是自由电子随圆盘转动形成的电流,B正确,D错误;从圆盘的整个盘面上看,圆盘转动过程中穿过整个圆盘的磁通量不变,C错误.
4.C　[解析] 轮子(导体)在磁场中做切割磁感线的运动,会产生感应电动势和感应电流,因此不能用绝缘材料替换,B错误;根据楞次定律可知,磁场会对运动的轮子产生阻力,以阻碍轮子与磁场之间的相对运动,所以轮子受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力,安培力大小与电阻率有关,故A错误,C正确;磁铁与轮子间的距离不变时,轮子转速越大,产生的感应电流越大,轮子受到的阻力越大,D错误.3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动
学习任务一　电磁感应中的感生电场
[物理观念] 如图所示,磁场的磁感应强度B增大,就会在磁场的周围产生一个感生电场E.如果空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在感生电场E的作用下定向移动,产生感应电流,或者说导体中产生感应电动势.
(1)闭合导体中的感应电流方向为　　　　(俯视).
(2)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
(3)上述情况下,　　　　　　　　　　　作用力扮演了非静电力的角色.
例1 (多选)[2024·辽宁鞍山一中月考] 如图所示,在圆柱形区域内存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度的大小B随时间t的变化关系为B=B0+kt,其中B0、k为正的常数.在此区域的水平面内固定一个半径为r且内壁光滑的圆环形细玻璃管,将一电荷量为q的带正电小球在管内由静止释放,不考虑带电小球在运动过程中产生的磁场,则下列说法正确的是(　)
A.从上往下看,小球将在管内沿顺时针方向运动
B.从上往下看,小球将在管内沿逆时针方向运动
C.转动一周的过程中,动能增量为qkπr2
D.转动一周的过程中,动能增量为2qkπr2
【要点总结】
静电场 感生电场
相同点 对放入其中的电荷有力的作用,F=Eq,并能对电荷做功
不同点 产生 由静止的电荷激发 由变化的磁场激发
电场线 特点 电场线不闭合,起于正电荷,止于负电荷 电场线是闭合曲线
电场力做 功特点 静电力做功与路径无关,能建立电势能、电势的概念 电场力做功与路径有关,不能建立电势能、电势的概念
方向判断 静电场的方向与正电荷受力的方向一致 根据磁场的变化情况,楞次定律和右手螺旋定则结合判断
学习任务二　涡流
[科学探究] 在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅
(如图所示),小铁锅内放少许水,给线圈通入一随时间变化的电流.再用玻璃杯代替小铁锅,通电时间相同.
(1)小铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同(忽略热传导)
(2)你认为产生这种现象的原因是什么
例2 高频感应炉是用来熔化金属并对其进行冶炼的.如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图,炉内放入被冶炼的金属,线圈通入高频变化的电流,这时被冶炼的金属就能被熔化,这种冶炼方法速度快、温度易控制,并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中,因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理是 (　)
A.利用线圈中电流产生的焦耳热
B.利用线圈中电流产生的磁场
C.利用变化的电流的磁场在炉内金属中产生的涡流
D.给线圈通电的同时,给炉内金属也通了电
变式1 (多选)下列四个图都与涡流有关,其中说法正确的是 (　)
A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B.自制金属探测器是利用地磁场来进行探测的
C.电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物
D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流
学习任务三　电磁阻尼和电磁驱动
[科学探究] 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,如图所示.
回答下列问题:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(1)用手拨动指针向右转动,铝框中的感应电流沿什么方向
(2)在(1)的情况下,由于铝框转动时其中产生感应电流,铝框要受到安培力,该安培力是沿什么方向的
(3)因产生感应电流而受到的安培力对铝框的转动产生什么影响 使用铝框做线圈骨架有什么好处
例3 [2024·湖南湘潭一中月考] 零刻度在表盘正中间的电流计,非常灵敏,通入电流后,线圈所受的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时,指针在示数附近摆动,很难停下,使读数变得困难.在指针转轴上装上扇形铝框或扇形铝板,在合适区域加上磁场,可以解决此困难.图中合理的是 (　)
A
B
C
D
变式2 [2024·重庆一中月考] 电磁驱动是21世纪初问世的新概念,该技术被认为将带来交通工具大革命.多国科学家都致力于此项研究.据2015年央广新闻报道,美国国家航空航天局NASA在真空中成功试验了电磁驱动引擎,如果得以应用,该技术将在未来的星际旅行中派上大用场.在日常生活中,比如摩托车和汽车上装有的磁性转速表就是利用了电磁驱动原理.如图所示,是磁性转速表及其原理图,关于磁性转速表的电磁驱动原理,下列说法正确的是 (　)
A.铝盘接通电源,通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
B.永久磁体随转轴转动产生运动的磁场,在铝盘中产生感应电流,感应电流使铝盘受磁场力而转动
C.铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反
D.由于铝盘和永久磁体被同转轴带动,故两者转动是完全同步的
电子感应加速器
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.它的基本原理如图所示,侧视图中上、下为电磁铁的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室,电子在真空室中做圆周运动.上、下电磁铁线圈中通入大小、方向周期性变化的电流,在电磁铁两极产生变化的磁场,变化的磁场激发感生电场,使电子加速.电子枪的电子同时受到两个力的作用,一个是洛伦兹力,使电子做圆周运动;另一个是沿切线方向的感生电场对其的电场力,使电子沿圆周不断加速.
如何让电子一边加速一边维持半径不变的圆周运动呢 根据洛伦兹力公式F洛=qvB=m,当速度v不断增加时,只要使磁感应强度B对应不断增加并满足上述等式,即可让电子运动半径保持不变.实际中磁场的磁感应强度B是有上限的,所以在磁感应强度增至最大值之前,需要将电子引离轨道进入实验室的靶室.
