資源簡介

第二章　3.
基礎達標練
1．(2024·云南高二期末)如圖所示，這是機場、車站等場所的安檢人員用手持金屬探測器檢查乘客的情形，其基本原理是當探測線圈靠近金屬物體時，會在金屬物體中感應出電流。下列科技實例的工作原理，與金屬探測器的工作原理不同的是( 　 )
答案：C
解析：用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外繞有線圈，線圈中通有高頻電流，產生的變化磁場使爐內的金屬中產生渦流，從而使金屬的溫度升高來冶煉高質量的合金，A不符合題意；交流感應電動機是利用通電導線在磁場中受到安培力作用，屬于電磁驅動原理工作的，B不符合題意；回旋加速器的原理是利用帶電粒子在交變電場中加速，在磁場中偏轉的原理制成的，沒利用電磁感應，C符合題意；感應加速器是利用感生電場對電子加速的設備，D不符合題意。
2．(2023·西安高新一中高二期末)1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”。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。下列說法不正確的是( 　 )
A．圓盤上產生了感應電動勢
B．圓盤內的渦電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不變
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
答案：D
解析：圓盤運動過程中，半徑方向的金屬條在切割磁感線，在圓心和邊緣之間產生了感應電動勢，A正確，不符合題意；圓盤在徑向的輻條切割磁感線過程中，內部距離圓心遠近不同的點電勢不等而形成渦流，渦電流產生的磁場導致磁針轉動，B正確，不符合題意；圓盤轉動過程中，圓盤位置，圓盤面積和磁場都沒有發生變化，所以沒有磁通量的變化，C正確，不符合題意；當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，引起渦流，渦流的磁場對磁針有力的作用，導致電磁驅動，D錯誤，符合題意。故選D。
3．(多選)(2023·湖北模擬預測)小明模仿科技小視頻制作電磁“小車”：用銅制裸導線繞制成長螺線管當作軌道，固定在水平桌面上；將兩個磁性很強的磁鐵固連在一節新干電池的兩極上，制成“小車”，磁極與電極如圖所示。把“小車”從右側入口完全推入螺線管、“小車”并沒有像視頻那樣向前運動。為了使“小車”運動，以下方法可行的是( 　 )
A．僅將“小車”掉頭從右側入口完全推入螺線管，“小車”可能會向前運動
B．僅將“小車”兩端磁鐵都反向與電池固連后從右側入口完全推入，“小車”可能會向前運動
C．僅將左端磁鐵反向與電池固連后從右側入口完全推入，“小車”可能會運動
D．僅將“小車”放入包有絕緣層的鋁制長螺線管中，“小車”可能會運動
答案：AB
解析：兩磁極間的磁感線如圖甲所示：
干電池與磁體及中間部分線圈組成了閉合回路，在兩磁極間的線圈中產生電流，左端磁極的左側線圈和右端磁極的右側線圈中沒有電流。其中線圈中電流方向的右視圖如圖乙所示
由左手定則可知中間線圈所受的安培力向左，根據牛頓第三定律有小車受向右的作用力，則把“小車”從右側入口完全推入螺線管肯定不會向左運動，而若將“小車”從左側入口完全推入，“小車”可能會向前運動，或將“小車”掉頭從右側入口完全推入螺線管，“小車”可能會向前運動。若將左端磁鐵反向與電源粘連，則磁感線不會向外發散兩部分受到方向相反的力，合力為零，不能加速運動，將“小車”放入包有絕緣層的鋁制長螺線管中，在螺線管中不會產生閉合電流，則“小車”不會受到力的作用，則不可能會運動。故A、B正確，C、D錯誤。
4.(多選)物理課上老師做了這樣一個實驗，將一平整且厚度均勻的銅板固定在絕緣支架上，將一質量為m的永磁體放置在銅板的上端，t＝0時刻給永磁體一沿斜面向下的瞬時沖量，永磁體將沿斜面向下運動，如圖所示。若永磁體下滑過程中所受的摩擦力f大小不變，且f答案：ACD
