資源簡介

3　渦流　電磁阻尼　電磁驅動
(分值：100分）
1~7題每題7分，共49分
考點一　渦流
1.（多選）關于渦流，下列說法正確的是（　?。?br/>A.真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置
B.家用電磁爐是利用渦流使鍋體發熱的
C.阻尼擺擺動時產生的渦流總是阻礙其運動
D.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能增大渦流
2.（2023·內江市第六中學高二月考）如圖所示是一種焊接方法的原理示意圖。將圓形待焊接金屬工件放在線圈中，然后在線圈中通以某種電流，待焊接工件中會產生感應電流，感應電流在焊縫處產生大量的熱量將焊縫兩邊的金屬熔化，待焊接工件就焊接在一起了。我國生產的自行車車輪圈就是用這種辦法焊接的。下列說法中正確的是（　?。?br/>A.這種焊接方法的原理是電流的磁效應
B.線圈中通入的交流電頻率越高，焊縫處溫度升高得越快
C.線圈中的電流是很強的恒定電流
D.待焊接工件中的感應電流方向與線圈中的電流方向總是相反
3.（多選）金屬探測器是用來探測金屬的儀器，如圖所示，關于其工作原理，下列說法中正確的是（　　）
A.探測器內的探測線圈會產生變化的磁場
B.只有有磁性的金屬物才會被探測器探測到
C.探測到金屬物是因為金屬物中產生了渦流
D.探測到金屬物是因為探測器中產生了渦流
考點二　電磁阻尼和電磁制動
4.（多選）（2023·四川省瀘縣第一中學期中）在一水平通電直導線的正下方，有一半圓形光滑圓弧軌道，一導體圓環自軌道左側的A點無初速度釋放，則下列說法中正確的是（　?。?br/>A.圓環中有感應電流產生
B.圓環能滑到軌道右側與A點等高的C處
C.圓環最終停在軌道的最低點B處
D.安培力始終阻礙圓環的運動，以阻礙圓環中的磁通量變化
5.（多選）如圖為磁控健身車車輪處的結構示意圖，在金屬飛輪的外側有一些磁體（與飛輪不接觸），人用力蹬車帶動飛輪旋轉時，磁體會對飛輪產生阻礙作用，拉動旋鈕拉線可以改變磁體與飛輪間的距離。下列說法正確的有（　?。?br/>A.飛輪受到的阻力主要來源于磁體對它的安培力
B.飛輪轉速一定時，磁體越靠近飛輪，飛輪受到的阻力越小
C.磁體和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，受到的阻力越小
D.磁體和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，內部的渦流越強
考點三　電磁驅動
6.如圖所示，蹄形磁體和矩形線圈均可繞豎直軸OO'轉動。從上向下看，當蹄形磁體逆時針轉動時（　?。?br/>A.線圈將逆時針轉動，轉速與磁體相同
B.線圈將逆時針轉動，轉速比磁體小
C.線圈將逆時針轉動，轉速比磁體大
D.線圈靜止不動
7.著名的“圓盤實驗”中，將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖所示。實驗中發現，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來，但略有滯后。下列說法正確的是（　?。?br/>A.磁針的磁場使圓盤磁化，圓盤產生的磁場導致磁針轉動
B.圓盤內的渦流產生的磁場導致磁針轉動
C.在圓盤轉動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發生了變化
D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產生的磁場導致磁針轉動
8~12題每題8分，共40分
8.（2023·上海楊浦復旦附中高二期中）如圖所示，條形磁鐵固定在光滑水平桌面上。現有三個大小相同的立方體a、b、c，其中a為鐵塊，b為鉛塊，c為木塊，它們分別從P點以相同的初速度正對著磁鐵的S極滑去，設它們與S極相碰時的速度分別為va、vb和vc，則有（　?。?br/>A.va>vb>vc B.vaC.va>vc>vb D.va=vb=vc
9.（2024·咸陽市實驗中學高二月考）掃描隧道顯微鏡（STM）可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向對稱地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現擾動后，對于紫銅薄板上下及其左右振動的衰減最有效的方案是（　?。?br/>A.　　　 B.　　　C.　　　D.
10.如圖所示，扇形銅框與絕緣細桿連接繞點O在同一水平面內快速逆時針轉動，虛線把圓環分成八等份，其中虛線為勻強磁場的理想邊界，扇形銅框恰好可以與其中每一份重合。下列線框停止最快的是（　?。?br/>A.　　　　　 B.