示例 [2024·辽宁大连二十四中月考] 现代科学研究中常用到高速电子,电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备.电子感应加速器主要由上、下电磁铁的磁极和环形真空室组成.当电磁铁绕组通以变化的电流时,产生变化的
磁场,穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化,这时真空室空间内就产生感应涡旋电场,电子将在涡旋电场的作用下加速.如图所示(上图为侧视图、下图为俯视图),电子被约束在半径为R的圆周上运动,当电磁铁绕组通有图中所示的电流时(　)
A.若电子逆时针运动,保持电流的方向不变,则当电流增大时,电子将加速
B.若电子顺时针运动,保持电流的方向不变,则当电流增大时,电子将加速
C.若电子逆时针运动,保持电流的方向不变,则当电流减小时,电子将加速
D.被加速时电子做圆周运动的周期不变
[反思感悟]
变式3 (多选)[2024·湖南长郡中学月考] 现代科学研究中常要用到高速电子,电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备.它的基本原理如图甲所示.上、下是电磁铁的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室,电子在真空室中做圆周运动,电磁铁线圈中电流产生的感生电场可使电子加速.现电磁铁线圈中电流按如图乙所示的正弦规律变化,其正方向规定为图甲中所示的方向,上图为侧视图,下图为真空室的俯视图.从上向下看,要使电子沿逆时针方向加速运动后击靶,则电子枪向环形真空室注入电子的时刻可能为(　)
A.t=0时刻　　　　　　　B.t=时刻　　　　　　　C.t=时刻 D.t=时刻
[反思感悟]
1.(感生电动势)(多选)某空间中存在如图所示的磁场,当磁感应强度变化时,在垂直于磁场的方向上会产生感生电场,下列有关磁感应强度的变化与感生电场的方向的关系描述正确的是(　)
A.当磁感应强度均匀增大时,感生电场的方向从上向下看应为顺时针方向
B.当磁感应强度均匀增大时,感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向
C.当磁感应强度均匀减小时,感生电场的方向从上向下看应为顺时针方向
D.当磁感应强度均匀减小时,感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向
2.(涡流的应用)[2024·江苏无锡一中期中] 四川三星堆发现祭祀坑.挖掘之前考古人员用图示金属探测器在地面上进行探测定位,探测器中的发射线圈产生磁场,在地下的被测金属物中感应出电流,感应电流的磁场又影响发射线圈中的电流,使探测器发出警报.则(　)
A.发射线圈产生的磁场是恒定磁场
B.被测金属物中产生的电流是恒定电流
C.探测的最大深度与发射线圈中的电流大小无关
D.探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报
3.(电磁驱动)(多选)1824年,法国物理学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,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,如图所示,实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.下列说法正确的是 (　)
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动
4.(电磁阻尼)2021年9月3日在北京、香港两地神舟十二号乘组与近300名香港科技工作者、教师和大中学生展开一场别开生面的天地连线互动.天地连线中,聂海胜示范了太空踩单车.太空单车是利用电磁阻尼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:在铜质轮子的外侧有一些磁铁(与轮子不接触),人在健身时带动轮子转动,磁铁会对轮子产生阻碍,磁铁与轮子间的距离可以改变,则下列说法正确的是 (　)
A.轮子受到的阻力大小与其材料电阻率无关
B.若轮子用绝缘材料替换,也能保证相同的效果
C.轮子受到的阻力主要来源于铜制轮内产生的感应电流受到的安培力
D.磁铁与轮子间距离不变时,轮子转速越大,受到的阻力越小3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动
1.AD　[解析] 变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象,故A正确;麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发出感生电场,与是否存在导体无关,故B错误;恒定的磁场周围不产生电场,故C错误;感生电场的方向与有回路时感应电流的方向相同,可以用楞次定律来判定,故D正确.
2.B　[解析] 当磁感应强度均匀增大时,根据麦克斯韦的电磁场理论可知,将激发一个稳定的电场,带电粒子将受该电场的静电力作用,由楞次定律判断,静电力的方向与带电粒子的运动方向是一致的,即静电力对带电粒子将正功,所以带电粒子的动能将增大,故B正确.
3.ABC　[解析] 电磁炉是利用电磁感应原理产生涡流,将电能最终转化成内能,故A正确;变压器的铁芯中会发热是因为线圈中通有交变电流时使铁芯中产生涡流,铁芯通常由涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成主要是为了防止铁芯中产生过大的涡流, 故B正确;探测仪可以探测人身是否携带金属物品是因为金属物品上产生的涡流的磁场反过来影响探测器中的电流,从而使报警器发出警告,故C正确;工人穿上金属丝织成的衣服可以进行高压带电作业是利用静电屏蔽原理,故D错误.
4.AC　[解析] 若发射线圈产生向下且增强的磁场,则金属物的磁通量增强,根据楞次定律,可知金属物中的涡流方向从上往下看是逆时针方向,涡流产生的磁场方向竖直向上,A正确,B错误;金属物发出的磁场穿过接收线圈时,接收线圈的磁通量发生变化,会产生微弱的感应电流,此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的,C正确;如果金属物中某时刻发出向上的磁场,如果磁场增强,则接收线圈中的感应电流方向从上往下看是顺时针方向,如果磁场减弱,则感应应电流方向从上往下看是逆时针方向,D错误.
5.D　[解析] 由左手定则可知,俯视看线圈中通有顺时针方向的电流,选项A错误;因为线圈在水平位置时磁通量为零,则指针向右转动时,穿过铝框的磁通量向下增加,根据楞次定律可知,俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流,选项B、C错误;当铝框中产生感应电流时,铝框受到的安培力与运动方向相反,故起到了阻尼作用,则使用铝框做线圈骨架能够尽快使指针停在某一刻度处,故D正确.