解析：永磁體下滑時，由于渦流的產生會有阻尼作用，且隨速度的增大而增大，由動能定理可得Ek＝(mgsin θ－f－f阻尼)，結合圖像易知，圖線的斜率表示k＝，隨下滑高度的增加，斜率變小，故A正確，B錯誤；永磁體下滑過程中機械能為E＝E0－(f＋f阻尼)，結合圖像易知，圖線的斜率表示k＝－，隨下滑高度的增加，斜率變大，故C正確；若開始下落時永磁體滿足mgsin θ－f－f阻尼＝0，將勻速下滑，機械能表示為E＝E0－mgh，故D正確。
5．(多選)(2024·山東高二期中)如圖甲所示，把一個閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極間，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞OO′軸轉動，不計摩擦；如圖乙所示，閉合金屬環從曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側上升，設環的初速度為零，不計摩擦，整個曲面處在垂直紙面的磁場中(圖中未畫出)，下列說法正確的是( 　 )
A．圖甲中當逆時針轉動蹄形磁鐵時，磁鐵的磁極未知，故線圈轉動方向未知
B．圖甲中當蹄形磁鐵不動時，轉動閉合線圈，不計摩擦，線圈將減速轉動
C．圖乙中若磁場為非勻強磁場，因圓環面積不變，可知圓環磁通量不變，故圓環機械能守恒，滾上的高度仍為h
D．圖乙中若磁場為非勻強磁場，圓環滾下過程中，圓環內有感應電流
答案：BD
解析：當逆時針轉動蹄形磁鐵時，根據楞次定律可知，為阻礙磁通量變化，則線圈與磁鐵轉動方向相同，但快慢不一，A錯誤；當蹄形磁鐵不動時，轉動閉合線圈，切割磁感線，產生感應電流，根據楞次定律可知，安培力阻礙線圈的轉動，則線圈做減速轉動，B正確；若是非勻強磁場，閉合小環滾動過程中，磁通量變化，由于電磁感應產生感應電流，機械能減小轉化為內能，高度減小，D正確，C錯誤。
6.(多選)(2024·新疆昌吉高二期末)如圖所示，一個閉合線圈靜止于磁場中，由于磁場強弱的變化，而使線圈中產生了感應電動勢，下列說法中正確的是( 　 )
A．使電荷定向移動形成電流的力是磁場力
B．磁場變化時，會在空間激發一個電場
C．從上往下看，當磁場增強時，線圈中有逆時針方向的感應電流
D．使電荷定向移動形成電流的力是電場力
答案：BD
解析：麥克斯韋的電磁場理論：變化的電場周圍產生磁場，變化的磁場周圍產生電場；所以磁場變化時，會在空間激發一個電場，因線圈處于激發的電場中，電場力使電荷定向移動，從而產生了感生電流，A錯誤，B、D正確；根據楞次定律，假如磁場變強，則感應電流的磁場的方向向下，可知在俯視時感應電流方向為順時針，C錯誤。
7．(多選)(2024·廣東佛山高二開學考試)科學家設計了一種電磁阻尼緩沖裝置用于月球探測器在月面實現軟著陸，其原理如圖所示。該裝置的主要部件有兩部分：①由高強絕緣材料制成的緩沖滑塊K，其邊緣繞有閉合的矩形線圈abcd；②包括絕緣光滑緩沖軌道等部件的探測器主體。探測器主體能產生方向垂直于整個緩沖軌道平面的勻強磁場。當緩沖滑塊接觸地面時，滑塊立即停止運動，探測器主體繼續下降，磁場下移，致使探測器主體減速緩沖，則在緩沖過程中( 　 )
A．磁場對線圈ab段的作用力向上
B．線圈ab段中電流方向由b到a
C．探測器主體的機械能減少量等于線圈中產生的焦耳熱
D．探測器主體的重力勢能減少量等于線圈中產生的焦耳熱
答案：BC
解析：磁場下移過程，存在緩沖阻力，則磁場對線圈ab段的作用力向下，故A錯誤；根據右手定則，線圈ab段中電流方向由b到a，故B正確；電磁感應過程中，由能量守恒，探測器主體的機械能減少量等于線圈中產生的焦耳熱，故C正確；探測器主體的動能減小，則探測器主體的重力勢能減少量小于線圈中產生的焦耳熱，故D錯誤。