C.　　　　　 D.
11.（多選）（2023·茂名市期末）如圖所示為某種售貨機硬幣識別系統簡圖。虛線框內存在磁場，從入口A進入的硬幣沿斜面滾落，通過磁場區域后，由測速器測出速度大小，若速度在某一合適范圍，擋板B自動開啟，硬幣就會沿斜面進入接收裝置；否則擋板C開啟，硬幣進入另一個通道拒絕接受。下列說法正確的是（　　）
A.磁場能使硬幣的速度增大得更快
B.由于磁場的作用，硬幣的機械能減小
C.硬幣進入磁場的過程會受到來自磁場的阻力
D.如果沒有磁場，則測速器示數會更大一些
12.（2023·全國乙卷）一學生小組在探究電磁感應現象時，進行了如下比較實驗。用圖（a）所示的纏繞方式，將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機玻璃管和金屬鋁管上，漆包線的兩端與電流傳感器接通。兩管皆豎直放置，將一很小的強磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內下落至管的下端。實驗中電流傳感器測得的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變化分別如圖（b）和圖（c）所示，分析可知（　?。?br/>A.圖（c）是用玻璃管獲得的圖像
B.在鋁管中下落，小磁體做勻變速運動
C.在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變
D.用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的短
（11分）
13.（多選）（2024·泉州市質量監測）如圖甲所示，一半徑為r的光滑絕緣細圓管固定在水平面上，一質量為m、電荷量為q的帶負電小球在細圓管中運動。垂直細圓管平面存在方向豎直向上的勻強磁場，其磁感應強度大小隨時間的變化規律如圖乙所示（取豎直向上為正，圖中B0、t0為已知量）。已知當磁感應強度均勻變化時，在圓管內產生電場強度大小處處相等的感生電場（電場線閉合的渦旋電場），原來靜止的小球在管內做圓周運動，小球可看作點電荷且電荷量保持不變。則下列說法正確的是（　　）
A.小球沿順時針（從上往下看）方向運動
B.管內電場強度大小為
C.小球由靜止開始運動第一周所用時間為t0
D.小球第2次回到出發點的速度大小為2r
答案精析
1.ABC　［真空冶煉爐是用渦流來熔化金屬對其進行冶煉的，爐內放入被冶煉的金屬，線圈內通入高頻交變電流，這時被冶煉的金屬中產生渦流從而產生大量的熱量使金屬熔化，故A正確；電磁爐利用高頻電流在電磁爐內部線圈中產生磁場，故B正確；當金屬擺從磁場中穿過時，金屬擺內感應出的渦流會對金屬擺的運動產生阻礙作用，故C正確；渦流要損耗能量，變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成，其目的是為了減小渦流，故D錯誤。］
2.B　［高頻焊接利用高頻交變電流產生高頻交變磁場，在焊接的金屬工件中產生渦流，根據法拉第電磁感應定律分析可知，線圈中通入交流電頻率越高，磁通量變化頻率越高，產生的感應電動勢越大，感應電流越大，焊縫處的溫度升高得越快，故A錯誤，B正確；恒定電流不能在工件中產生感應電流，故C錯誤；若磁通量減少時，焊接工件中的感應電流方向與線圈中的電流方向相同，故D錯誤。］
3.AC?。劢饘偬綔y器利用渦流探測金屬物品的原理是：線圈中交變電流產生交變的磁場，會在金屬物品中產生交變的感應電流，而金屬物品中感應電流產生的交變磁場會在線圈中產生感應電流，引起線圈中交變電流發生變化，從而被探測到，故選A、C。］
4.ACD?。鬯酵娭睂Ь€周圍有磁場，且離導線越遠磁感應強度越小，在圓環運動過程中，通過圓環的磁通量變化，故有感應電流產生，A正確；因為圓環在運動的過程中，有感應電流產生，對整個過程由能量守恒定律得，機械能轉化為電能，故不能上滑到軌道右側與A點等高的C處，B錯誤；由于圓環運動的過程中，穿過圓環的磁通量不斷變化，所以機械能不斷轉化為電能，故圓環的機械能越來越小，最終停在最低點B處，C正確；由能量守恒定律可知，安培力始終對圓環做負功，這樣便阻礙了圓環的運動及圓環中磁通量的變化，D正確。］
5.AD?。鄹鶕}意，人用力蹬車帶動飛輪旋轉時，磁體會對飛輪產生阻礙作用，飛輪受到的阻力主要來源于磁體對它的安培力，選項A正確；飛輪轉速一定時，磁體越靠近飛輪，飛輪受到安培力越大，即阻力越大，選項B錯誤；磁體和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，磁通量的變化率越大，則飛輪內部的渦流越強，產生的安培力越大，受到的阻力越大，選項C錯誤，D正確。］
6.B?。郛斕阈未朋w轉動時，線圈的磁通量發生變化，從而產生感應電流，產生安培力，故線圈一定會轉動，由楞次定律可知，線圈將與磁體同向轉動，但轉速一定小于磁體的轉速，B正確，A、C、D錯誤。］
7.B?。坫~不會被磁針磁化，磁針轉動的原因在于圓盤與磁針存在相對運動，使圓盤切割磁感線，產生了渦流，而渦流的磁場導致磁針轉動，故A錯誤，B正確；在圓盤轉動的過程中，圓盤位置和面積均未變，根據磁針周圍磁感線的分布情況可知磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量未變，故C錯誤；引起磁針轉動的電流不是因為自由電子隨圓盤轉動而形成的電流，而是圓盤切割磁感線產生的渦流，故D錯誤。］
8.C?。坭F塊在磁場中能夠被磁化，鐵塊將加速運動，鉛塊不能被磁化，但鉛塊是導體，向S極運動時，將產生渦流，根據楞次定律，原磁場對鉛塊有電磁阻尼作用，鉛塊將減速運動，木塊是絕緣體，不受磁場影響，木塊將勻速運動，可知va>vc>vb，故選C。］
9.A?。鄹袘娏鳟a生的條件是閉合回路中的磁通量發生變化。在A圖中，系統震動時，紫銅薄板隨之上下及左右振動，都會使穿過紫銅薄板的磁通量發生變化，產生感應電流，受到安培力，阻礙系統的震動；在B、D圖中，只有紫銅薄板左右振動才產生感應電流，而上下振動無電流產生；在C圖中，無論紫銅薄板上下振動還是左右振動，都不會產生感應電流。故選A。］