6.C　[解析] 如果磁铁的磁性足够强,磁铁在铝管中运动受到的阻力更大,运动时间变长,但一定会落下,因为当磁铁运动时铝管的磁通量才会发生变化,才会出现感应电流阻碍原磁通量的变化,所以磁铁一定会落下来,故A错误,C正确;磁铁在铝管中运动的过程中,虽不计空气阻力,但铝管中产生了感应电流,铝管对磁铁有阻碍作用,磁铁的机械能转化为电能,所以机械能不守恒,故B错误;如果将铝管换成塑料管,磁铁不会受到阻力,因此出来的时间将会变短,故D错误.
7.D　[解析] 金属探测器通过使用通有变化电流的长柄线圈来探测地下是否有金属,故A错误;由电磁驱动原理可知,摇动手柄使得蹄形磁铁转动,则铝框会同向转动,且比磁铁转得慢,即同向异步,故B错误;当真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时,在铁块中会产生涡流,铁块中就会产生大量热量,从而冶炼金属,故C错误;微安表的表头在运输时连接正、负接线柱保护电表指针,利用了电磁阻尼原理,故D正确.
8.A　[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,在振动时,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,紫铜薄板受到安培力作用,该作用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、下振动和左、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,对紫铜薄板上、下及左、右振动的衰减最有效的方案是A.
9.B　[解析] 由题意可知这是电磁感应现象,木棍不能形成电流,故木棍不会烧着,A错误;变化的电流能产生变化的磁场,变化的磁场可在铁块内部产生涡流,由于电流的热效应才把铁块烧红,C、D错误,B正确.
10.BC　[解析] 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,A错误;根据楞次定律,可知从上往下看,铜管中感应电流的方向开始为逆时针方向,最后为顺时针方向,B正确;a下落过程中,木管中没有感应电流,a做自由落体运动,a最先落地,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受到的磁场力方向都向上,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受到的平均磁场力大,c的加速度最小,c比b后落地,C正确;由于c受到的平均磁场力大,磁场力对c做负功,a、b、c运动的过程根据动能定理有mgh-W磁=mv2,其中=0,<,解得a、b、c落地时的速度大小关系为va>vb>vc,D错误.
11.D　[解析] 线圈接通电源瞬间,变化的磁场产生电场,从而导致带电小球受到静电力的作用,使圆板转动,故A错误;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,使小球受到静电力,从而转动,但静电力方向与小球带电正负有关,故B错误;接通电源后,保持线圈中电流不变,则磁场不变,不会产生电场,小球不受到静电力,故C错误;接通电源瞬间小球受到静电力作用而转动,若小球带负电,根据楞次定律可判断出感生电场的方向,通过小球受力可知圆盘转动方向与线圈中电流方向相同,故D正确.3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动
◆ 知识点一　感生电场
1.(多选)下列说法正确的是 (　)
A.变化的磁场可以使闭合电路中产生感应电流
B.在没有导体的空间中,变化的磁场不会产生感生电场
C.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场
D.感生电场的方向可以用楞次定律来判定
2.[2024·山东青岛一中月考] 如图所示,一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动,当磁感应强度均匀增大时,此粒子的动能将 (　)
A.不变
B.增大
C.减小
D.以上情况都有可能
◆ 知识点二　涡流
3.(多选)如图所示,下列生产生活现象中,属于涡流的是 (　)
A.甲图中用电磁炉烹制菜肴
B.乙图中变压器工作时,绕制线圈的铁芯中会发热
C.丙图中过安检时用金属探测器探测人身是否携带金属物品
D.丁图中工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业
4.(多选)某中学每次段考监考老师都会手持金属探测器安检.实物及其结构原理简化图如图甲、乙所示.探测器运用的是电磁感应原理,发射线圈(外环)可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场,内环线圈是接收线圈,用来收集被查金属物发出的磁场,随着发射线圈产生的磁场反复变化,它会与所遇的金属物发生作用,导致金属物自身也会产生微弱的磁场,来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后,检测器会发出报警声.下列说法中正确的是(　)
A.若发射线圈产生向下且增强的磁场,则金属物产生的感应磁场的方向竖直向上
B.若发射线圈产生向下且增强的磁场,则金属物中的涡流方向从上往下看是顺时针方向
C.金属物发出的磁场穿过接收线圈时,接收线圈会产生微弱的电流,此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的
D.如果金属物中某时刻发出向上的磁场,那接收线圈中的感应电流方向从上往下看是沿逆时针方向
◆ 知识点三　电磁阻尼和电磁驱动
5.[2024·山西大同一中月考] 磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈.缠绕线圈的骨架常用铝框,铝框、指针固定在同一转轴上,线圈未通电时,指针竖直指在表盘中央,线圈通电时指针随之偏转,由此就能确定电流的大小.如图所示,线圈通电时指针向右偏转,在此过程中,下列说法正确的是 (　)
A.俯视看线圈中通有逆时针方向的电流
B.穿过铝框的磁通量减少
C.俯视看铝框中产生顺时针方向的感应电流
D.使用铝框做线圈骨架能够尽快使指针停在某一刻度处
6.物理课上,老师做了一个“神奇”的实验:如图所示,将30 cm长的铝管竖直放置,其下端到地面有一定的距离,一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放,观察到磁铁用较长时间才从下管口落出.对于这个实验现象同学们经分析讨论作出相关的判断,你认为正确的是(下落过程中不计空气阻力,磁铁与管壁没有接触)(　)
A.如果磁铁的磁性足够强,磁铁会停留在铝管中,永远不落下来
B.磁铁在铝管中运动的过程中,由于不计空气阻力,所以磁铁机械能守恒
C.如果磁铁的磁性足够强,磁铁在铝管中运动时间更长,但一定会落下来
D.如果将铝管换成塑料管,磁铁从塑料管中出来也会用较长时间
7.[2024·浙江嘉兴期末] 关于下列四幅图的说法正确的是 (　)
A.图甲:金属探测器通过使用通有恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属
B.图乙:摇动手柄使得蹄形磁铁转动,则铝框会以相同的速度同向转动
C.图丙:当真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时,线圈中产生大量热量,从而冶炼金属
D.图丁:微安表的表头在运输时连接正、负接线柱保护电表指针,利用了电磁阻尼原理
8.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.当无扰动时,按如图所示的四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场,出现扰动后,对紫铜薄板上、下及左、右振动的衰减最有效的方案是(　)
　　 A　　　　　B　　　　　　C　　　　　D