8．(2023·黑龍江實驗中學高二期末)“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，如圖所示為一手持式封口機，它的工作原理是：當接通電源時，內置線圈產生磁場，當磁感線穿過封口鋁箔材料時，瞬間產生大量小渦流，致使鋁箔自行快速發熱，熔化復合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在承封容器的封口處，達到迅速封口的目的。下列有關說法正確的是( 　 )
A．該封口機利用了電磁感應現象，可以用交流電源供電
B．該封口機可用干電池作為電源以方便攜帶
C．該封口機適用于玻璃、塑料等多種材質的容器封口也適用于金屬容器
D．封口材料可用陶瓷薄片來代替鋁箔
答案：A
解析：該封口機利用了電磁感應現象，可以用交流電源供電。導體放入變化的磁場才能產生渦流現象，而干電池通電后，導線周圍產生恒定的磁場，不能產生渦流，不能用干電池作為電源，A正確；B錯誤；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，因為金屬容器同樣產生渦流，不利于迅速封口，只能是玻璃、塑料等材質，C、D錯誤。故選A。
9．如圖甲所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導軌MN、PQ被固定在水平面上，導軌間距l＝0.6 m，兩導軌的左端用導線連接電阻R1及理想電壓表V，電阻為r＝2 Ω的金屬棒垂直于導軌靜止在AB處；右端用導線連接電阻R2，已知R1＝2 Ω，R2＝1 Ω，導軌及導線電阻均不計。在矩形區域CDFE內有豎直向上的勻強磁場，LCE＝0.2 m，磁感應強度隨時間的變化規律如圖乙所示。開始時電壓表有示數，當電壓表示數變為零后，對金屬棒施加一水平向右的恒力F，使金屬棒剛進入磁場區域時電壓表的示數又變為原來的值，金屬棒在磁場區域內運動的過程中電壓表的示數始終保持不變。求：
(1)t＝0.1 s時電壓表的示數；
(2)恒力F的大?。?br/>(3)從t＝0時刻到金屬棒運動出磁場的過程中整個電路產生的熱量。
答案：(1)0.3 V　(2)0.27 N　(3)0.09 J
解析：(1)在0～0.2 s內金屬棒產生的感應電動勢為定值E＝l·LCE＝0.6 V，
t＝0.1s時電壓表的示數為U1＝·＝0.3 V。
(2)設此時的總電流為I，則路端電壓為U2＝I·，
由題意知U1＝U2，
此時的安培力為F＝BIl，
解得F＝0.27 N。
(3)金屬棒在0～0.2 s內產生的熱量為Q1＝t1＝0.036 J，
其中R＝R2＋＝2 Ω，
由功能關系知金屬棒運動過程中產生的熱量為Q2＝FLCE＝0.054 J，
總熱量為Q＝Q1＋Q2＝0.09 J。
能力提升練
10．(多選)內壁光滑、水平放置的玻璃圓環內，有一直徑略小于圓環直徑的帶正電的小球，以速率v0沿逆時針方向勻速轉動，若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場。設運動過程中小球帶電荷量不變，那么(如圖所示)( 　 )
A．小球對玻璃圓環的壓力一定不斷增大
B．小球所受的磁場力一定不斷增大
C．小球先沿逆時針方向減速運動，之后沿順時針方向加速運動
D．磁場力對小球一直不做功
答案：CD
解析：變化的磁場將產生感生電場，這種感生電場由于其電場線是閉合的，也稱為渦旋電場，其場強方向可借助電磁感應現象中感應電流方向的判定方法，使用楞次定律判斷。當磁場增強時，會產生順時針方向的渦旋電場，電場力先對小球做負功使其速度減為零，后對小球做正功使其沿順時針方向做加速運動，C正確；磁場力始終與小球運動方向垂直，因此始終對小球不做功，D正確；小球在水平面內沿半徑方向受兩個力作用：環的壓力FN和磁場的磁場力F，這兩個力的合力充當小球做圓周運動的向心力，其中F＝Bqv，磁場在增強，球速先減小，后增大，所以磁場力不一定總在增大，A錯誤；向心力F向＝m，其大小隨速度先減小后增大，因此壓力FN也不一定始終增大，B錯誤。故選CD。
