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- 2.2 法拉第电磁感应定律-2023-2024学年高二物理下学期同步学案+典例+练习（人教版选择性必修第二册） 试卷 1 次下载
- 2.4 互感和自感-2023-2024学年高二物理下学期同步学案+典例+练习（人教版选择性必修第二册） 试卷 0 次下载
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2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-2023-2024学年高二物理下学期同步学案+典例+练习（人教版选择性必修第二册）
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这是一份2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-2023-2024学年高二物理下学期同步学案+典例+练习（人教版选择性必修第二册），文件包含23涡流电磁阻尼和电磁驱动解析版docx、23涡流电磁阻尼和电磁驱动原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共35页， 欢迎下载使用。
2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
基础知识梳理
一、电磁感应现象中的感生电场
1．感生电场
麦克斯韦认为：磁场变化时会在空间激发一种 ，这种电场叫作 ．
2．感生电动势
由感生电场产生的 叫 ．
3．电子感应加速器
电子感应加速器是利用 使电子 的设备，当电磁铁线圈中电流的 、 发生变化时，产生的感生电场使电子 ．
二、涡流
1．涡流：当线圈中的电流随 变化时，线圈附近的任何导体中都会产生 ，用图表示这样的感应电流，就像水中的 ，所以把它叫作 ，简称 ．
2．涡流大小的决定因素： 变化越快(越大)，导体的横截面积S越 ，导体材料的 越小，形成的 就越大．
三、电磁阻尼
当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到 ，安培力的方向总是 导体的运动，这种现象称为 ．
四、电磁驱动
若磁场相对于 转动，在导体中会产生 ，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 ．
【参考答案】电场 感生电场 电动势 感生电动势 感生电场 加速 大小 方向 加速 时间 感应电流 旋涡 涡电流 涡流 磁场 大 电阻率 涡流 安培力 阻碍 电磁阻尼
导体 感应电流 电磁驱动
典型例题分析
考点一：涡流的原理、应用与防止
【例1】如图所示，下列生产生活现象中，不属于涡流的是（ ）
A．甲图用电磁炉烹制菜肴
B．乙图变压器工作时，绕制线圈的铁芯中会发热
C．丙图过安检时用金属探测器探测人身是否携带金属物品
D．丁图工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业
【答案】D
【详解】A．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；B．变压器的铁芯中会发热是因为铁芯中产生了涡流，通常铁芯用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成，主要是为了防止在铁芯中产生过大涡流，故B正确；C．金属探测仪探测到金属物品时物品上会产生涡流而使报警器发出警告，故C正确；D．工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业是利用静电屏蔽原理，故D错误。由于本题选择错误的，故选D。
【变式练习】
1．工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术原理图如图所示，其原理是将线圈中通入电流，使被测物件内产生涡流，借助探测线圈内电流变化测定涡流的改变，从而获得被测物件内部是否断裂及位置的信息，关于以上应用实例理解正确的是（ ）
A．线圈所连接的电源可以是直流电源
B．线圈所连接的电源应该是交流电源
C．能被探测的物件可以是非导电材料
D．工业涡流探伤技术运用了自感原理
【答案】B
【详解】AB．为产生涡流，线圈所连接的电源必须是交流电源，选项A错误，B正确；C．能被探测的物件必须是导电材料，否则不会产生涡流，选项C错误；D．工业涡流探伤技术其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变技术，不是自感原理，选项D错误。故选B。
2．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈使构件中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量从而获得构件缺陷的有关信息。则（ ）
A．工作时励磁线圈必须要与被测构件接触
B．涡流探伤也适用于检测橡胶构件的缺陷
C．励磁线圈中应该通入恒定电流完成检测
D．探测线圈根据接收到的涡流磁场工作的
【答案】D
【详解】A．涡流探伤技术其原理是用励磁线圈使被测构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，故工作时励磁线圈不需要与被测构件接触，故A错误；B．因橡胶构件不能产生涡流，所以涡流探伤不适用于检测橡胶构件的缺陷，故B错误；CD．励磁线圈中通入交变电流才能产生的变化的磁场，当金属构件处于该磁场中时，该金属构件中才会发生电磁感应现象产生涡流，完成检测，由此可知，探测线圈根据接收到的涡流磁场工作的，故C错误，D正确。故选D。
考点二：电磁灶的结构和原理
【例2】电磁炉又名电磁灶（图1），它无须明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。图2是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．电磁炉通电线圈加直流电，电流越大，电磁炉加热效果越好
B．电磁炉原理是通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作
C．在锅和电磁炉中间放一绝缘物质，电磁炉不能起到加热作用
D．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
【答案】B
【详解】A．电磁炉通电线圈加直流电，会产生恒定磁场，穿过锅底的磁通量不会发生变化，不能产生涡流，所以没有加热效果，故A错误；B．电磁炉的原理是磁场感应涡流加热，即利用交变电流通过线圈产生交变磁场，所以电磁炉通过线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B正确；C．在锅和电磁炉中间放一绝缘物质，不会影响涡流的产生，因此不会影响电磁炉的加热作用，故C错误；D．金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，不会产生涡流，而不是因为导热性能较差，故D错误。故选B。
【变式练习】
1．如图甲所示是新型的高效节能厨具——电磁炉，又名电磁灶，是现代厨房革命的产物。电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具，如图乙所示是电磁炉的工作示意图，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。下列关于电磁炉的说法正确的是（ ）
A．提高励磁线圈中电流变化的频率，可提高电磁炉的加热效果
B．炊具中的涡流是由励磁线圈中的恒定电流的磁场产生的
C．利用陶瓷材料制成的炊具可以在电磁炉上正常加热
D．电磁炉工作时，炉面板中将产生强大的涡流
【答案】A
【详解】A．提高励磁线圈中电流变化的频率，可以提高产生交变磁场变化的频率，从而提高穿过炊具底面磁通量的变化率，进而增大涡流，提高电磁炉的加热效果，故A正确；B．炊具中的涡流是由励磁线圈中的交变电流的磁场产生的，故B错误；C．陶瓷是绝缘体，无法形成涡流，所以利用陶瓷材料制成的炊具无法在电磁炉上正常加热，故C错误；D．电磁炉工作时，炊具底面将产生强大的涡流，故D错误。故选A。
2．新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是（ ）