9.[2024·江苏苏州中学月考] 如图所示是一种电加热装置,把一铁块放入线圈中且不接触线圈,稍等片刻,铁块就会烧得通红,小明同学由此做出了以下猜想,其中正确的是 (　)
A.若把一干燥的木棍伸入线圈中,木棍会被烧着
B.线圈内部一定通有随时间变化的电流
C.线圈内部一定通有很强的恒定电流
D.铁块是否会变红与线圈中电流是否变化无关
10.(多选)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(相距较远),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同时由静止释放,它们分别穿过对应的管道,观察到a、b、c不是同时到达地面.不考虑管间感应磁场的影响,也不考虑磁铁间的相互影响,已知银的电阻率比铜的电阻率小.a、b、c从释放到落到地面的过程,下列说法正确的是 (　)
A.三根管中磁通量的变化量不同
B.从上往下看,铜管中感应电流的方向开始为逆时针方向,最后为顺时针方向
C.a最先落地,c最后落地
D.a、b、c落地时的速度大小关系为va>vc>vb
11.[2024·辽宁沈阳二中月考] 著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置:一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动,在圆板的中部有一个线圈,圆板的四周固定着一圈带电的金属小球,如图所示.当线圈接通电源后,线圈中将有图示方向的电流流过.下列说法正确的是 (　)
A.接通电源瞬间,圆板不会发生转动
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,金属小球所受静电力方向与线圈中电流方向相同
D.若金属小球带负电,则接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流方向相同(共60张PPT)
3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
学习任务一 电磁感应中的感生电场
学习任务二 涡流
学习任务三 电磁阻尼和电磁驱动
素养提升
随堂巩固
练习册
◆
备用习题
学习任务一 电磁感应中的感生电场
［物理观念］ 如图所示，磁场的磁感应强度增大，就会在磁场的周围产生一个感生电场.如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下定向移动，产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势.
(1) 闭合导体中的感应电流方向为________(俯视).
顺时针
(2) 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？
[答案] 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判定.
(3) 上述情况下，______________________作用力扮演了非静电力的角色.
感生电场对自由电荷的
A.从上往下看，小球将在管内沿顺时针方向运动
B.从上往下看，小球将在管内沿逆时针方向运动
C.转动一周的过程中，动能增量为
D.转动一周的过程中，动能增量为
例1 (多选)[2024·辽宁鞍山一中月考] 如图所示，在圆柱形区域内存在方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度的大小随时间的变化关系为，其中、为正的常数.在此区域的水平面内固定一
AC
个半径为且内壁光滑的圆环形细玻璃管，将一电荷量为的带正电小球在管内由静止释放，不考虑带电小球在运动过程中产生的磁场，则下列说法正确的是( )
[解析] 磁感应强度，可知磁场均匀增强，从上往下看，产生顺时针方向的感应电场，正电荷受力方向与电场方向相同，所以小球沿顺时针方向运动，选项A正确，B错误.根据法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势,小球转动一周的过程中，静电力做的功等于动能增量，即，选项C正确，D错误.
【要点总结】
静电场 感生电场
相同点 对放入其中的电荷有力的作用，，并能对电荷做功
不同点 产生 由静止的电荷激发 由变化的磁场激发
电场线特点 电场线不闭合，起于正电荷，止于负电荷 电场线是闭合曲线
电场力做功特点 静电力做功与路径无关，能建立电势能、电势的概念 电场力做功与路径有关，不能建立电势能、电势的概念
方向判断 静电场的方向与正电荷受力的方向一致 根据磁场的变化情况，楞次定律和右手螺旋定则结合判断
学习任务二 涡流
［科学探究］ 在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅(如图所示)，小铁锅内放少许水，给线圈通入一随时间变化的电流.再用玻璃杯代替小铁锅，通电时间相同.
(1) 小铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同(忽略热传导)？
[答案] 通电后铁锅中的水逐渐变热，玻璃杯中的水温不变化.
(2) 你认为产生这种现象的原因是什么？
[答案] 线圈中通入变化的电流时，会产生变化的磁场，该变化的磁场在空间激发感生电场，铁锅是导体，感生电场驱动导体内的自由电荷定向移动，产生感应电流，电能转化为内能，水温升高，玻璃是绝缘体，不会产生电磁感应现象，所以玻璃杯中的水不会升温.
例2 高频感应炉是用来熔化金属并对其进行冶炼的.如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频变化的电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快、温度易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理是( )
C
A.利用线圈中电流产生的焦耳热
B.利用线圈中电流产生的磁场
C.利用变化的电流的磁场在炉内金属中产生的涡流
D.给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电
[解析] 高频感应炉的原理是给线圈通以高频变化的电流后，线圈产生高频变化的磁场，磁感线穿过金属，在金属内产生强涡流，涡流的热效应使金属熔化，选项C正确.
变式1 (多选)下列四个图都与涡流有关，其中说法正确的是( )
AD
A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B.自制金属探测器是利用地磁场来进行探测的
C.电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物
D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流
[解析] 真空冶炼炉的原理是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，故A正确；自制金属探测器中变化的电流产生变化的磁场，遇到金属物体，金属物体中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响金属探测器中的电流，故B错误；家用电磁炉工作时，在锅体中产生涡流，加热食物，故C错误；当变压器中的电流变化时，在其铁芯中将产生涡流，使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能地减小涡流，故D正确.
学习任务三 电磁阻尼和电磁驱动
［科学探究］ 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，如图所示.
回答下列问题：
(1) 用手拨动指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？
[答案] 仪表工作时指针向右转动，由楞次定律和安培定则判断出铝框中的感应电流方向从上往下看沿逆时针方向.