11．(2024·云南昆明高二期末)電磁阻尼現象在日常生活中得到廣泛應用，如汽車的減震懸架等。某車型的減震系統就由兩部分組成：一部分是機械彈簧主減震系統；另一部分是電磁輔助減震系統。裝置示意圖如圖所示，強磁體固定在汽車底盤上，阻尼線圈固定在輪軸上，輪軸與底盤通過彈簧主減震系統相連，在震動過程中磁體可在線圈內上下移動。則( 　 )
A．對調磁體的磁極，電磁減震系統就起不到減震效果
B．增多線圈匝數，不影響安培力的大小
C．只要產生震動，電磁減震系統就能起到減震效果
D．震動過程中，線圈中有感應電流，且感應電流方向不變
答案：C
解析：對調磁體的磁極，震動過程線圈仍會產生感應電流，不影響減震效果，故A錯誤，C正確；根據法拉第電磁感應定律E＝n，線圈匝數越多，產生的感應電動勢越大，線圈電流越大，電磁阻尼現象越明顯，會影響安培力的大小，故B錯誤；震動過程中，線圈中磁通量的變化情況會根據磁體的靠近或者遠離而不同，由楞次定律可知，感應電流方向也會隨之改變，故D錯誤。
12．安裝在公路上的測速裝置如圖所示，在路面下方間隔一定距離埋設有兩個通電線圈，線圈與檢測抓拍裝置相連，車輛從線圈上面通過時線圈中會產生脈沖感應電流，檢測裝置根據兩個線圈產生的脈沖信號的時間差計算出車速大小，從而對超速車輛進行抓拍。下列說法正確的是( 　 )
A．汽車經過線圈上方時，兩線圈產生的脈沖電流信號時間差越長，車速越大
B．汽車經過通電線圈上方時，汽車底盤的金屬部件中會產生感應電流
C．當汽車從線圈上方勻速通過時，線圈中不會產生感應電流
D．以上說法都不對
答案：B
解析：汽車經過線圈上方時產生脈沖電流信號，車速越大，汽車通過兩線圈間的距離所用的時間越小，即兩線圈產生的脈沖電流信號時間差越小，故A錯誤；汽車經過通電線圈上方時，汽車底盤的金屬部件通過線圈所產生的磁場，金屬部件中的磁通量發生變化，在金屬部件中產生感應電流；當汽車從線圈上方勻速通過時，線圈中的磁通量發生變化，線圈中會產生感應電流，故B正確，C、D錯誤。
13．(多選)神舟十二號乘組在與香港大中學生進行的天地連線中，聶海勝示范了太空踩單車。太空自行車是利用電磁力增加阻力的一種體育鍛煉器材。某同學根據電磁學的相關知識，設計了這樣的單車原理圖：其中圓形結構為金屬圓盤，當航天員踩腳踏板時，金屬圓盤隨之旋轉。則下列設計中可行的方案有( 　 )
答案：CD
解析：磁場充滿整個圓盤，一次圓盤轉動過程中產生的渦流為0，故A、B錯誤；圓盤中磁場不對稱，穿過某一閉合電路的磁通量發生變化，故有感應電流，同時會產生阻力，故C、D正確。
14．電磁阻尼指的是當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導體的運動的這種現象，電磁阻尼現象源于電磁感應原理，電磁阻尼現象廣泛應用于需要穩定摩擦力以及制動力的場合，例如電度表、電磁制動機械，甚至磁懸浮列車等，如圖所示是依附建筑物架設的磁力緩降高樓安全逃生裝置，具有操作簡單、無需電能、逃生高度不受限制，下降速度可調、可控等優點，該裝置原理可等效為：間距L＝0.5 m的兩根豎直導軌上部連通，人和磁鐵固定在一起沿導軌共同下滑，磁鐵產生磁感應強度B＝0.2 T的勻強磁場，人和磁鐵所經位置處，可等效為有一固定導體棒cd與導軌相連，整個裝置總電阻始終為R，如圖所示，在某次逃生試驗中，質量M1＝60 kg的測試者利用該裝置以v＝2 m/s的速度勻速下降，已知與人一起下滑部分裝置的質量m＝20 kg，重力加速度取g＝10 m/s2，且本次試驗過程中恰好沒有摩擦。
(1)判斷導體棒cd中電流的方向；
(2)總電阻R多大？
(3)如要使一個質量M2＝100 kg的測試者利用該裝置以v1＝2 m/s的速度勻速下滑，其摩擦力多大？
(4)保持第(3)問中的摩擦力不變，讓質量M2＝100 kg測試者從靜止開始下滑，測試者的加速度將會如何變化？當其速度為v2＝1 m/s時，加速度a多大？