10.D　［當線框轉動時，如果穿過線框的磁通量發生變化，則線框中產生感應電流，線框就會受到安培力的阻礙作用，磁通量變化越快，阻礙作用越大，越快停下來。由選項A、B圖可知，線框轉動時，磁通量不變，沒有感應電流產生，無阻礙作用，不會停下來，故A、B錯誤；由選項C、D圖可知，線框轉動時，D項的磁通量變化快，阻礙作用更大，更快停下來，故C錯誤，D正確。］
11.BCD?。鄹鶕}意可知，硬幣進入磁場和離開磁場時，穿過硬幣的磁通量發生變化，硬幣中產生感應電流，硬幣受到安培力作用會阻礙硬幣的相對運動，即硬幣進入磁場的過程會受到來自磁場的阻力，若磁場阻力大于硬幣重力沿斜面的分力，硬幣將做減速運動，若磁場阻力等于硬幣重力沿斜面的分力，硬幣將勻速進入磁場，若磁場阻力小于硬幣重力沿斜面的分力，硬幣繼續加速運動，但速度增加變慢，綜上所述，A錯誤，C正確；安培力對硬幣做負功，使硬幣的機械能減小，故B正確；如果沒有磁場，對硬幣沒有阻礙作用，由動能定理可知，硬幣到達測速器位置時速度更大一些，故D正確。］
12.A　［強磁體在鋁管中運動，鋁管會形成渦流，玻璃是絕緣體，故強磁體在玻璃管中運動，玻璃管不會形成渦流。強磁體在鋁管中加速后很快達到平衡狀態，做勻速直線運動，而玻璃管中的磁體則一直做加速運動，題圖（c）的脈沖電流峰值不斷增大，說明強磁體的速度在增大，與玻璃管中磁體的運動情況相符，A正確；強磁體在鋁管中下落，脈沖電流的峰值一樣，磁通量的變化率相同，故強磁體在線圈間做勻速運動，B錯誤；強磁體在玻璃管中下落，線圈的脈沖電流峰值增大，電流不斷在變化，故強磁體受到的電磁阻力在不斷變化，C錯誤；強磁體分別從兩種管的上端由靜止釋放，在鋁管中，磁體在線圈間做勻速運動，在玻璃管中，磁體在線圈間做加速運動，故用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的長，D錯誤。］
13.BD?。塾衫愦味煽芍猩妶龅姆较蜓仨槙r針（從上往下看），小球帶負電，故小球沿逆時針（從上往下看）方向運動，A錯誤；產生的感生電場的電場強度E==，B正確；小球做加速度大小不變的加速曲線運動，小球受到的電場力方向始終與速度方向相同，當成勻加速直線運動處理，根據運動學公式2πr=×t2，解得t=，C錯誤；由動能定理可得mv2=2qE·2πr=2q·，解得v=2r，D正確。］3　渦流　電磁阻尼　電磁驅動
［學習目標］　1.理解渦流的產生原理，了解渦流在生產和生活中的應用（重點）。2.理解電磁阻尼和電磁驅動的原理，了解其在生產和生活中的應用（重難點）。
一、渦流
1.如圖所示，
在圖（a）中，當磁鐵插入銅環時，穿過銅環的　　　　發生了變化，銅環中將產生沿著銅環　　　　　　　?。ǜ┮暎┑沫h形感應電流。
在圖（b）中的銅管的橫截面是圓環，因此，銅管可以看成由許多圓環組成。繞在管外的線圈通上交流電以后，穿過每個圓環的磁通量都發生了變化，都產生了環形感應電流，這樣整個銅管內部都有環形感應電流存在。
在圖（c）中，銅柱又可以看成由許多半徑逐漸變化的銅管組成，每個銅管都能產生感應電流，因此整個圓柱都有沿著同一方向環繞的環形電流。
2.以上現象中，感應電流形成的根本原因是什么？
　　 　
　　 　
1.渦流：由于電磁感應，在大塊金屬中會形成　　　　　　，電流在金屬塊內組成　　　　　　，很像水的漩渦，因此叫作渦電流，簡稱渦流。
2.渦流現象的應用
（1）渦流的熱效應：如高頻感應爐、電磁爐等。
（2）渦流的磁效應：如金屬探測器、安檢門等。
3.渦流現象的防止
電動機、變壓器等設備中應防止鐵芯中渦流過大而導致浪費能量，損壞電器。
（1）途徑一：增大鐵芯材料的電阻率。
（2）途徑二：用相互絕緣的　　　　　　　疊合成的鐵芯代替整個硅鋼鐵芯。
在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發熱。你知道這是為什么嗎？
　　 　
　　 　
（1）渦流不是感應電流，而是一種有別于感應電流的特殊電流。（　?。?br/>（2）渦流跟平時常見的感應電流一樣，都是因為穿過導體的磁通量變化而產生的。（　?。?br/>（3）導體中有渦流時，導體沒有和其他元件組成閉合回路，故導體不會發熱。（　?。?br/>例1?。ǘ噙x）（2024·廣東省高二期末）“電磁感應鋁箔封口機”被廣泛應用在醫藥、食品、化工等生產行業的產品封口環節中，它的工作原理是：在封口機工作時，套在瓶口上的封口頭內的線圈有電流通過，致使靠近線圈（但與線圈絕緣）的鋁箔自行快速發熱，熔化復合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在被封容器的瓶口處，達到迅速封口的目的。下列有關說法正確的是（　　）
A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔
B.該封口機可用干電池作為電源以方便攜帶
C.封口過程中溫度過高，可適當減小所通電流的頻率來解決
D.該封口機適用于玻璃、塑料等多種材質的容器封口，但不適用于金屬容器
二、電磁阻尼和電磁制動
如圖所示，將兩磁體在同一高度釋放，下方放有閉合線圈的磁體很快停止振動，而下方不放閉合線圈的磁體能振動較長時間，如何解釋這個現象？
　　 　
　　 　
1.電磁阻尼
當閉合電路中的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，導體中會產生　　　　　　，感應電流使導體受到安培力，安培力總是　　　　導體的運動，這種現象叫作電磁阻尼。
2.電磁制動
電磁制動，與電磁阻尼本質上是相同的，即在要進行制動時，電動機與電源斷開，并把電動機的線圈與制動電路連接成　　　　　　　　，列車前進時帶動電動機線圈轉動，而產生感應電流，磁場對它的安培力起著　　　　的作用，列車前進的動能轉化為　　　　，不但減少了機械磨損，而且還可以用這部分能量給蓄電池充電。
某同學搬運如圖所示的磁電式電流表時，發現表針晃動劇烈且不易停止。按照老師建議，該同學在兩接線柱間接一根導線后再次搬運，發現表針晃動明顯減弱且能很快停止。你能解釋其中的原因嗎？
　　 　
　　 　