(2) 在(1)的情况下，由于铝框转动时其中产生感应电流，铝框要受到安培力，该安培力是沿什么方向的？
[答案] 铝框中由于有感应电流,所以受到安培力作用，由左手定则判断，铝框左边受向下的安培力，而右边受向上的安培力.
(3) 因产生感应电流而受到的安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？
[答案] 因产生感应电流而受到的安培力阻碍了铝框的转动；铝框的电阻较小，产生的感应电流较大，则受到的安培力较大，铝框又轻，这样可以使指针尽快停止摆动.
例3 [2024·湖南湘潭一中月考] 零刻度在表盘正中间的电流计，非常灵敏，通入电流后，线圈所受的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时，指针在示数附近摆动，很难停下，使读数变得困难.在指针转轴上装上扇形铝框或扇形铝板，在合适区域加上磁场，可以解决此困难.图中合理的是( )
D
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&
[解析] 如A、C选项所示，当指针向左偏转时，铝框或铝板可能会离开磁场，产生不了涡流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，A、C不合理；B选项中是铝框，磁场在铝框中间，当指针偏转角度较小时，铝框不能切割磁感线，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，B不合理；D选项中是铝板，磁场在铝板中间，无论指针偏转角度大或小，都会在铝板上产生涡流，起到电磁阻尼的作用，指针会很快地停下，便于读数，D合理.
变式2 [2024·重庆一中月考] 电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被认为将带来交通工具大革命.多国科学家都致力于此项研究.据2015年央广新闻报道，美国国家航空航天局在真空中成功试验了电磁驱
动引擎，如果得以应用，该技术将在未来的星际旅行中派上大用场.在日常生活中，比如摩托车和汽车上装有的磁性转速表就是利用了电磁驱动原理.如图所示，是磁性转速表及其原理图，关于磁性转速表的电磁驱动原理，下列说法正确的是( )
A.铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
B.永久磁体随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力而转动
C.铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反
D.由于铝盘和永久磁体被同转轴带动，故两者转动是完全同步的
B
[解析] 当永久磁体随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中会产生感应电流，这时铝盘上的感应电流在永久磁铁的磁场中会受到力的作用，而产生一个转动的力矩，使指针转动，游丝的反力矩，会使指针稳定
指在某一刻度上，A错误，B正确；该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘中感应电流产生的磁场总是阻碍永久磁体的转动，要减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁体转动方向与铝盘转动方向相同，C错误；永久磁体固定在转轴上，铝盘固定在指针轴上，铝盘和永久磁体不是被同转轴带动，所以两者转动不是同步的，D错误.
电子感应加速器
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.它的基本原理如图所示，侧视图中上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动.上、下电磁铁线圈中通入大小、方向周期性变化的电流，在电磁铁两极产生变化的磁场，变化的磁场激发感生电场，使电子加速.电子枪的电子同时受到两个力的作用，一个是洛伦兹力，使电子做圆周运动；另一个是沿切线方向的感生电场对其的电场力，使电子沿圆周不断加速.
如何让电子一边加速一边维持半径不变的圆周运动呢？根据洛伦兹力公式,当速度不断增加时，只要使磁感应强度对应不断增加并满足上述等式，即可让电子运动半径保持不变.实际中磁场的磁感应强度是有上限的，所以在磁感应强度增至最大值之前，需要将电子引离轨道进入实验室的靶室.
示例 [2024·辽宁大连二十四中月考] 现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备.电子感应加速器主要由上、下电磁铁的磁极和环形真空室组成.当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空室空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场的作用下加速.如图所示(上图为侧视图、下图为俯视图)，电子被约束在半径为的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时( )
A
A.若电子逆时针运动，保持电流的方向不变，则当电流增大时，电子将加速
B.若电子顺时针运动，保持电流的方向不变，则当电流增大时，电子将加速
C.若电子逆时针运动，保持电流的方向不变，则当电流减小时，电子将加速
D.被加速时电子做圆周运动的周期不变
[解析] 当电磁铁绕组通以图中所示的电流时，由安培定则可知，将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中的电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空室空间内将产生顺时针方向的涡旋电场，电子沿着逆时针方向运动，电子将加速，选项A正确，选项B、C错误；由于电子被约束在半径为的圆周上运动，所以根据可知，电子加速后，电子做圆周运动的周期减小，选项D错误.
变式3 (多选)[2024·湖南长郡中学月考] 现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备.它的基本原理如图甲所示.上、下是电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动，电磁铁线圈中电流产生的感生电场可使电子加速.现
AD
A.时刻 B.时刻 C.时刻 D.时刻
电磁铁线圈中电流按如图乙所示的正弦规律变化，其正方向规定为图甲中所示的方向，上图为侧视图，下图为真空室的俯视图.从上向下看，要使电子沿逆时针方向加速运动后击靶，则电子枪向环形真空室注入电子的时刻可能为( )
[解析] 由题图乙可知，时间内，电磁铁线圈中的电流(从上向下看)沿逆时针方向且在增大，由安培定则可知，穿过环形真空室的磁场方向竖直向上且磁感应强度增大，由楞次定律可知，在环形真空室中产生的感生电场方向(从上向下看)为顺时针，电子在电场作用下沿逆时针方向加速运动，所以在
时刻进入环形真空室符合题意，故A正确；由题图乙可知，～时间内，电磁铁线圈中的电流(从上向下看)沿逆时针方向且在减小，由安培定则可知，穿过环形真空室的磁场方向竖直向上且磁感应强度减小，由楞次定律可知，在环形真空室中产生的电场方向(从上向下看)为逆时针，电子在电场作用下沿顺时针方向加速运动，所以在时刻进入环形真空室不符合题意，故B错误；由题图乙可知，～时间内，电磁铁线圈中的电流(从上向下看)沿顺时针方向且在增大，由安培定则可知，
穿过环形真空室的磁场方向竖直向下且磁感应强度增大，由楞次定律可知，在环形真空室中产生的电场方向(从上向下看)为逆时针，电子在电场作用下沿顺时针方向加速运动，所以在时刻进入环形真空室不符合题意，故C错误；由题图乙可知，时间内，电磁铁线圈中的电流(从上向下看)沿顺时针方向且在减小，由安培定则可知，穿过环形真空室的磁场方向竖直向下且磁感应强度减小，由楞次定律可知，在环形真空室中产生的电场方向(从上向下看)为顺时针，电子在电场作用下沿逆时针方向加速运动，所以在时刻进入环形真空室符合题意，故D正确.