A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D．提高磁场变化的频率，不会提高电磁炉的加热效果
【答案】C
【详解】由电磁感应原理可知，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，提高磁场变化的频率，产生的感应电动势变大，可提高电磁炉的加热效果。故选C。
考点三：案件警报器结构和原理
【例3】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，若工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向（左视图）均匀增大的电流，则下列说法正确的是（电流方向判断均从左向右观察）（ ）
A．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针
B．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的大小不变
C．有金属片通过时，按收线圈中感应电流的方向为顺时针
D．有金属片通过时，接收线圈中感应电流会变大
【答案】B
【详解】AC．当左侧线圈中通有不断增大的顺时针方向的电流时，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，即使有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针，故AC错误；B．通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈产生的磁场均匀增大，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B正确；D．有金属片通过时，穿过金属片中的磁通量也发生变化，金属片中也会产生感应电流，与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以会将该空间中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，接收线圈中感应电流会变小，故D错误。故选B。
【变式练习】
1．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，从而引起报警。关于安检门的以下说法错误的是（ ）
A．安检门不能检查出毒贩携带的毒品
B．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
C．安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用了电流的磁效应
D．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门能正常工作
【答案】D
【详解】AB．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品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．则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，能检查出金属物品携带者，故AB正确；C．安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C正确；D．根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误。本题选错误的，故选D。
2．在物理学发展史上，许多科学家通过恰当地运用科学研究方法，超越了当时研究条件的局限性，取得了辉煌的研究成果，下列表述符合物理学史的是（ ）
A．无论亚里士多德、伽利略还是笛卡尔都没有建立力的概念，而牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，为提出牛顿第一定律而确立了一个重要的物理概念
B．亚里士多德对运动的研究，确立了许多用于描述运动的基本概念，比如平均速度，瞬时速度以及加速度
C．英国物理学家麦克斯认为，磁场会在其周围空间激发一种电场，这种电场就是感生电场
D．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品，是利用静电感应的工作原理工作的
【答案】A
【详解】A．无论亚里士多德、伽利略还是笛卡尔都没有建立力的概念，而牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，为提出牛顿第一定律而确立了一个重要的物理概念，A正确；B．伽利略提出了平均速度，瞬时速度以及加速度的概念，B错误；C．麦克斯韦提出了麦克斯韦电磁理论，磁场会在其周围空间激发一种电场，这种电场就是感生电场，C错误；D．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品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。故D错误。故选A。
考点四：电磁阻尼和电磁驱动的理解
【例4】下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（ ）
A．图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快
B．图乙是真空冶炼炉，当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
C．丙是铜盘靠惯性转动，手持磁铁靠近铜盘，铜盘转动加快
D．图丁是微安表的表头，运输时把两个正、负接线柱用导线连接，可以减小电表指针摆动角度
【答案】D
【详解】A．根据电磁驱动原理，图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，但线圈比磁铁转得慢，故A错误；B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生产生涡流，铁块中产生大量热量，从而冶炼金属，故B错误；C．当转动铜盘时，导致铜盘切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培力，由楞次定律可知，产生的安培力将阻碍铜盘切割磁感线运动，则铜盘转动将变慢，故C错误；D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，可以减小电表指针摆动角度，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼的原理，故D正确。故选D。
【变式练习】
1．以下四图都与电磁感应有关，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相反方向转动
B．乙图中金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属
C．丙图中电磁炉是利用变化的磁场在金属锅底中产生涡流对食物加热
D．丁图中磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁驱动的作用
【答案】C
【详解】A．甲图中当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将产生感应电流阻碍蹄形磁体的转动，则铝框在磁场力的作用下将朝相同方向转动，故A错误；B．乙图中金属探测器通过使用变化电流的长柄线圈来探测地下是否有金属，故B错误；C．丙图中电磁炉是利用变化的磁场在金属锅底中产生涡流对食物加热，故C正确；D．丁图中磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，铝框中产生感应电流，使线框尽快停止摆动，起到电磁阻尼的作用，故D错误。故选C。
2．2021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
【答案】C
【详解】B．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；AC．轮子在磁场中做切割磁感线运动，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；D．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。故选C。