答案：(1)從d到c　(2)2.5×10－5 Ω　(3)400 N　(4)a逐漸減小，最終趨近于0,3.3 m/s2
解析：(1)磁場向下運動，cd相對于磁場向上運動，由右手定則知電流從d到c。
(2)對導體棒：電動勢E＝BLv，
感應電流I＝＝，
安培力F＝ILB＝，
由左手定則可判斷，導體棒cd所受安培力方向向下，根據牛頓第三定律可知磁鐵受到磁場力向上，大小為F′＝，
對M1和m：由平衡條件可得
(M1＋m)g＝F′＝，
R＝＝2.5×10－5 Ω。
(3)對M2和m：由平衡條件(M2＋m)g＝F′＋f＝＋f，
可得f＝(M2＋m)g－＝400 N。
(4)對M2和m：根據牛頓第二定律得
(M2＋m)g－F1－f＝(M2＋m)a，
F1＝，
所以a＝，
因為v′逐漸增大，最終趨近于勻速，所以a逐漸減小，最終趨近于0；
當其速度為v2＝1 m/s時，代入數據得a＝3.3 m/s2。
21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共67張PPT)
第二章　電磁感應
3．渦流、電磁阻尼和電磁驅動
目標體系構建
1．了解感生電場及其作用，知道感生電動勢產生的原因。
2．了解渦流現象和渦流在生產、生活中的應用。
3．理解電磁阻尼和電磁驅動，了解它們在實際生活中的應用。
1．物理觀念：通過實驗，了解電磁阻尼和電磁驅動。
2．科學思維：了解感生電場，知道感生電動勢產生的原因。會判斷感生電動勢的方向，并會計算它的大小。
3．科學探究：通過實驗了解渦流現象，知道渦流是怎樣產生的，了解渦流現象的利用和危害。
4．科學態度與責任：通過對渦流實例的分析，了解渦流現象在生產生活中的應用。
課前預習反饋
知識點 1
1．感生電場
磁場變化時會在空間激發一種_______，這種電場與靜電場不同，它不是由_______產生的，我們把它叫作感生電場。
2．感生電動勢
磁場變化時，感應電動勢是由___________產生的，它也叫感生電動勢。
3．感生電場的方向
感生電場的方向，可用安培定則判斷，磁場增大時，大拇指指向磁場反方向，四指環繞方向就是感生電場方向，反之也是。
電磁感應現象中的感生電場
電場
電荷
感生電場
知識點 2
1．定義
在變化的磁場中的導體內產生的___________，就像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流，簡稱渦流。
2．渦流的特點
若金屬的電阻率小，渦流往往_______，產生的熱量_______。
3．渦流的應用
(1)渦流熱效應的應用：如_____________、_________。
(2)渦流磁效應的應用：如_________、_________。
渦流
感應電流
很強
很多
真空冶煉爐
電磁爐
探雷器
安檢門
4．渦流的防止
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_________。
(2)途徑二：用相互絕緣的_________疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。
電阻率
硅鋼片
『判一判』
(1)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。(　　)
(2)渦流有熱效應，但沒有磁效應。(　　)
(3)電磁灶是在金屬鍋體中產生熱效應，從而達到加熱和烹飪食物的目的。(　　)
(4)制造變壓器用的鐵芯是利用了渦流。(　　)
√
×
√
×
『想一想』
金屬探測器是一種專門用來探測金屬的儀器(如圖)，除了用于探測有金屬外殼或金屬部件的地雷之外，還可以用來探測隱蔽在墻壁內的電線、埋在地下的水管和電纜，甚至能夠地下探寶，發現埋藏在地下的金屬物體。你能說明其工作原理嗎？
答案：見解析