1.电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流,使锅体发热从而加热食物.下列相关的说法中正确的是(　　)
A.电磁炉中通入电压足够高的恒定电流也能正常工作
B.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
C.金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D.电磁炉的上表面一般都用金属材料制成,以加快热传递、减少热损耗
B
[解析] 恒定电流不能产生变化的磁场,在锅体中不能产生感应电流,电磁炉不能使用恒定电流,A错误;
锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关,B正确;
锅体只能用铁磁性导体材料,不能使用绝缘材料制作锅体,C错误;
电磁炉的上表面如果用金属材料制成,使用电磁炉时,上表面材料发生电磁感应要损失电能,电磁炉上表面要用绝缘材料制作,D错误.
2. 如图所示为安检门原理图,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
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
D.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流大小发生变化
D
[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,右侧接收线圈中磁通量减小,根据楞次定律,右侧线圈中产生的感应电流方向为顺时针,大小恒定,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,方向仍为顺时针,故选项C错误,D正确.
3. 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程为y=x2,其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(如图中的虚线所示).一个质量为m的小金属块从抛物线上y=b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑,假设曲面足够长,重力加速度为g,则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热是(　　)
A.mgb B.mv2
C.mg(b-a) D.mg(b-a)+mv2
D
[解析] 由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动),能量守恒,初状态机械能E1=mgb+mv2,末状态机械能E2=mga,所以产生的焦耳热Q=E1-E2=mg(b-a)+mv2.
4. 均匀变化的磁场会在空间中激发感生电场,该电场为涡旋电场,其电场线是一系列同心圆,单个圆上的电场强度大小处处相等,如图甲所示.在某均匀变化的磁场中,将一个半径为r的金属圆环置于相同半径的电场线位置处.从圆环的两端点a、b引出两根导线,与阻值为R的电阻和内阻不计的电流表串接起来,如图乙所示.金属圆环的电阻为R0,圆环两端点a、b间的距离可忽略不计,除金属圆环外,其他部分均在磁场外.此时金属圆环中的自由电子受到的感生电场力F即为非静电力.电路中电流表显示的示数为I,电子的电荷量为e.
(1)求金属圆环中自由电子受到的感生电场
力F的大小;
[答案]
[解析] 根据闭合电路的欧姆定律可得金属环中感应电动势E感=I(R0+R)
金属环中电子从a沿环运动到b的过程中,感生电场力F做的功W=F·2πr
由电动势的定义式可得E感=
即eI(R0+R)=F·2πr
解得F=.
4. 均匀变化的磁场会在空间中激发感生电场,该电场为涡旋电场,其电场线是一系列同心圆,单个圆上的电场强度大小处处相等,如图甲所示.在某均匀变化的磁场中,将一个半径为r的金属圆环置于相同半径的电场线位置处.从圆环的两端点a、b引出两根导线,与阻值为R的电阻和内阻不计的电流表串接起来,如图乙所示.金属圆环的电阻为R0,圆环两端点a、b间的距离可忽略不计,除金属圆环外,其他部分均在磁场外.此时金属圆环中的自由电子受到的感生电场力F即为非静电力.电路中电流表显示的示数为I,电子的电荷量为e.
(2)分析说明在感生电场中能否像静电场一样建立“电势”的概念.
[解析] 由于感生电场的电场线是闭合曲线,而沿着电场线电势降低,故无法比较各个点的电势的高低,所以不能像静电场一样建立“电势”的概念.
1.(感生电动势)(多选)某空间中存在如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，下列有关磁感应强度的变化与感生电场的方向的关系描述正确的是( )
AD
A.当磁感应强度均匀增大时，感生电场的方向从上向下看应为顺时针方向
B.当磁感应强度均匀增大时，感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向
C.当磁感应强度均匀减小时，感生电场的方向从上向下看应为顺时针方向
D.当磁感应强度均匀减小时，感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向
[解析] 感生电场的方向用楞次定律来判定，原磁场方向向上且磁感应强度在增大，在周围有闭合导线的情况下，感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反，即感应电流的磁场方向向下，由右手螺旋定则可判断，感应电流的方向即感生电场的方向，从上向下看应为顺时针；同理可知，原磁场方向向上且磁感应强度减小时，感生电场的方向从上向下看应为逆时针，A、D正确.
2.(涡流的应用)[2024·江苏无锡一中期中] 四川三星堆发现祭祀坑.挖掘之前考古人员用图示金属探测器在地面上进行探测定位，探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场又影响发射线圈中的电流，使探测器发出警报.则( )
D
A.发射线圈产生的磁场是恒定磁场
B.被测金属物中产生的电流是恒定电流
C.探测的最大深度与发射线圈中的电流大小无关
D.探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报
[解析] 探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，所以发射线圈产生的磁场是变化的，A错误；感应电流的磁场又影响发射线圈中的电流，说明感应电流产生的磁场是变化的，在发射线圈中又产生了感应电流，所以探测器发出警报，B错误；探测的最大深度与发射线圈中的电
流大小有关，发射线圈中的电流越大，其产生的磁场越强，其探测的深度就越深，C错误；有金属物存在时，金属物中就会产生涡流，从而反过来影响发射线圈的电流，这跟探测器与被测金属物是否相对运动无关，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，D正确.