方法探究
一、电磁感应现象中的感生电场
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．
二、涡流
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．
三、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
课后小练
一、单选题
1．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，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，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是（ ）
A．0 B．r2qk C．2πr2qk D．πr2qk
【答案】D
【详解】根据法拉第电磁感应定律可知，该磁场变化产生的感生电动势为
E=·S=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
W=qE=πr2qk
故选D正确。
2．以下四图都与电磁感应有关，下列说法正确的是（ ）
A．真空冶炼炉能在真空环境下，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属
B．当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相反方向转动
C．金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属
D．磁电式仪表，把线因绕在铝框骨架上，目的是起到电磁驱动的作用
【答案】A
【详解】A．真空冶炼炉能在真空环境下，利用电磁感应现象，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属，故A正确；B．根据电磁驱动原理，当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相同方向转动，故B错误；C．金属探测器通过使用交变电流的长柄线圈来探测地下是否有金属，故C错误；D．磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，铝框中产生感应电流，使线框尽快停止摆动，起到电磁阻尼的作用，故D错误。故选A。
3．扫描隧道显微镜可探测样品表面原子尺寸上的形貌。为了有效减弱外界振动对它的扰动，在其圆盘周边沿其径向对称竖直安装若干对紫铜薄板，图示为其中的一个紫铜薄板，利用磁场来衰减其微小振动，按四种方法施加恒定磁场，则对铜板上下及其左右振动的衰减最有效的方法是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【详解】根据题意可知，加恒定磁场后，如果紫铜薄板上下及左右振动时，穿过板的磁通量变化，从而产生感应电流，感应磁场进而阻碍板的运动，可以衰减铜板上下及其左右振动
AD．由选项图可知，左右振动时，有磁通量变化，能够衰减铜板左右振动，上下振动时，没有磁通量变化，不能衰减铜板上下振动，故AD错误。B．由选项图可知，上下及左右振动时穿过板的磁通量均变化，则可以衰减铜板上下及其左右振动，故B正确；C．由选项图可知，上下及左右振动时，磁通量均不变化，则不可以衰减铜板上下及其左右振动，故C错误。故选B。
4．下列说法中正确的有（ ）
A．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生
B．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现电磁感应现象
C．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流和感应电动势
D．用微波炉，要特别注意安全，应选用塑料或瓷器做成的容器，而电磁炉加热时，应选用金属容器
【答案】B
【详解】A．若磁通量不发生变化，闭合电路中就没有感应电流产生，A错误；B．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现电磁感应现象，B正确；C．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流，但有感应电动势，C错误；D．用微波炉加热时，忌用普通塑料容器，电磁炉加热时，应选用金属容器，D错误。故选B。
5．如图所示的金属探测器可以检查是否有违规违禁物品。工作时，探测器中的发射线圈通以电流，附近的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报，下列说法中正确的是（ ）
A．违规携带的手机只有发出通讯信号时才会被探测到
B．探测器与被测金属物相对静止时不能发出警报
C．探测环中的发射线圈通的是恒定电流
D．探测环中的发射线圈通的是交变电流
【答案】D
【详解】CD．附近的被测金属物中感应出电流，则探测环中的发射线圈通的应是交变电流，选项C错误，D正确；B．因为探测环中的发射线圈通的是交变电流，被测金属物中的磁通量也是变化的，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，选项B错误；A．违规携带的物品只要是金属就会被探测到，选项A错误。故选D。
6．如图所示，条形磁铁用细线悬挂于O点，一金属圆环放置在O点正下方的水平绝缘桌面上。现将磁铁拉至左侧某一高度后由静止释放，磁铁在竖直面内摆动，在其第一次摆至右侧最高点的过程中，圆环始终静止。则下列说法正确的是（ ）
A．磁铁始终受到圆环的斥力作用
B．圆环中的感应电流方向保持不变
C．磁铁从左到右经过竖直线两侧位置时，桌面对圆环的摩擦力方向相反
D．磁铁在O点两侧最高点的重力势能不相等
【答案】D
【详解】A．由楞次定律推论可知，磁铁靠近圆环时受到斥力作用，远离圆环时受到引力作用，A错误；B．磁铁由释放到第一次运动到右侧最高点的过程中，穿过圆环的磁通量先增大后减小，由于穿过圆环的磁场方向不变，而磁通量的变化趋势发生了改变，因此感应电流的方向发生变化，B错误；C．根据楞次定律，磁铁从左到右经过竖直线两侧位置时，圆环都有向右滑动的趋势，故桌面对圆环的摩擦力方向均向左，C错误；D．由楞次定律推论可知，感应电流总是阻碍磁铁与圆环之间的相对运动，感应电流对磁铁的作用力总是阻力，因此磁铁在右侧的最高点比释放点低，则磁铁在两侧最高点的重力势能不相等，D正确。故选D。
7．动圈式的话筒和动圈式扬声器结构如图所示，扬声器中的锥形纸盆和话筒中的弹性膜片均与金属线圈粘连在一起，线圈处于永磁体的磁场中，则（ ）
A．该扬声器可以当话筒使用
B．扬声器根据电磁感应原理工作的
C．话筒是根据电流的磁效应工作的
D．话筒是将电信号转换成声音信号的传感器
【答案】A
【详解】A．根据动圈式扬声器的结构图可知，当人对着扬声器的锥形纸盆说话时，声音使纸盆振动，与纸盆相连的线圈也会随着振动，从而使得穿过线圈的磁通量发生变化，这时线圈中就会产生随着声音变化的感应电流，所以该扬声器也能当话筒使用，故A正确；B．根据动圈式扬声器的结构图可知，线圈安放在磁铁磁极间的空隙中能够自由运动，按音频变化的电流通过线圈，线圈将受到安培力的作用而运动。由于锥形纸盆与线圈连接，随线圈振动而发声，所以动圈式扬声器的原理是磁场对电流的作用产生的，故B错误；C．根据动圈式话筒的结构图可知，动圈式话筒的膜片与线圈固定在一起，线圈套在磁铁上。当我们对着话筒讲话时，膜片带动线圈一起振动，从而使得穿过线圈的磁通量发生变化，于是线圈中产生了随声音变化的电流，所以话筒是根据电磁感应原理工作的，故C错误；D．话筒作为信号接收端，通过收集声音信号，通过敏感元件，从而将声音信号转换成电信号的传感器，故D错误。故选A。
8．电磁炉是利用电磁感应原理加热食物的，以下关于电磁炉的说法正确的是（ ）
A．电磁炉内部产生了感应电流
B．电磁炉可以加热陶瓷锅内的食物
C．电磁炉只能加热铁锅内的食物
D．电磁炉加热食物利用了电流的热效应
【答案】D
【详解】AB．电磁炉是在金属锅体内产生感应电流而产生热的，电磁炉内部不产生感应电流；对陶瓷锅内不能产生感应电流，就不会产生热，因此不可以加热陶瓷锅内的食物，AB错误；C．只要是属于金属锅底的锅都可以用电磁炉加热锅内的食物，只是铁锅加热的效果会更好些，C错误；D．电磁炉是在铁锅体内产生大量涡流而产生的热来加热食物的，是利用了电流的热效应，D正确。故选D。
二、多选题