例2?。ǘ噙x）如圖所示，是電表中的指針和電磁阻尼器，下列說法中正確的是（　?。?br/>A.2是磁體，在1中產生渦流
B.1是磁體，在2中產生渦流
C.該裝置的作用是使指針能夠轉動
D.該裝置的作用是使指針能很快穩定下來
例3　（2023·德陽市高二期末）汽車使用的電磁制動原理示意圖如圖所示，當導體在固定通電線圈產生的磁場中運動時，會產生渦流，使導體受到阻礙運動的制動力。下列說法正確的是（　?。?br/>A.制動過程中，導體不會發熱
B.制動力的大小與導體運動的速度無關
C.改變線圈中的電流方向，導體就可獲得動力
D.制動過程中導體獲得的制動力逐漸減小
三、電磁驅動
如圖所示，當順時針或逆時針轉動蹄形磁鐵時線圈怎樣轉動？使線圈轉動起來的動力是什么？
　　 　
　　 　
電磁驅動
（1）概念：感應電流受到安培力使物體　　　　的現象。
（2）應用：感應電動機等。
例4?。?024·揚州市新華中學高二月考）如圖，一個鋁框放在蹄形磁鐵的兩個磁極之間。鋁框可以繞支點自由轉動，先使鋁框和磁鐵靜止，轉動磁鐵，觀察鋁框的運動，可以觀察到（　　）
A.鋁框與磁鐵轉動方向相反
B.鋁框始終與磁鐵轉動的一樣快
C.鋁框是因為受到安培力而轉動的
D.當磁鐵停止轉動后，如果沒有空氣阻力和摩擦阻力，鋁框將保持勻速轉動
電磁阻尼 電磁驅動
不 同 點 成因 由導體在磁場中運動形成的 由磁場運動而形成的
效果 安培力方向與導體運動方向相反，為阻力 安培力方向與導體運動方向相同，為動力
能量 轉化 克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，最終轉化為內能 磁場能轉化為電能，通過安培力做功，電能轉化為導體的機械能
共同點 兩者都是電磁感應現象，導體受到的安培力都是阻礙導體與磁場間的相對運動
答案精析
一、
1.磁通量　逆時針方向
2.感應電流的形成是因為環中有感應電場，導體中的自由電荷在感應電場作用下做定向運動產生感應電流。若將金屬環等去掉，空間仍有變化的磁場，變化的磁場仍會產生感應電場，只是空間沒有導體，無法形成感應電流。
梳理與總結
1.感應電流　閉合回路　
3.（2）薄硅鋼片　
討論交流
電磁爐的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上變化極快的電流時，在線圈周圍產生迅速變化的磁場，變化的磁場使鍋底產生渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量。
易錯辨析
（1）×　（2）√?。?）×
例1　CD?。塾捎诜饪跈C利用了電磁感應原理，故封口材料必須是金屬類材料，而且電源必須是交流電源，A、B錯誤；減小內置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產生的熱量，可解決溫度過高的問題，C正確；封口材料應是金屬類材料，但對應被封口的容器不能是金屬，否則同樣會被加熱，只能是玻璃、塑料等材質，D正確。］
二、
圖中下方放有閉合線圈的磁體振動時除了受空氣阻力外，還受到線圈的感應電流產生的磁場的安培力充當阻力，所以很快停下來。
梳理與總結
1.感應電流　阻礙　
2.閉合回路　制動　電能
討論交流
電流表正負接線柱短接后與線圈組成閉合電路，由于指針和線圈是固定在一起的，所以指針擺動時會帶動線圈在磁場中做切割磁感線運動，在線圈中產生感應電流，而感應電流會使線圈受到安培力從而阻礙線圈轉動，從而有效減輕了指針的擺動。
例2　AD?。郛旊姳淼闹羔様[動時，金屬框1在蹄形磁體2中同時轉動，金屬框中的磁通量發生變化，則產生感應電流——即渦流，金屬框在磁場中所受的安培力阻礙其間的相對運動，使指針很快穩定下來，故A、D正確。］
例3　D?。塾捎趯w中產生了渦流，根據Q=I2Rt可知，制動過程中，導體會發熱，A錯誤；導體運動速度越大，穿過導體中回路的磁通量的變化率越大，產生的渦流越大，則所受安培力，即制動力越大，即制動力的大小與導體運動的速度有關，B錯誤；根據楞次定律，可知，原磁場對渦流的安培力總是要阻礙導體的相對運動，即改變線圈中的電流方向，導體受到的安培力仍然為阻力，C錯誤；制動過程中，導體的速度逐漸減小，穿過導體中回路的磁通量的變化率變小，產生的渦流變小，則所受安培力，即制動力變小，D正確。］
三、
當蹄形磁鐵順時針轉動時，線圈也順時針轉動；當蹄形磁鐵逆時針轉動時，線圈也逆時針轉動。線圈內產生感應電流，線圈受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉動起來。
梳理與總結
（1）運動
例4　C　［根據楞次定律的推論“來拒去留”可知，轉動磁鐵時，鋁框會跟著轉動，且轉動方向與磁鐵轉動方向一致，故A錯誤；鋁框轉動的本質是磁鐵轉動過程中，導致穿過鋁框的磁通量發生了變化，所以在鋁框中產生了感應電流，受到磁鐵周圍的磁場對它的安培力作用轉動了起來，又因為感應電流的磁場只是阻礙磁通量的變化，并不是阻止，所以鋁框轉動的速度要比磁鐵轉動速度慢，故B錯誤，C正確；當磁鐵停止轉動后，鋁框由于慣性會繼續轉動，鋁框轉動過程中仍然能產生感應電流，這時感應電流受到的安培力阻礙鋁框轉動，所以鋁框會減速直至停止運動，故D錯誤。］(共60張PPT)
3　渦流　電磁阻尼　
電磁驅動
DIERZHANG
第二章
1.理解渦流的產生原理，了解渦流在生產和生活中的應用(重點)。
2.理解電磁阻尼和電磁驅動的原理，了解其在生產和生活中的應用(重難點)。
學習目標
一、渦流
二、電磁阻尼和電磁制動
內容索引
課時對點練
三、電磁驅動
渦流
一
1.如圖所示，在圖(a)中，當磁鐵插入銅環時，穿過銅環的 發生了變化，銅環中將產生沿著銅環 (俯視)的環形感應電流。
在圖(b)中的銅管的橫截面是圓環，因此，銅管可以看成由許多圓環組成。繞在管外的線圈通上交流電以后，穿過每個圓環的磁通量都發生了變化，都產生了環形感應電流，這樣整個銅管內部都有環形感應電流存在。
在圖(c)中，銅柱又可以看成由許多半徑逐漸變化的銅管組成，每個銅管都能產生感應電流，因此整個圓柱都有沿著同一方向環繞的環形電流。
磁通量
逆時針方向