解析：金屬探測器是利用渦流工作的。交變電流通過金屬探測器的線圈時，會產生的磁場。如果探測器周圍有金屬，金屬內便產生渦流，渦流本身又會產生磁場反過來影響原有的磁場。這樣就會引發探測器發出鳴叫聲。
知識點 3
1．概念
當導體在磁場中運動時，_______電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是_______導體的運動。
2．應用
磁電式儀表中利用___________使指針迅速停止擺動，便于讀數。
交流感應電動機。
『判一判』
(5)發生電磁驅動時，導體與磁場的速度應相同。(　　)
電磁阻尼
感應
阻礙
電磁阻尼
×
『想一想』
(2024·廣東佛山高二期末)如圖所示，鋁制小球通過輕繩懸掛于O點，在O點正下方水平地面上放置一塊磁鐵。現將小球從a位置由靜止釋放，小球從左向右擺動，磁鐵始終保持靜止，忽略空氣阻力，問：
(1)小球能否擺到右側與a點等高的c點？為什么？
(2)小球從a位置出發擺到右側最高點的過程中，磁鐵對地面的壓力大小如何變化？磁鐵所受的摩擦力方向如何？(無須說明原因)
答案：見解析
解析：(1)鋁制小球可以等效為很多垂直于運動平面的圓環，這些圓環在擺動過程中由于其磁通量發生變化，會產生感應電流，電流有熱效應，會使小球的機械能減少，因此小球不能擺到右側與a點等高的c點。
(2)我們取一個垂直于運動平面、平行于水平面的圓環來研究，當它處于磁鐵N極正上方時如圖，在圓環從位置a到位置b的過程中由楞次定律知圓環內部產生向下的磁場，即圓環下方等效為N極，與磁鐵是相互排斥，磁鐵靜止不動，所以地面給磁鐵的支持力變大，磁鐵對地面的壓力變大，同理圓環從位置b向右運動時，磁鐵對地面的壓力變小，則磁鐵對地面的壓力大小先變大，后變?。辉趫A環從位置a到位置b的過程中，會有電磁阻尼的作用，電磁阻尼作用有向左的分力，反過來圓環通過磁場對磁鐵有向右的作用力，則地面給磁鐵有水平向左的靜摩擦力，同理圓環從位置b到右側最高點的過程中，地面給磁鐵還是有水平向左的靜摩擦力。
課內互動探究
探究?
電磁感應現象中的感生電場
要點提煉
1.產生：如圖所示，當磁場變化時，產生感生電場。感生電場的電場線是與磁場垂直的曲線。
2．方向：閉合環形回路(可假定存在)的電流方向就表示感生電場的電場方向。依據實驗存在的或假定存在的回路結合楞次定律判定感生電場的方向。
3．感生電場與靜電場的比較
靜電場 感生電場
產生條件 由電荷激發 由變化的磁場激發
電場線特點 靜電場的電場線總是始于正電荷，終止于負電荷，不閉合、不相交、也不相切 感生電場的電場線是閉合曲線，沒有終點和起點
電場對電
荷做功 單位正電荷在靜電場中沿閉合路徑運動一周時，電場力所做的功為零 單位正電荷在感生電場中沿閉合路徑運動一周時，電場力所做的功不為零
電場方向的
判斷方法 正電荷所受電場力的方向與靜電場的方向一致，沿電場線的切線方向 感生電場方向是根據磁場的變化情況由楞次定律和安培定則判斷的
典例剖析
1．某空間出現了如圖所示的一組閉合電場線，方向從上向下看是順時針方向，這可能是( 　 )
A．沿AB方向磁場在迅速減弱
B．沿AB方向磁場在迅速增強
C．沿BA方向磁場恒定不變
D．沿BA方向磁場在迅速減弱
答案：A
解析：感生電場的方向從上向下看是順時針方向，假設在感生電場內有閉合回路，則回路中的感應電流方向從上向下看也是順時針方向，由安培定則可知，感應電流的磁場方向向下，根據楞次定律可知，原磁場變化情況有兩種可能：原磁場沿AB方向減弱，或原磁場沿BA方向增強，所以A項正確。
判斷感生電場方向的思路
英國物理學家麥克斯韋認為，磁場變化時會在空間激發感生電場。如圖所示，一個半徑為r的絕緣細圓環水平放置，環內存在豎直向上的勻強磁場B，環上套一帶電荷量為＋q的小球，已知磁感應強度B隨時間均勻增加，其變化率為k，若小球在環上運動一周，試求感生電場對小球的作用力所做功的大小。
對點訓練
答案：見解析
探究?