9．如图所示，在O点正下方有一个有理想边界的匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点
C．铜环最终将做等幅摆动 D．最终环将静止于最低点
【答案】BC
【详解】AB. 由于铜环进入和离开磁场过程中会产生感应电流，一部分机械能转化为电能，所以铜环运动不到A点的等高点，即B点低于A点，故B正确，A错误；CD. 由于环只在进出磁场的过程中才有机械能转化为焦耳热，故当环的振幅减小到环恰好不能穿出磁场时机械能开始保持不变，此后环做等幅摆动，故C正确，D错误。故选BC。
10．1831年，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机（图甲）。它是利用电磁感应的原理制成的，是人类历史上第一台发电机。图乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触。使铜盘转动，电阻R中就有电流通过。若所加磁场为匀强磁场，磁场方向水平向右，除R以外其余电阻均不计。从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，下列说法正确的是（ ）
A．铜片D的电势高于铜片C的电势
B．流过电阻R的电流大小恒定不变
C．若铜盘半径变为原来的2倍。则流过电阻R的电流也变为原来的2倍
D．若保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，则铜盘中也会有电流产生
【答案】ABD
【详解】A．根据右手定则可知，电流从铜片D流出，流向铜片C，因此铜片D的电势高于铜片C的电势，故A正确；
B．因感应电动势 ，，而 ，则有
由圆盘匀速转动，可知大小恒定不变，故B正确；C．由可知，当铜盘半径变为原来的2倍，流过电阻R的电流变为原来的4倍，故C错误；
D．保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，导致穿过铜盘的磁通量变化，则铜盘中有涡流产生，故D正确。故选ABD。
11．电阻不可忽略的导电圆盘的边缘用电阻不计的导电材料包裹，圆盘可绕过圆心O的竖直轴转动，转动过程中接触处在转动时不会产生阻力，空气阻力也忽略不计。用导线将电动势为E的电源、导电圆盘圆心O、圆盘边缘导电材料、电阻和开关连接成闭合回路。如图甲，圆盘区域内有竖直向下的匀强磁场，闭合开关，经足够长时间，圆盘转速稳定；如图乙，在A、O之间的一圆形区域内有竖直向下的匀强磁场（圆形磁场区域直径小于圆盘半径），闭合开关，经足够长时间，圆盘转速稳定。图甲和图乙中的两个磁场区域固定，其中的磁感应强度大小均为B。则（ ）
A．从上往下看（俯视），圆盘都沿逆时针方向转动
B．转速稳定时，甲中圆盘转速比乙中圆盘转速大
C．若断开开关，甲中圆盘仍然匀速转动
D．若断开开关，乙中圆盘仍然匀速转动
【答案】AC
【详解】A．根据左手定则可知，从上往下看（俯视），圆盘都沿逆时针方向转动，故A正确；B．两盘稳定后，感应电流与电路中的电流相等，则有
甲的磁场区域大，切割磁感线的半径长，所以稳定后甲的转速小，故B错误；
C．断开开关，由于甲的磁场充满整个圆盘，沿圆盘每条半径方向的感应电动势都一样大，电荷只在盘心和盘边缘处积累，不会形成涡流，所以甲中圆盘仍然匀速转动，故C正确；D．由于乙的磁场只存在一部分区域，断开开关，乙盘中会形成涡流，所以乙中圆盘受到安培阻力作用，不能做匀速转动，故D错误。
故选AC。
三、实验题
12．（1）在“研究电磁感应现象”的实验中，首先要按图（甲）接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向的关系；然后再按图（乙）将电流表与B连成一个闭合回路，将A与电池、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路。在图（甲）中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏（不通电时指针停在正中央）在图（乙）中，
①将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，电流表的指针将___________（填“向左”“向右”或“不发生”，下同）偏转；②螺线管A放在B中不动，电流表的指针将___________偏转；③螺线管A放在B中不动，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，电流表的指针将___________偏转；④螺线管A放在B中不动，突然切断开关S时，电流表的指针将___________偏转。
（2）给金属块缠上线圈，线圈中通入反复变化的电流，金属块中产生如图1中虚线所示的感应电流，这样的电流称为___________，真空冶炼炉就是利用它产生的热量使金属熔化。变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成，而不是用一整块铁制成，其原因是为了___________，减少铁心发热损失。
（3）如图2所示的交变电流的有效值I=___________A（其中每个周期的后半周期的图像为半个周期的正弦曲线）
【答案】 向右 不发生 向右 向左 涡流 减少涡流
【详解】（1）①[1]将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流从电流表正接线柱流入，则电流表的指针将向右偏转。
②[2]螺线管A放在B中不动，穿过B的磁通量不变，不产生感应电流，电流表不发生偏转。
③[3]螺线管A放在B中不动，穿过B磁场方向向上，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，穿过B的磁通量变大，由楞次定律可得，感应电流从电流表正接线柱流入，则电流表的指针将向右偏转。
④[4]螺线管A放在B中不动，穿过B的磁场方向向上，突然切断开关S时，穿过B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从电流表的负接线柱流入，则电流表的指针将向左偏转。
（2）[5]金属块中产生如图1中虚线所示的感应电流，这样的电流称为涡流。
[6]变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成，而不是用一整块铁制成，其原因是为了增大电阻，减小涡流。
（3）[7]交变电流的有效值为I，则有
解得
四、解答题
13．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）
【答案】（1）不能，原因见解析；（2）磁铁对地面的压力大小先变大，后变小，磁铁所受的摩擦力方向水平向左。
【详解】（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极正上方时如下图，在圆环从位置a到此位置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，同理圆环从图示位置向右运动时，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到图示位置过程中，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，则地面给磁铁水平向左的静摩擦力，同理圆环从图示位置到右侧最高点的过程中，地面给磁铁还是水平向左的静摩擦力。
14．电磁阻尼指的是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这种现象，电磁阻尼现象源于电磁感应原理，电磁阻尼现象广泛应用于需要稳定摩擦力以及制动力的场合，例如电度表、电磁制动机械，甚至磁悬浮列车等，如图所示是依附建筑物架设的磁力缓降高楼安全逃生装置，具有操作简单、无需电能、逃生高度不受限制，下降速度可调、可控等优点，该装置原理可等效为：间距L=0.5m的两根竖直导轨上部连通，人和磁铁固定在一起沿导轨共同下滑，磁铁产生磁感应强度B=0.2T的匀强磁场，人和磁铁所经位置处，可等效为有一固定导体棒cd与导轨相连，整个装置总电阻始终为R，如图所示，在某次逃生试验中，质量的测试者利用该装置以v=2m/s的速度匀速下降，已知与人一起下滑部分装置的质量m=20kg，重力加速度取，且本次试验过程中恰好没有摩擦。
（1）判断导体棒cd中电流的方向；
（2）总电阻R多大？
（3）如要使一个质量的测试者利用该装置以的速度匀速下滑，其摩擦力多大？
（4）保持第（3）问中的摩擦力不变，让质量测试者从静止开始下滑，测试者的加速度将会如何变化？当其速度为时，加速度a多大？