2.以上現象中，感應電流形成的根本原因是什么？
答案　感應電流的形成是因為環中有感應電場，導體中的自由電荷在感應電場作用下做定向運動產生感應電流。若將金屬環等去掉，空間仍有變化的磁場，變化的磁場仍會產生感應電場，只是空間沒有導體，無法形成感應電流。
1.渦流：由于電磁感應，在大塊金屬中會形成 ，電流在金屬塊內組成 ，很像水的漩渦，因此叫作渦電流，簡稱渦流。
2.渦流現象的應用
(1)渦流的熱效應：如高頻感應爐、電磁爐等。
(2)渦流的磁效應：如金屬探測器、安檢門等。
梳理與總結
感應電流
閉合回路
3.渦流現象的防止
電動機、變壓器等設備中應防止鐵芯中渦流過大而導致浪費能量，損壞電器。
(1)途徑一：增大鐵芯材料的電阻率。
(2)途徑二：用相互絕緣的 疊合成的鐵芯代替整個硅鋼鐵芯。
薄硅鋼片
討論交流
在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發熱。你知道這是為什么嗎？
答案　電磁爐的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上變化極快的電流時，在線圈周圍產生迅速變化的磁場，變化的磁場使鍋底產生渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量。
(1)渦流不是感應電流，而是一種有別于感應電流的特殊電流。
(　　)
(2)渦流跟平時常見的感應電流一樣，都是因為穿過導體的磁通量變化而產生的。(　　)
(3)導體中有渦流時，導體沒有和其他元件組成閉合回路，故導體不會發熱。(　　)
×
√
×
　(多選)(2024·廣東省高二期末)“電磁感應鋁箔封口機”被廣泛應用在醫藥、食品、化工等生產行業的產品封口環節中，它的工作原理是：在封口機工作時，套在瓶口上的封口頭內的線圈有電流通過，致使靠近線圈(但與線圈絕緣)的鋁箔自行快速發熱，熔化復合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在被封容器的瓶口處，達到迅速封口的目的。下列有關說法正確的是
A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔
B.該封口機可用干電池作為電源以方便攜帶
C.封口過程中溫度過高，可適當減小所通電流的頻率來解決
D.該封口機適用于玻璃、塑料等多種材質的容器封口，但不適用于金屬容器
例1
√
√
由于封口機利用了電磁感應原理，故封口材料必須是金屬類材料，而且電源必須是交流電源，A、B錯誤；
減小內置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產生的熱量，可解決溫度過高的問題，C正確；
封口材料應是金屬類材料，但對應被封口的容器不能是金屬，否則同樣會被加熱，只能是玻璃、塑料等材質，D正確。
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電磁阻尼和電磁制動
二
如圖所示，將兩磁體在同一高度釋放，下方放有閉合線圈的磁體很快停止振動，而下方不放閉合線圈的磁體能振動較長時間，如何解釋這個現象？
答案　圖中下方放有閉合線圈的磁體振動時除了受空氣阻力外，還受到線圈的感應電流產生的磁場的安培力充當阻力，所以很快停下來。
1.電磁阻尼
當閉合電路中的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，導體中會產生 ，感應電流使導體受到安培力，安培力總是 導體的運動，這種現象叫作電磁阻尼。
2.電磁制動
電磁制動，與電磁阻尼本質上是相同的，即在要進行制動時，電動機與電源斷開，并把電動機的線圈與制動電路連接成 ，列車前進時帶動電動機線圈轉動，而產生感應電流，磁場對它的安培力起著______
的作用，列車前進的動能轉化為 ，不但減少了機械磨損，而且還可以用這部分能量給蓄電池充電。
梳理與總結
感應電流
阻礙
閉合回路
制動
電能
某同學搬運如圖所示的磁電式電流表時，發現表針晃動劇烈且不易停止。按照老師建議，該同學在兩接線柱間接一根導線后再次搬運，發現表針晃動明顯減弱且能很快停止。你能解釋其中的原因嗎？
討論交流
答案　電流表正負接線柱短接后與線圈組成閉合電路，由于指針和線圈是固定在一起的，所以指針擺動時會帶動線圈在磁場中做切割磁感線運動，在線圈中產生感應電流，而感應電流會使線圈受到安培力從而阻礙線圈轉動，從而有效減輕了指針的擺動。
　(多選)如圖所示，是電表中的指針和電磁阻尼器，下列說法中正確的是
A.2是磁體，在1中產生渦流
B.1是磁體，在2中產生渦流
C.該裝置的作用是使指針能夠轉動
D.該裝置的作用是使指針能很快穩定下來
例2
√
√
當電表的指針擺動時，金屬框1在蹄形磁體2中同時轉動，金屬框中的磁通量發生變化，則產生感應電流——即渦流，金屬框在磁場中所受的安培力阻礙其間的相對運動，使指針很快穩定下來，故A、D正確。
　(2023·德陽市高二期末)汽車使用的電磁制動原理示意圖如圖所示，當導體在固定通電線圈產生的磁場中運動時，會產生渦流，使導體受到阻礙運動的制動力。下列說法正確的是
A.制動過程中，導體不會發熱
B.制動力的大小與導體運動的速度無關
C.改變線圈中的電流方向，導體就可獲得動力
D.制動過程中導體獲得的制動力逐漸減小
例3
√
由于導體中產生了渦流，根據Q=I2Rt可知，制動過程
中，導體會發熱，A錯誤；
導體運動速度越大，穿過導體中回路的磁通量的變化
率越大，產生的渦流越大，則所受安培力，即制動力
越大，即制動力的大小與導體運動的速度有關，B錯誤；
根據楞次定律，可知，原磁場對渦流的安培力總是要阻礙導體的相對運動，即改變線圈中的電流方向，導體受到的安培力仍然為阻力，C錯誤；
制動過程中，導體的速度逐漸減小，穿過導體中回路的磁通量的變化率變小，產生的渦流變小，則所受安培力，即制動力變小，D正確。
返回
電磁驅動
三
如圖所示，當順時針或逆時針轉動蹄形磁鐵時線圈怎樣轉動？使線圈轉動起來的動力是什么？