對渦流的理解
要點提煉
1.對渦流的理解
本質 電磁感應現象
條件 穿過金屬塊的磁通量發生變化，并且金屬塊本身可自行構成閉合回路
特點 整個導體回路的電阻一般很小，感應電流很大
2.產生渦流的兩種情況
(1)塊狀金屬放在變化的磁場中。
(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。
3．產生渦流時的能量轉化：伴隨著渦流現象，其他形式的能轉化成電能最終在金屬塊中轉化為內能。
(1)金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉化為電能，最終轉化為內能。
(2)如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉化為電能，最終轉化為內能。
4．渦流的應用與防止
(1)應用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門等。
(2)防止：為了減小電動機、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的硅鋼做材料，而且用相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。
典例剖析
2．(2024·江蘇南通高二期末)如圖所示，把一鐵塊放入通電線圈內部、一段時間后，鐵塊就會“燒”得通紅。下列說法中正確的是( 　 )
A．鐵塊中產生了渦流
B．線圈接的是干電池
C．如果是用木塊放在線圈內部，木塊可能會燃燒
D．如果是將手指伸入線圈內部，手指可能被“燒”傷
答案：A
解析：當線圈通入變化的電流時，會在線圈內部會產生變化的磁場，而鐵塊放在線圈內部，則在鐵塊內部會有變化的磁場，而變化的磁場能夠產生電場，因此會在鐵塊內部形成渦流，而根據電流的熱效應，鐵塊會被“燒”得通紅，故A正確；干電池提供的是直流電，當線圈接干電池時，線圈中的電流恒定，將產生恒定的磁場，不能產生變化的磁場，而根據電磁感應原理可知，恒定的磁場不能產生電場，則鐵塊中不能產生渦流，鐵塊也不會被“燒”得通紅，故B錯誤；由于木塊不是導體，因此木塊放在線圈內部時木塊中不會有感應電流產生，木塊也不可能會燃燒，故C錯誤；人的手指雖然是導體，但電阻較大，產生的渦流較小，因此手指不可能被“燒”傷，故D錯誤。
(多選)如圖所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現接通交流電源，過了幾分鐘，杯內的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時間，下列措施可行的有( 　 )
對點訓練
A．增加線圈的匝數
B．提高交流電源的頻率
C．將金屬杯換為陶瓷杯
D．取走線圈中的鐵芯
答案：AB
解析：當電磁鐵接通交流電源時，金屬杯處在變化的磁場中產生渦流發熱，使水溫升高。要縮短加熱時間，需增大渦流，即增大感應電動勢或減小電阻。增加線圈匝數、提高交變電流的頻率都可以增大感應電動勢，陶瓷杯不能產生渦電流，取走鐵芯會導致磁性減弱而減小感應電動勢。
探究?
電磁阻尼與電磁驅動
要點提煉
1.電磁驅動和電磁阻尼的形成原因
當蹄形磁鐵轉動時，穿過線圈的磁通量就發生變化。例如，線圈處于如圖所示的初始狀態時，穿過線圈的磁通量為零。當蹄形磁鐵轉動時，穿過線圈的磁通量就增加了，根據楞次定律，此時線圈中就有感應電流產生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會跟著蹄形磁鐵一起轉動起來。
從動力學的觀點來看，線圈中產生的感應電流受到的安培力是使線圈轉動起來的動力，對線圈而言是電磁驅動；而線圈對磁鐵的作用力對磁鐵的轉動起阻礙作用，對磁鐵而言是電磁阻尼，因此電磁驅動和電磁阻尼是相對的兩個方面，不可分割。
2．電磁阻尼與電磁驅動的比較
電磁阻尼 電磁驅動
不
同
點 成因 由于導體在磁場中運動而產生感應電流，從而使導體受到安培力 由于磁場運動引起磁通量的變化而產生感應電流，從而使導體受到安培力
效果 安培力的方向與導體運動方向相反，阻礙物體運動 導體受安培力的方向與導體運動方向相同，推動導體運動
電磁阻尼 電磁驅動
不
同
點 能量
轉化 導體克服安培力做功，其他形式能轉化為電能，最終轉化為內能 由于電磁感應，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，而對外做功