【答案】（1）从d到c；（2）；（3）400N；（4）逐渐a减小，最终趋近于0，
【详解】（1）磁场向下运动，cd相对于磁场向上运动，由右手定则知电流从d到c
（2）对导体棒：电动势
感应电流
安培力
由左手定则可判断，导体棒cd所受安培力方向向下，根据牛顿第三定律可知磁铁受到磁场力向上，大小为
对M1和m：由平衡条件可得
（3）对M2和m：由平衡条件
可得
（4）对M2和m：根据牛顿第二定律得
所以
因为逐渐增大，最终趋近于匀速，所以逐渐a减小，最终趋近于0；
当其速度为v2=1m/s时，代入数据得
2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
基础知识梳理
一、电磁感应现象中的感生电场
1．感生电场
麦克斯韦认为：磁场变化时会在空间激发一种 ，这种电场叫作 ．
2．感生电动势
由感生电场产生的 叫 ．
3．电子感应加速器
电子感应加速器是利用 使电子 的设备，当电磁铁线圈中电流的 、 发生变化时，产生的感生电场使电子 ．
二、涡流
1．涡流：当线圈中的电流随 变化时，线圈附近的任何导体中都会产生 ，用图表示这样的感应电流，就像水中的 ，所以把它叫作 ，简称 ．
2．涡流大小的决定因素： 变化越快(越大)，导体的横截面积S越 ，导体材料的 越小，形成的 就越大．
三、电磁阻尼
当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到 ，安培力的方向总是 导体的运动，这种现象称为 ．
四、电磁驱动
若磁场相对于 转动，在导体中会产生 ，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 ．
【参考答案】电场 感生电场 电动势 感生电动势 感生电场 加速 大小 方向 加速 时间 感应电流 旋涡 涡电流 涡流 磁场 大 电阻率 涡流 安培力 阻碍 电磁阻尼
导体 感应电流 电磁驱动
典型例题分析
考点一：涡流的原理、应用与防止
【例1】如图所示，下列生产生活现象中，不属于涡流的是（ ）
A．甲图用电磁炉烹制菜肴
B．乙图变压器工作时，绕制线圈的铁芯中会发热
C．丙图过安检时用金属探测器探测人身是否携带金属物品
D．丁图工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业
【答案】D
【详解】A．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；B．变压器的铁芯中会发热是因为铁芯中产生了涡流，通常铁芯用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成，主要是为了防止在铁芯中产生过大涡流，故B正确；C．金属探测仪探测到金属物品时物品上会产生涡流而使报警器发出警告，故C正确；D．工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业是利用静电屏蔽原理，故D错误。由于本题选择错误的，故选D。
【变式练习】
1．工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术原理图如图所示，其原理是将线圈中通入电流，使被测物件内产生涡流，借助探测线圈内电流变化测定涡流的改变，从而获得被测物件内部是否断裂及位置的信息，关于以上应用实例理解正确的是（ ）
A．线圈所连接的电源可以是直流电源
B．线圈所连接的电源应该是交流电源
C．能被探测的物件可以是非导电材料
D．工业涡流探伤技术运用了自感原理
【答案】B
【详解】AB．为产生涡流，线圈所连接的电源必须是交流电源，选项A错误，B正确；C．能被探测的物件必须是导电材料，否则不会产生涡流，选项C错误；D．工业涡流探伤技术其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变技术，不是自感原理，选项D错误。故选B。
2．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈使构件中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量从而获得构件缺陷的有关信息。则（ ）
A．工作时励磁线圈必须要与被测构件接触
B．涡流探伤也适用于检测橡胶构件的缺陷
C．励磁线圈中应该通入恒定电流完成检测
D．探测线圈根据接收到的涡流磁场工作的
【答案】D
【详解】A．涡流探伤技术其原理是用励磁线圈使被测构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，故工作时励磁线圈不需要与被测构件接触，故A错误；B．因橡胶构件不能产生涡流，所以涡流探伤不适用于检测橡胶构件的缺陷，故B错误；CD．励磁线圈中通入交变电流才能产生的变化的磁场，当金属构件处于该磁场中时，该金属构件中才会发生电磁感应现象产生涡流，完成检测，由此可知，探测线圈根据接收到的涡流磁场工作的，故C错误，D正确。故选D。
考点二：电磁灶的结构和原理
【例2】电磁炉又名电磁灶（图1），它无须明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。图2是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．电磁炉通电线圈加直流电，电流越大，电磁炉加热效果越好
B．电磁炉原理是通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作
C．在锅和电磁炉中间放一绝缘物质，电磁炉不能起到加热作用
D．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
【答案】B
【详解】A．电磁炉通电线圈加直流电，会产生恒定磁场，穿过锅底的磁通量不会发生变化，不能产生涡流，所以没有加热效果，故A错误；B．电磁炉的原理是磁场感应涡流加热，即利用交变电流通过线圈产生交变磁场，所以电磁炉通过线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B正确；C．在锅和电磁炉中间放一绝缘物质，不会影响涡流的产生，因此不会影响电磁炉的加热作用，故C错误；D．金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，不会产生涡流，而不是因为导热性能较差，故D错误。故选B。
【变式练习】
1．如图甲所示是新型的高效节能厨具——电磁炉，又名电磁灶，是现代厨房革命的产物。电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具，如图乙所示是电磁炉的工作示意图，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。下列关于电磁炉的说法正确的是（ ）
A．提高励磁线圈中电流变化的频率，可提高电磁炉的加热效果
B．炊具中的涡流是由励磁线圈中的恒定电流的磁场产生的
C．利用陶瓷材料制成的炊具可以在电磁炉上正常加热
D．电磁炉工作时，炉面板中将产生强大的涡流
【答案】A
【详解】A．提高励磁线圈中电流变化的频率，可以提高产生交变磁场变化的频率，从而提高穿过炊具底面磁通量的变化率，进而增大涡流，提高电磁炉的加热效果，故A正确；B．炊具中的涡流是由励磁线圈中的交变电流的磁场产生的，故B错误；C．陶瓷是绝缘体，无法形成涡流，所以利用陶瓷材料制成的炊具无法在电磁炉上正常加热，故C错误；D．电磁炉工作时，炊具底面将产生强大的涡流，故D错误。故选A。
2．新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是（ ）
A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D．提高磁场变化的频率，不会提高电磁炉的加热效果
【答案】C
【详解】由电磁感应原理可知，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，提高磁场变化的频率，产生的感应电动势变大，可提高电磁炉的加热效果。故选C。
考点三：案件警报器结构和原理
【例3】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，若工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向（左视图）均匀增大的电流，则下列说法正确的是（电流方向判断均从左向右观察）（ ）