3.(电磁驱动)(多选)1824年，法国物理学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置，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，如图所示，实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后.下列说法正确的是( )
AB
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动
[解析] 磁针在圆盘所在处形成的磁场是非匀强磁场，圆盘可以等效为许多环形闭合线圈，圆盘转动过程中，穿过每个环形闭合线圈的磁通量不断地发生变化，在每一个环形闭合线圈上产生感应电动势和涡流，A正确；环形闭合线圈随圆盘转动，由楞次定律可知，环形闭合线圈会受到磁针施加的阻碍相对运动的力，根据牛顿第三定律可知，
磁针会受到环形闭合线圈的作用力，此力来源于电磁感应形成的涡电流，而不是自由电子随圆盘转动形成的电流，B正确,D错误；从圆盘的整个盘面上看，圆盘转动过程中穿过整个圆盘的磁通量不变，C错误.
4.(电磁阻尼)2021年9月3日在北京、香港两地神舟十二号乘组与近300名香港科技工作者、教师和大中学生展开一场别开生面的天地连线互动.天地连线中，聂海胜示范了太空踩单车.太空单车是利用电磁阻尼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：在铜质轮子的外侧有一些磁铁(与轮子不接触)，人在健身时带动轮子转动，磁铁会对轮子产生阻碍，磁铁与轮子间的距离可以改变，则下列说法正确的是( )
C
A.轮子受到的阻力大小与其材料电阻率无关
B.若轮子用绝缘材料替换，也能保证相同的效果
C.轮子受到的阻力主要来源于铜制轮内产生的感应电流受到的安培力
D.磁铁与轮子间距离不变时，轮子转速越大，受到的阻力越小
[解析] 轮子(导体)在磁场中做切割磁感线的运动，会产生感应电动势和感应电流，因此不能用绝缘材料替换，B错误；根据楞次定律可知，磁场会对运动的轮子产生阻力，以阻碍轮子与磁场之间的相对运动，所以轮子受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，安培力大小与电阻率有关，故A错误，C正确；
磁铁与轮子间的距离不变时，轮子转速越大，产生的感应电流越大，轮子受到的阻力越大，D错误.
知识点一 感生电场
1.(多选)下列说法正确的是( )
AD
A.变化的磁场可以使闭合电路中产生感应电流
B.在没有导体的空间中，变化的磁场不会产生感生电场
C.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场
D.感生电场的方向可以用楞次定律来判定
[解析] 变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象，故A正确；麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发出感生电场，与是否存在导体无关，故B错误；恒定的磁场周围不产生电场，故C错误；感生电场的方向与有回路时感应电流的方向相同，可以用楞次定律来判定，故D正确.
2.[2024·山东青岛一中月考] 如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将( )
B
A.不变 B.增大
C.减小 D.以上情况都有可能
[解析] 当磁感应强度均匀增大时，根据麦克斯韦的电磁场理论可知，将激发一个稳定的电场，带电粒子将受该电场的静电力作用，由楞次定律判断，静电力的方向与带电粒子的运动方向是一致的，即静电力对带电粒子将正功，所以带电粒子的动能将增大，故B正确.
知识点二 涡流
3.(多选)如图所示，下列生产生活现象中，属于涡流的是( )
ABC
A.甲图中用电磁炉烹制菜肴
B.乙图中变压器工作时，绕制线圈的铁芯中会发热
C.丙图中过安检时用金属探测器探测人身是否携带金属物品
D.丁图中工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业
[解析] 电磁炉是利用电磁感应原理产生涡流，将电能最终转化成内能，故A正确；变压器的铁芯中会发热是因为线圈中通有交变电流时使铁芯中产生涡流，铁芯通常由涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成主要是为了防止铁芯中产生过大的涡流，故B正确；探测仪可以探测人身是否携带金属物品是因为金属物品上产生的涡流的磁场反过来影响探测器中的电流，从而使报警器发出警告，故C正确；工人穿上金属丝织成的衣服可以进行高压带电作业是利用静电屏蔽原理，故D错误.
4.(多选)某中学每次段考监考老师都会手持金属探测器安检.实物及其结构原理简化图如图甲、乙所示.探测器运用的是电磁感应原理，发射线圈(外环)可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场，内环线圈是接收线圈，用来收集被查金属物发出的磁场，随着发射线圈产生的磁场反复变化，它会与所遇的金属物发生作用，导致金属物自身也会产生微弱的磁场，来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后，检测器会发出报警声.下列说法中正确的是( )
A.若发射线圈产生向下且增强的磁场，则金属物产生的感应磁场的方向竖直向上
B.若发射线圈产生向下且增强的磁场，则金属物中的涡流方向从上往下看是顺时针方向
C.金属物发出的磁场穿过接收线圈时，接收线圈会产生微弱的电流，此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的
D.如果金属物中某时刻发出向上的磁场，那接收线圈中的感应电流方向从上往下看是沿逆时针方向
√
√
[解析] 若发射线圈产生向下且增强的磁场，则金属物的磁通量增强，根据楞次定律，可知金属物中的涡流方向从上往下看是逆时针方向，涡流产生的磁场方向竖直向上，A正确，B错误；金属物发出的磁场穿过接收线圈时，接收线圈的磁通量发生变化，会产生微弱的感应电流，此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的，C正确；如果金属物中某时刻发出向上的磁场，如果磁场增强，则接收线圈中的感应电流方向从上往下看是顺时针方向，如果磁场减弱，则感应应电流方向从上往下看是逆时针方向，D错误.