答案　當蹄形磁鐵順時針轉動時，線圈也順時針轉動；當蹄形磁鐵逆時針轉動時，線圈也逆時針轉動。線圈內產生感應電流，線圈受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉動起來。
電磁驅動
(1)概念：感應電流受到安培力使物體 的現象。
(2)應用：感應電動機等。
梳理與總結
運動
　(2024·揚州市新華中學高二月考)如圖，一個鋁框放在蹄形磁鐵的兩個磁極之間。鋁框可以繞支點自由轉動，先使鋁框和磁鐵靜止，轉動磁鐵，觀察鋁框的運動，可以觀察到
A.鋁框與磁鐵轉動方向相反
B.鋁框始終與磁鐵轉動的一樣快
C.鋁框是因為受到安培力而轉動的
D.當磁鐵停止轉動后，如果沒有空氣阻力和摩擦阻力，
鋁框將保持勻速轉動
例4
√
根據楞次定律的推論“來拒去留”可知，轉動磁鐵
時，鋁框會跟著轉動，且轉動方向與磁鐵轉動方向
一致，故A錯誤；
鋁框轉動的本質是磁鐵轉動過程中，導致穿過鋁框
的磁通量發生了變化，所以在鋁框中產生了感應電
流，受到磁鐵周圍的磁場對它的安培力作用轉動了起來，又因為感應電流的磁場只是阻礙磁通量的變化，并不是阻止，所以鋁框轉動的速度要比磁鐵轉動速度慢，故B錯誤，C正確；
當磁鐵停止轉動后，鋁框由于慣性會繼續轉動，鋁框轉動過程中仍然能產生感應電流，這時感應電流受到的安培力阻礙鋁框轉動，所以鋁框會減速直至停止運動，故D錯誤。
總結提升
返回
電磁阻尼 電磁驅動
不 同 點 成因 由導體在磁場中運動形成的 由磁場運動而形成的
效果 安培力方向與導體運動方向相反，為阻力 安培力方向與導體運動方向相同，為動力
能量 轉化 克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，最終轉化為內能 磁場能轉化為電能，通過安培力做功，電能轉化為導體的機械能
共同點 兩者都是電磁感應現象，導體受到的安培力都是阻礙導體與磁場間的相對運動
四
課時對點練
考點一　渦流
1.(多選)關于渦流，下列說法正確的是
A.真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置
B.家用電磁爐是利用渦流使鍋體發熱的
C.阻尼擺擺動時產生的渦流總是阻礙其運動
D.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能增大渦流
基礎對點練
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√
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真空冶煉爐是用渦流來熔化金屬對其進行冶煉的，爐內放入被冶煉的金屬，線圈內通入高頻交變電流，這時被冶煉的金屬中產生渦流從而產生大量的熱量使金屬熔化，故A正確；
電磁爐利用高頻電流在電磁爐內部線圈中產生磁場，故B正確；
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當金屬擺從磁場中穿過時，金屬擺內感應出的渦流會對金屬擺的運動產生阻礙作用，故C正確；
渦流要損耗能量，變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成，其目的是為了減小渦流，故D錯誤。
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2.(2023·內江市第六中學高二月考)如圖所示是一種焊接方法的原理示意圖。將圓形待焊接金屬工件放在線圈中，然后在線圈中通以某種電流，待焊接工件中會產生感應電流，感應電流在焊縫處產生大量的熱量將焊縫兩邊的金屬熔化，待焊接工件就焊接在一起了。我國生產的自行車車輪圈就是用這種辦法焊接的。下列說法中正確的是
A.這種焊接方法的原理是電流的磁效應
B.線圈中通入的交流電頻率越高，焊縫處溫度升高得越快
C.線圈中的電流是很強的恒定電流
D.待焊接工件中的感應電流方向與線圈中的電流方向總是相反
√
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高頻焊接利用高頻交變電流產生高頻交變磁場，
在焊接的金屬工件中產生渦流，根據法拉第電磁
感應定律分析可知，線圈中通入交流電頻率越高，
磁通量變化頻率越高，產生的感應電動勢越大，感
應電流越大，焊縫處的溫度升高得越快，故A錯誤，B正確；
恒定電流不能在工件中產生感應電流，故C錯誤；
若磁通量減少時，焊接工件中的感應電流方向與線圈中的電流方向相同，故D錯誤。
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3.(多選)金屬探測器是用來探測金屬的儀器，如圖所示，關于其工作原理，下列說法中正確的是
A.探測器內的探測線圈會產生變化的磁場
B.只有有磁性的金屬物才會被探測器探測到
C.探測到金屬物是因為金屬物中產生了渦流
D.探測到金屬物是因為探測器中產生了渦流
√
√
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金屬探測器利用渦流探測金屬物品的原理是：線圈
中交變電流產生交變的磁場，會在金屬物品中產生
交變的感應電流，而金屬物品中感應電流產生的交
變磁場會在線圈中產生感應電流，引起線圈中交變電流發生變化，從而被探測到，故選A、C。
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考點二　電磁阻尼和電磁制動
4.(多選)(2023·四川省瀘縣第一中學期中)在一水平通電直導線的正下方，有一半圓形光滑圓弧軌道，一導體圓環自軌道左側的A點無初速度釋放，則下列說法中正確的是
A.圓環中有感應電流產生
B.圓環能滑到軌道右側與A點等高的C處
C.圓環最終停在軌道的最低點B處
D.安培力始終阻礙圓環的運動，以阻礙圓環中的磁通量變化
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√
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水平通電直導線周圍有磁場，且離導線越遠磁感應