A．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针
B．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的大小不变
C．有金属片通过时，按收线圈中感应电流的方向为顺时针
D．有金属片通过时，接收线圈中感应电流会变大
【答案】B
【详解】AC．当左侧线圈中通有不断增大的顺时针方向的电流时，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，即使有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针，故AC错误；B．通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈产生的磁场均匀增大，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B正确；D．有金属片通过时，穿过金属片中的磁通量也发生变化，金属片中也会产生感应电流，与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以会将该空间中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，接收线圈中感应电流会变小，故D错误。故选B。
【变式练习】
1．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，从而引起报警。关于安检门的以下说法错误的是（ ）
A．安检门不能检查出毒贩携带的毒品
B．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
C．安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用了电流的磁效应
D．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门能正常工作
【答案】D
【详解】AB．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品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．则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，能检查出金属物品携带者，故AB正确；C．安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C正确；D．根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误。本题选错误的，故选D。
2．在物理学发展史上，许多科学家通过恰当地运用科学研究方法，超越了当时研究条件的局限性，取得了辉煌的研究成果，下列表述符合物理学史的是（ ）
A．无论亚里士多德、伽利略还是笛卡尔都没有建立力的概念，而牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，为提出牛顿第一定律而确立了一个重要的物理概念
B．亚里士多德对运动的研究，确立了许多用于描述运动的基本概念，比如平均速度，瞬时速度以及加速度
C．英国物理学家麦克斯认为，磁场会在其周围空间激发一种电场，这种电场就是感生电场
D．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品，是利用静电感应的工作原理工作的
【答案】A
【详解】A．无论亚里士多德、伽利略还是笛卡尔都没有建立力的概念，而牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，为提出牛顿第一定律而确立了一个重要的物理概念，A正确；B．伽利略提出了平均速度，瞬时速度以及加速度的概念，B错误；C．麦克斯韦提出了麦克斯韦电磁理论，磁场会在其周围空间激发一种电场，这种电场就是感生电场，C错误；D．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品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。故D错误。故选A。
考点四：电磁阻尼和电磁驱动的理解
【例4】下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（ ）
A．图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快
B．图乙是真空冶炼炉，当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
C．丙是铜盘靠惯性转动，手持磁铁靠近铜盘，铜盘转动加快
D．图丁是微安表的表头，运输时把两个正、负接线柱用导线连接，可以减小电表指针摆动角度
【答案】D
【详解】A．根据电磁驱动原理，图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，但线圈比磁铁转得慢，故A错误；B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生产生涡流，铁块中产生大量热量，从而冶炼金属，故B错误；C．当转动铜盘时，导致铜盘切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培力，由楞次定律可知，产生的安培力将阻碍铜盘切割磁感线运动，则铜盘转动将变慢，故C错误；D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，可以减小电表指针摆动角度，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼的原理，故D正确。故选D。
【变式练习】
1．以下四图都与电磁感应有关，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相反方向转动
B．乙图中金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属
C．丙图中电磁炉是利用变化的磁场在金属锅底中产生涡流对食物加热
D．丁图中磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁驱动的作用
【答案】C
【详解】A．甲图中当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将产生感应电流阻碍蹄形磁体的转动，则铝框在磁场力的作用下将朝相同方向转动，故A错误；B．乙图中金属探测器通过使用变化电流的长柄线圈来探测地下是否有金属，故B错误；C．丙图中电磁炉是利用变化的磁场在金属锅底中产生涡流对食物加热，故C正确；D．丁图中磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，铝框中产生感应电流，使线框尽快停止摆动，起到电磁阻尼的作用，故D错误。故选C。
2．2021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
【答案】C
【详解】B．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；AC．轮子在磁场中做切割磁感线运动，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；D．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。故选C。
方法探究
一、电磁感应现象中的感生电场
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．
二、涡流
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．
三、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
课后小练
一、单选题
1．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，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，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是（ ）