知识点三 电磁阻尼和电磁驱动
5.[2024·山西大同一中月考] 磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈.缠绕线圈的骨架常用铝框，铝框、指针固定在同一转轴上，线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央，线圈通电时指针随之偏转，由此就能确定电流的大小.如图所示，线圈通电时指针向右偏转，在此过程中，下列说法正确的是( )
D
A.俯视看线圈中通有逆时针方向的电流
B.穿过铝框的磁通量减少
C.俯视看铝框中产生顺时针方向的感应电流
D.使用铝框做线圈骨架能够尽快使指针停在某一刻度处
[解析] 由左手定则可知，俯视看线圈中通有顺时针方向的电流，选项A错误；因为线圈在水平位置时磁通量为零，则指针向右转动时，穿过铝框的磁通量向下增加，根据楞次定律可知，俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流，选项B、C错误；当铝框中产生感应电流时，铝框受到的安培力与运动方向相反，故起到了阻尼作用，则使用铝框做线圈骨架能够尽快使指针停在某一刻度处，故D正确.
6.物理课上，老师做了一个“神奇”的实验：如图所示，将长的铝管竖直放置，其下端到地面有一定的距离，一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放，观察到磁铁用较长时间才从下管口落出.对于这个实验现象同学们经分析讨论作出相关的判断，你认为正确的是(下落过程中不计空气阻力，磁铁与管壁没有接触)( )
C
A.如果磁铁的磁性足够强，磁铁会停留在铝管中，永远不落下来
B.磁铁在铝管中运动的过程中，由于不计空气阻力，所以磁铁机械能守恒
C.如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动时间更长，但一定会落下来
D.如果将铝管换成塑料管，磁铁从塑料管中出来也会用较长时间
[解析] 如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动受到的阻力更大，运动时间变长，但一定会落下，因为当磁铁运动时铝管的磁通量才会发生变化，才会出现感应电流阻碍原磁通量的变化，所以磁铁一定会落下来，故A错误，C正确；磁铁在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但铝管中产生了感应电流，铝管对磁铁有阻碍作用，磁铁的机械能转化为电能，所以机械能不守恒，故B错误；如果将铝管换成塑料管，磁铁不会受到阻力，因此出来的时间将会变短，故D错误.
7.[2024·浙江嘉兴期末] 关于下列四幅图的说法正确的是( )
A.图甲：金属探测器通过使用通有恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属
B.图乙：摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会以相同的速度同向转动
C.图丙：当真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属
D.图丁：微安表的表头在运输时连接正、负接线柱保护电表指针，利用了电磁阻尼原理
D
[解析] 金属探测器通过使用通有变化电流的长柄线圈来探测地下是否有金属，故A错误；由电磁驱动原理可知，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转得慢，即同向异步，故B错误；当真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，在铁块中会产生涡流，铁块中就会产生大量热量，从而冶炼金属，故C错误；微安表的表头在运输时连接正、负接线柱保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，故D正确.
8.扫描隧道显微镜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.当无扰动时，按如图所示的四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场，出现扰动后，对紫铜薄板上、下及左、右振动的衰减最有效的方案是( )
A
A.&5& B.&6& C.&7& D.&8&
[解析] 施加磁场来快速衰减的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时，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，紫铜薄板受到安培力作用，该作用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、下振动和左、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，对紫铜薄板上、下及左、右振动的衰减最有效的方案是A.
9.[2024·江苏苏州中学月考] 如图所示是一种电加热装置，把一铁块放入线圈中且不接触线圈，稍等片刻，铁块就会烧得通红，小明同学由此做出了以下猜想，其中正确的是( )
B
A.若把一干燥的木棍伸入线圈中，木棍会被烧着
B.线圈内部一定通有随时间变化的电流
C.线圈内部一定通有很强的恒定电流
D.铁块是否会变红与线圈中电流是否变化无关
[解析] 由题意可知这是电磁感应现象，木棍不能形成电流，故木棍不会烧着，A错误；变化的电流能产生变化的磁场，变化的磁场可在铁块内部产生涡流，由于电流的热效应才把铁块烧红，C、D错误，B正确.
10.(多选)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(相距较远)，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、、，它们下表面极也在同一水平面上，现让、、同时由静止释放，它们分别穿过对应的管道，观察到、、不是同时到达地面.不考虑管间感应磁场的影响，也不考虑磁铁间的相互影响，已知银的电阻率比铜的电阻率小.
、、从释放到落到地面的过程，下列说法正确的是( )
A.三根管中磁通量的变化量不同
B.从上往下看，铜管中感应电流的方向开始为逆时针方向，最后为顺时针方向
C.最先落地，最后落地
D.、、落地时的速度大小关系为
BC
[解析] 、、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，A错误；根据楞次定律，可知从上往下看，铜管中感应电流的方向开始为逆时针方向，最后为顺时针方向，B正确；下落过程中，木管中没有感应电流，做自由落体运动，最先落地，、下落过程中，铜管、银管中都有感应电流，由楞次定律得、受到的磁场力方向都向上，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，由牛顿第三定律得受到的平均磁场力大，的加速度最小，比后落地，C正确；由于受到的平均磁场力大，磁场力对做负功，、、运动的过程根据动能定理有,其中，,解得、、落地时的速度大小关系为,D错误.
11.[2024·辽宁沈阳二中月考] 著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置：一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动，在圆板的中部有一个线圈，圆板的四周固定着一圈带电的金属小球，如图所示.当线圈接通电源后，线圈中将有图示方向的电流流过.下列说法正确的是( )
D
A.接通电源瞬间，圆板不会发生转动
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，金属小球所受静电力方向与线圈中电流方向相同
D.若金属小球带负电，则接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流方向相同
[解析] 线圈接通电源瞬间，变化的磁场产生电场，从而导致带电小球受到静电力的作用，使圆板转动，故A错误；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，使小球受到静电力，从而转动，但静电力方向与小球带电正负有关，故B错误；接通电源后，保持线圈中电流不变，则磁场不变，不会产生电场，小球不受到静电力，故C错误；接通电源瞬间小球受到静电力作用而转动，若小球带负电，根据楞次定律可判断出感生电场的方向，通过小球受力可知圆盘转动方向与线圈中电流方向相同，故D正确.

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