強度越小，在圓環運動過程中，通過圓環的磁通量
變化，故有感應電流產生，A正確；
因為圓環在運動的過程中，有感應電流產生，對整個過程由能量守恒定律得，機械能轉化為電能，故不能上滑到軌道右側與A點等高的C處，B錯誤；
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由于圓環運動的過程中，穿過圓環的磁通量不斷變
化，所以機械能不斷轉化為電能，故圓環的機械能
越來越小，最終停在最低點B處，C正確；
由能量守恒定律可知，安培力始終對圓環做負功，這樣便阻礙了圓環的運動及圓環中磁通量的變化，D正確。
5.(多選)如圖為磁控健身車車輪處的結構示意圖，在金屬飛輪的外側有一些磁體(與飛輪不接觸)，人用力蹬車帶動飛輪旋轉時，磁體會對飛輪產生阻礙作用，拉動旋鈕拉線可以改變磁體與飛輪間的距離。下列說法正確的有
A.飛輪受到的阻力主要來源于磁體對它的安培力
B.飛輪轉速一定時，磁體越靠近飛輪，飛輪受到
的阻力越小
C.磁體和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，受到的阻力越小
D.磁體和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，內部的渦流越強
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根據題意，人用力蹬車帶動飛輪旋轉時，磁體會對
飛輪產生阻礙作用，飛輪受到的阻力主要來源于磁
體對它的安培力，選項A正確；
飛輪轉速一定時，磁體越靠近飛輪，飛輪受到安培
力越大，即阻力越大，選項B錯誤；
磁體和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，磁通量的變化率越大，則飛輪內部的渦流越強，產生的安培力越大，受到的阻力越大，選項C錯誤，D正確。
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考點三　電磁驅動
6.如圖所示，蹄形磁體和矩形線圈均可繞豎直軸OO'轉動。從上向下看，當蹄形磁體逆時針轉動時
A.線圈將逆時針轉動，轉速與磁體相同
B.線圈將逆時針轉動，轉速比磁體小
C.線圈將逆時針轉動，轉速比磁體大
D.線圈靜止不動
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當蹄形磁體轉動時，線圈的磁通量發生變化，從而產生感應電流，產生安培力，故線圈一定會轉動，由楞次定律可知，線圈將與磁體同向轉動，但轉速一定小于磁體的轉速，B正確，A、C、D錯誤。
7.著名的“圓盤實驗”中，將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖所示。實驗中發現，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來，但略有滯后。下列說法正確的是
A.磁針的磁場使圓盤磁化，圓盤產生的磁場導致磁針轉動
B.圓盤內的渦流產生的磁場導致磁針轉動
C.在圓盤轉動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通
量發生了變化
D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產生的磁場導致磁針
轉動
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銅不會被磁針磁化，磁針轉動的原因在于圓盤與磁
針存在相對運動，使圓盤切割磁感線，產生了渦流，
而渦流的磁場導致磁針轉動，故A錯誤，B正確；
在圓盤轉動的過程中，圓盤位置和面積均未變，根
據磁針周圍磁感線的分布情況可知磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量未變，故C錯誤；
引起磁針轉動的電流不是因為自由電子隨圓盤轉動而形成的電流，而是圓盤切割磁感線產生的渦流，故D錯誤。
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8.(2023·上海楊浦復旦附中高二期中)如圖所示，條形磁鐵固定在光滑水平桌面上?，F有三個大小相同的立方體a、b、c，其中a為鐵塊，b為鉛塊，c為木塊，它們分別從P點以相同的初速度正對著磁鐵的S極滑去，設它們與S極相碰時的速度分別為va、vb和vc，則有
A.va>vb>vc B.vaC.va>vc>vb D.va=vb=vc
√
能力綜合練
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鐵塊在磁場中能夠被磁化，鐵塊將加速運動，
鉛塊不能被磁化，但鉛塊是導體，向S極運動
時，將產生渦流，根據楞次定律，原磁場對鉛塊有電磁阻尼作用，鉛塊將減速運動，木塊是絕緣體，不受磁場影響，木塊將勻速運動，可知va>vc>vb，故選C。
9.(2024·咸陽市實驗中學高二月考)掃描隧道顯微鏡
(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為
了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊
沿其徑向對稱地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現擾動后，對于紫銅薄板上下及其左右振動的衰減最有效的方案是
√
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感應電流產生的條件是閉合回路中的磁通量發生變化。
在A圖中，系統震動時，紫銅薄板隨之上下及左右振動，都會使穿過紫銅薄板的磁通量發生變化，產生感應電流，受到安培力，阻礙系統的震動；
在B、D圖中，只有紫銅薄板左右振動才產生感應電流，而上下振動無電流產生；
在C圖中，無論紫銅薄板上下振動還是左右振動，都不會產生感應電流。故選A。