A．0 B．r2qk C．2πr2qk D．πr2qk
【答案】D
【详解】根据法拉第电磁感应定律可知，该磁场变化产生的感生电动势为
E=·S=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
W=qE=πr2qk
故选D正确。
2．以下四图都与电磁感应有关，下列说法正确的是（ ）
A．真空冶炼炉能在真空环境下，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属
B．当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相反方向转动
C．金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属
D．磁电式仪表，把线因绕在铝框骨架上，目的是起到电磁驱动的作用
【答案】A
【详解】A．真空冶炼炉能在真空环境下，利用电磁感应现象，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属，故A正确；B．根据电磁驱动原理，当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相同方向转动，故B错误；C．金属探测器通过使用交变电流的长柄线圈来探测地下是否有金属，故C错误；D．磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，铝框中产生感应电流，使线框尽快停止摆动，起到电磁阻尼的作用，故D错误。故选A。
3．扫描隧道显微镜可探测样品表面原子尺寸上的形貌。为了有效减弱外界振动对它的扰动，在其圆盘周边沿其径向对称竖直安装若干对紫铜薄板，图示为其中的一个紫铜薄板，利用磁场来衰减其微小振动，按四种方法施加恒定磁场，则对铜板上下及其左右振动的衰减最有效的方法是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【详解】根据题意可知，加恒定磁场后，如果紫铜薄板上下及左右振动时，穿过板的磁通量变化，从而产生感应电流，感应磁场进而阻碍板的运动，可以衰减铜板上下及其左右振动
AD．由选项图可知，左右振动时，有磁通量变化，能够衰减铜板左右振动，上下振动时，没有磁通量变化，不能衰减铜板上下振动，故AD错误。B．由选项图可知，上下及左右振动时穿过板的磁通量均变化，则可以衰减铜板上下及其左右振动，故B正确；C．由选项图可知，上下及左右振动时，磁通量均不变化，则不可以衰减铜板上下及其左右振动，故C错误。故选B。
4．下列说法中正确的有（ ）
A．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生
B．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现电磁感应现象
C．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流和感应电动势
D．用微波炉，要特别注意安全，应选用塑料或瓷器做成的容器，而电磁炉加热时，应选用金属容器
【答案】B
【详解】A．若磁通量不发生变化，闭合电路中就没有感应电流产生，A错误；B．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现电磁感应现象，B正确；C．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流，但有感应电动势，C错误；D．用微波炉加热时，忌用普通塑料容器，电磁炉加热时，应选用金属容器，D错误。故选B。
5．如图所示的金属探测器可以检查是否有违规违禁物品。工作时，探测器中的发射线圈通以电流，附近的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报，下列说法中正确的是（ ）
A．违规携带的手机只有发出通讯信号时才会被探测到
B．探测器与被测金属物相对静止时不能发出警报
C．探测环中的发射线圈通的是恒定电流
D．探测环中的发射线圈通的是交变电流
【答案】D
【详解】CD．附近的被测金属物中感应出电流，则探测环中的发射线圈通的应是交变电流，选项C错误，D正确；B．因为探测环中的发射线圈通的是交变电流，被测金属物中的磁通量也是变化的，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，选项B错误；A．违规携带的物品只要是金属就会被探测到，选项A错误。故选D。
6．如图所示，条形磁铁用细线悬挂于O点，一金属圆环放置在O点正下方的水平绝缘桌面上。现将磁铁拉至左侧某一高度后由静止释放，磁铁在竖直面内摆动，在其第一次摆至右侧最高点的过程中，圆环始终静止。则下列说法正确的是（ ）
A．磁铁始终受到圆环的斥力作用
B．圆环中的感应电流方向保持不变
C．磁铁从左到右经过竖直线两侧位置时，桌面对圆环的摩擦力方向相反
D．磁铁在O点两侧最高点的重力势能不相等
【答案】D
【详解】A．由楞次定律推论可知，磁铁靠近圆环时受到斥力作用，远离圆环时受到引力作用，A错误；B．磁铁由释放到第一次运动到右侧最高点的过程中，穿过圆环的磁通量先增大后减小，由于穿过圆环的磁场方向不变，而磁通量的变化趋势发生了改变，因此感应电流的方向发生变化，B错误；C．根据楞次定律，磁铁从左到右经过竖直线两侧位置时，圆环都有向右滑动的趋势，故桌面对圆环的摩擦力方向均向左，C错误；D．由楞次定律推论可知，感应电流总是阻碍磁铁与圆环之间的相对运动，感应电流对磁铁的作用力总是阻力，因此磁铁在右侧的最高点比释放点低，则磁铁在两侧最高点的重力势能不相等，D正确。故选D。
7．动圈式的话筒和动圈式扬声器结构如图所示，扬声器中的锥形纸盆和话筒中的弹性膜片均与金属线圈粘连在一起，线圈处于永磁体的磁场中，则（ ）
A．该扬声器可以当话筒使用
B．扬声器根据电磁感应原理工作的
C．话筒是根据电流的磁效应工作的
D．话筒是将电信号转换成声音信号的传感器
【答案】A
【详解】A．根据动圈式扬声器的结构图可知，当人对着扬声器的锥形纸盆说话时，声音使纸盆振动，与纸盆相连的线圈也会随着振动，从而使得穿过线圈的磁通量发生变化，这时线圈中就会产生随着声音变化的感应电流，所以该扬声器也能当话筒使用，故A正确；B．根据动圈式扬声器的结构图可知，线圈安放在磁铁磁极间的空隙中能够自由运动，按音频变化的电流通过线圈，线圈将受到安培力的作用而运动。由于锥形纸盆与线圈连接，随线圈振动而发声，所以动圈式扬声器的原理是磁场对电流的作用产生的，故B错误；C．根据动圈式话筒的结构图可知，动圈式话筒的膜片与线圈固定在一起，线圈套在磁铁上。当我们对着话筒讲话时，膜片带动线圈一起振动，从而使得穿过线圈的磁通量发生变化，于是线圈中产生了随声音变化的电流，所以话筒是根据电磁感应原理工作的，故C错误；D．话筒作为信号接收端，通过收集声音信号，通过敏感元件，从而将声音信号转换成电信号的传感器，故D错误。故选A。
8．电磁炉是利用电磁感应原理加热食物的，以下关于电磁炉的说法正确的是（ ）
A．电磁炉内部产生了感应电流
B．电磁炉可以加热陶瓷锅内的食物
C．电磁炉只能加热铁锅内的食物
D．电磁炉加热食物利用了电流的热效应
【答案】D
【详解】AB．电磁炉是在金属锅体内产生感应电流而产生热的，电磁炉内部不产生感应电流；对陶瓷锅内不能产生感应电流，就不会产生热，因此不可以加热陶瓷锅内的食物，AB错误；C．只要是属于金属锅底的锅都可以用电磁炉加热锅内的食物，只是铁锅加热的效果会更好些，C错误；D．电磁炉是在铁锅体内产生大量涡流而产生的热来加热食物的，是利用了电流的热效应，D正确。故选D。
二、多选题
9．如图所示，在O点正下方有一个有理想边界的匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点
C．铜环最终将做等幅摆动 D．最终环将静止于最低点
【答案】BC
【详解】AB. 由于铜环进入和离开磁场过程中会产生感应电流，一部分机械能转化为电能，所以铜环运动不到A点的等高点，即B点低于A点，故B正确，A错误；CD. 由于环只在进出磁场的过程中才有机械能转化为焦耳热，故当环的振幅减小到环恰好不能穿出磁场时机械能开始保持不变，此后环做等幅摆动，故C正确，D错误。故选BC。
10．1831年，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机（图甲）。它是利用电磁感应的原理制成的，是人类历史上第一台发电机。图乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触。使铜盘转动，电阻R中就有电流通过。若所加磁场为匀强磁场，磁场方向水平向右，除R以外其余电阻均不计。从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，下列说法正确的是（ ）
A．铜片D的电势高于铜片C的电势
B．流过电阻R的电流大小恒定不变
C．若铜盘半径变为原来的2倍。则流过电阻R的电流也变为原来的2倍
D．若保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，则铜盘中也会有电流产生
【答案】ABD
【详解】A．根据右手定则可知，电流从铜片D流出，流向铜片C，因此铜片D的电势高于铜片C的电势，故A正确；
B．因感应电动势 ，，而 ，则有
由圆盘匀速转动，可知大小恒定不变，故B正确；C．由可知，当铜盘半径变为原来的2倍，流过电阻R的电流变为原来的4倍，故C错误；
D．保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，导致穿过铜盘的磁通量变化，则铜盘中有涡流产生，故D正确。故选ABD。
11．电阻不可忽略的导电圆盘的边缘用电阻不计的导电材料包裹，圆盘可绕过圆心O的竖直轴转动，转动过程中接触处在转动时不会产生阻力，空气阻力也忽略不计。用导线将电动势为E的电源、导电圆盘圆心O、圆盘边缘导电材料、电阻和开关连接成闭合回路。如图甲，圆盘区域内有竖直向下的匀强磁场，闭合开关，经足够长时间，圆盘转速稳定；如图乙，在A、O之间的一圆形区域内有竖直向下的匀强磁场（圆形磁场区域直径小于圆盘半径），闭合开关，经足够长时间，圆盘转速稳定。图甲和图乙中的两个磁场区域固定，其中的磁感应强度大小均为B。则（ ）
A．从上往下看（俯视），圆盘都沿逆时针方向转动
B．转速稳定时，甲中圆盘转速比乙中圆盘转速大
C．若断开开关，甲中圆盘仍然匀速转动
D．若断开开关，乙中圆盘仍然匀速转动
【答案】AC
【详解】A．根据左手定则可知，从上往下看（俯视），圆盘都沿逆时针方向转动，故A正确；B．两盘稳定后，感应电流与电路中的电流相等，则有
甲的磁场区域大，切割磁感线的半径长，所以稳定后甲的转速小，故B错误；
C．断开开关，由于甲的磁场充满整个圆盘，沿圆盘每条半径方向的感应电动势都一样大，电荷只在盘心和盘边缘处积累，不会形成涡流，所以甲中圆盘仍然匀速转动，故C正确；D．由于乙的磁场只存在一部分区域，断开开关，乙盘中会形成涡流，所以乙中圆盘受到安培阻力作用，不能做匀速转动，故D错误。
故选AC。
三、实验题
12．（1）在“研究电磁感应现象”的实验中，首先要按图（甲）接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向的关系；然后再按图（乙）将电流表与B连成一个闭合回路，将A与电池、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路。在图（甲）中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏（不通电时指针停在正中央）在图（乙）中，
①将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，电流表的指针将___________（填“向左”“向右”或“不发生”，下同）偏转；②螺线管A放在B中不动，电流表的指针将___________偏转；③螺线管A放在B中不动，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，电流表的指针将___________偏转；④螺线管A放在B中不动，突然切断开关S时，电流表的指针将___________偏转。
（2）给金属块缠上线圈，线圈中通入反复变化的电流，金属块中产生如图1中虚线所示的感应电流，这样的电流称为___________，真空冶炼炉就是利用它产生的热量使金属熔化。变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成，而不是用一整块铁制成，其原因是为了___________，减少铁心发热损失。
（3）如图2所示的交变电流的有效值I=___________A（其中每个周期的后半周期的图像为半个周期的正弦曲线）
【答案】 向右 不发生 向右 向左 涡流 减少涡流
【详解】（1）①[1]将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流从电流表正接线柱流入，则电流表的指针将向右偏转。
②[2]螺线管A放在B中不动，穿过B的磁通量不变，不产生感应电流，电流表不发生偏转。
③[3]螺线管A放在B中不动，穿过B磁场方向向上，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，穿过B的磁通量变大，由楞次定律可得，感应电流从电流表正接线柱流入，则电流表的指针将向右偏转。
④[4]螺线管A放在B中不动，穿过B的磁场方向向上，突然切断开关S时，穿过B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从电流表的负接线柱流入，则电流表的指针将向左偏转。
（2）[5]金属块中产生如图1中虚线所示的感应电流，这样的电流称为涡流。
[6]变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成，而不是用一整块铁制成，其原因是为了增大电阻，减小涡流。
（3）[7]交变电流的有效值为I，则有
解得
四、解答题
13．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）
【答案】（1）不能，原因见解析；（2）磁铁对地面的压力大小先变大，后变小，磁铁所受的摩擦力方向水平向左。
【详解】（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极正上方时如下图，在圆环从位置a到此位置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，同理圆环从图示位置向右运动时，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到图示位置过程中，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，则地面给磁铁水平向左的静摩擦力，同理圆环从图示位置到右侧最高点的过程中，地面给磁铁还是水平向左的静摩擦力。
14．电磁阻尼指的是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这种现象，电磁阻尼现象源于电磁感应原理，电磁阻尼现象广泛应用于需要稳定摩擦力以及制动力的场合，例如电度表、电磁制动机械，甚至磁悬浮列车等，如图所示是依附建筑物架设的磁力缓降高楼安全逃生装置，具有操作简单、无需电能、逃生高度不受限制，下降速度可调、可控等优点，该装置原理可等效为：间距L=0.5m的两根竖直导轨上部连通，人和磁铁固定在一起沿导轨共同下滑，磁铁产生磁感应强度B=0.2T的匀强磁场，人和磁铁所经位置处，可等效为有一固定导体棒cd与导轨相连，整个装置总电阻始终为R，如图所示，在某次逃生试验中，质量的测试者利用该装置以v=2m/s的速度匀速下降，已知与人一起下滑部分装置的质量m=20kg，重力加速度取，且本次试验过程中恰好没有摩擦。
（1）判断导体棒cd中电流的方向；
（2）总电阻R多大？
（3）如要使一个质量的测试者利用该装置以的速度匀速下滑，其摩擦力多大？
（4）保持第（3）问中的摩擦力不变，让质量测试者从静止开始下滑，测试者的加速度将会如何变化？当其速度为时，加速度a多大？
【答案】（1）从d到c；（2）；（3）400N；（4）逐渐a减小，最终趋近于0，
【详解】（1）磁场向下运动，cd相对于磁场向上运动，由右手定则知电流从d到c
（2）对导体棒：电动势
感应电流
安培力
由左手定则可判断，导体棒cd所受安培力方向向下，根据牛顿第三定律可知磁铁受到磁场力向上，大小为
对M1和m：由平衡条件可得
（3）对M2和m：由平衡条件
可得
（4）对M2和m：根据牛顿第二定律得
所以
因为逐渐增大，最终趋近于匀速，所以逐渐a减小，最终趋近于0；
当其速度为v2=1m/s时，代入数据得
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