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10.如圖所示，扇形銅框與絕緣細桿連接繞點O在同一水平面內快速逆時針轉動，虛線把圓環分成八等份，其中虛線為勻強磁場的理想邊界，扇形銅框恰好可以與其中每一份重合。下列線框停止最快的是
√
當線框轉動時，如果穿過線框的磁通量發生變
化，則線框中產生感應電流，線框就會受到安
培力的阻礙作用，磁通量變化越快，阻礙作用
越大，越快停下來。由選項A、B圖可知，線
框轉動時，磁通量不變，沒有感應電流產生，
無阻礙作用，不會停下來，故A、B錯誤；
由選項C、D圖可知，線框轉動時，D項的磁通量
變化快，阻礙作用更大，更快停下來，故C錯誤，D正確。
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11.(多選)(2023·茂名市期末)如圖所示為某種售貨機硬幣識別系統簡圖。虛線框內存在磁場，從入口A進入的硬幣沿斜面滾落，通過磁場區域后，由測速器測出速度大小，若速度在某一合適范圍，擋板B自動開啟，硬幣就會沿斜面進入接收裝置；否則擋板C開啟，硬幣進入另一個通道拒絕接受。下列說法正確的是
A.磁場能使硬幣的速度增大得更快
B.由于磁場的作用，硬幣的機械能減小
C.硬幣進入磁場的過程會受到來自磁場的阻力
D.如果沒有磁場，則測速器示數會更大一些
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根據題意可知，硬幣進入磁場和離開磁場
時，穿過硬幣的磁通量發生變化，硬幣中
產生感應電流，硬幣受到安培力作用會阻
礙硬幣的相對運動，即硬幣進入磁場的過
程會受到來自磁場的阻力，若磁場阻力大于硬幣重力沿斜面的分力，硬幣將做減速運動，若磁場阻力等于硬幣重力沿斜面的分力，硬幣將勻速進入磁場，若磁場阻力小于硬幣重力沿斜面的分力，硬幣繼續加速運動，但速度增加變慢，綜上所述，A錯誤，C正確；
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安培力對硬幣做負功，使硬幣的機械能減小，故B正確；
如果沒有磁場，對硬幣沒有阻礙作用，由動能定理可知，硬幣到達測速器位置時速度更大一些，故D正確。
12.(2023·全國乙卷)一學生小組在探究電磁感應現象時，
進行了如下比較實驗。用圖(a)所示的纏繞方式，將漆包
線分別繞在幾何尺寸相同的有機玻璃管和金屬鋁管上，
漆包線的兩端與電流傳感器接通。兩管皆豎直放置，將
一很小的強磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內下
落至管的下端。實驗中電流傳感器測得
的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變
化分別如圖(b)和圖(c)所示，分析可知
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13
A.圖(c)是用玻璃管獲得的圖像
B.在鋁管中下落，小磁體做勻變速運動
C.在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變
D.用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時
的短
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強磁體在鋁管中運動，鋁管會形成渦流，玻璃是絕緣體，故
強磁體在玻璃管中運動，玻璃管不會形成渦流。強磁體在鋁
管中加速后很快達到平衡狀態，做勻速直線運動，而玻璃管
中的磁體則一直做加速運動，題圖(c)的脈沖電流峰值不斷增
大，說明強磁體的速度在增大，與玻璃管中磁體的運動情況
相符，A正確；
強磁體在鋁管中下落，脈沖電流的峰值一
樣，磁通量的變化率相同，故強磁體在線
圈間做勻速運動，B錯誤；
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強磁體在玻璃管中下落，線圈的脈沖電流峰值增大，電
流不斷在變化，故強磁體受到的電磁阻力在不斷變化，
C錯誤；
強磁體分別從兩種管的上端由靜止釋放，在鋁管中，磁
體在線圈間做勻速運動，在玻璃管中，磁體在線圈間做
加速運動，故用鋁管時測得的電流第
一個峰到最后一個峰的時間間隔比用
玻璃管時的長，D錯誤。
13.(多選)(2024·泉州市質量監測)如圖甲所示，一半
徑為r的光滑絕緣細圓管固定在水平面上，一質量為
m、電荷量為q的帶負電小球在細圓管中運動。垂直
細圓管平面存在方向豎直向上的勻強磁場，其磁感
應強度大小隨時間的變化規律如圖乙所示(取豎直向上為正，圖中B0、t0為已知量)。已知當磁感應強度均勻變化時，在圓管內產生電場強度大小處處相等的感生電場(電場線閉合的渦旋電場)，原來靜止的小球在管內做圓周運動，小球可看作點電荷且電荷量保持不變。
1
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尖子生選練
則下列說法正確的是
A.小球沿順時針(從上往下看)方向運動
B.管內電場強度大小為
C.小球由靜止開始運動第一周所用時間為t0
D.小球第2次回到出發點的速度大小為2r
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√
√
由楞次定律可知感生電場的方向沿順時針
(從上往下看)，小球帶負電，故小球沿逆時
針(從上往下看)方向運動，A錯誤；
產生的感生電場的電場強度E==，B正確；
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小球做加速度大小不變的加速曲線運動，
小球受到的電場力方向始終與速度方向
相同，當成勻加速直線運動處理，根據
運動學公式2πr=×t2，解得t=，C錯誤；
由動能定理可得mv2=2qE·2πr=2q·，解得v=2r，D正確。
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