相同點 兩者都是電磁感應現象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應電流的導體與磁場間的相對運動
電磁阻尼、電磁驅動現象中安培力的效果是阻礙相對運動，應注意電磁驅動中導體的運動速度仍要小于磁場的運動速度。
典例剖析
3.如圖所示，一根長為1.25 m的無縫空心鋁管豎直放置，把一枚磁性比較強的小圓柱形永磁體從鋁管上端放入管口，磁體直徑略小于鋁管的內徑。讓磁體從管口處由靜止下落，在下落的過程中始終沒有跟鋁管內壁發生接觸，重力加速度g取10 m/s2。有關磁體在鋁管中下落的過程，下列說法可能正確的是( 　 )
A．磁體經0.5 s穿出鋁管
B．磁體受到鋁管中渦流的作用力方向先向上后向下
C．磁體一直做加速運動
D．磁體的機械能先增大后減小
答案：C
解析：因為是無縫空心鋁管，所以磁體下落時會產生電磁感應，故會出現渦流，根據楞次定律可知會產生阻力，阻礙磁體的下落。開始時，速度較小，阻力小于重力，合力向下，當速度逐漸增大時，磁體所受阻力也增大，加速度減小。因為磁體受到鋁管中渦流的作用力方向一直向上，所以小球的運動時間一定比自由落體時的時間長，故A、B錯誤；磁體可能沒有達到最大速度就穿過了鋁管，一直做加速運動，故C正確；由于一直存在阻力做負功，所以磁體的機械能一直減小，故D錯誤。
(2024·廣東廣州高二期末)電磁驅動技術在生活生產、科研和軍事中應用廣泛。如圖所示為一電磁驅動模型，在水平面上固定有兩根足夠長的平行軌道。軌道左端接有阻值為R的電阻，軌道電阻不計、間距為L，虛線區域內有勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直軌道平面向下。長度為L，質量為m、電阻為r的金屬棒ab靜置于導軌上，金屬棒與導軌間的最大靜摩擦力大小為Ff，當磁場以速度v水平向右勻速移動時，下列說法中正確的是( 　 )
對點訓練
A．金屬棒中感應電流的方向為從b到a
B．金屬棒被驅動后做水平向右的勻加速直線運動
C．金屬棒受到安培力所做的功等于回路中產生的焦耳熱
D．若磁場區域足夠大，金屬棒最終在磁場中達到穩定狀態時的速度小于v
答案：D
課堂小結
核心素養提升
感生電動勢與動生電動勢的對比
項目 感生電動勢 動生電動勢
成因示例 線圈不動，磁場隨時間變化時在線圈中產生的電動勢 磁場不變，由導體切割磁感線而產生的電動勢
產生原因不同 磁場的變化 導體做切割磁感線運動
移動電荷的非靜電力不同 感生電場對自由電荷的電場力 導體中自由電荷所受洛倫茲力沿導體方向的分力
回路中相當于電源的部分 處于變化磁場中的線圈部分 做切割磁感線運動的導體
案例
阻與其他阻力，金屬棒始終與導軌接觸良好，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，取g＝10 m/s2。求：
(1)0～1 s內流過電阻的電流和金屬棒ab的質量；
(2)金屬棒ab經過EF后電阻R上產生的焦耳熱；
(3)金屬棒ab經過EF后通過電阻R的電荷量。
答案：(1)0.3 A　0.05 kg　(2)0.004 5 J　(3)0.03 C
設金屬棒ab的質量為m，這段時間內金屬棒ab受力平衡，即mgsinθ＝B1IL，
解得m＝0.05 kg。
(2)設金屬棒ab經過EF時的速度大小為v，此時回路中的感應電動勢E′＝B1Lv，
導體棒ab受力平衡，即B1I′L＝mgsin θ，
解得v＝0.6 m/s，
又mgsin θ－μmgcos θ＝0，
解得q＝0.03 C。
課堂達標檢測
一、電磁感應現象中的感生電場
1．(多選)下列說法中正確的是( 　 )
A．感生電場由變化的磁場產生
B．恒定的磁場也能在周圍空間產生感生電場
C．感生電場的方向同樣也可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定
D．感生電場的電場線是閉合曲線，其方向一定是沿逆時針方向
答案：AC
解析：變化的磁場可以在周圍空間激發電場，選項A正確；恒定的磁場在周圍空間不能產生電場，選項B錯誤；感生電場的方向同樣可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定，選項C正確；感生電場的電場線是閉合曲線，其電場方向可根據磁場的變化情況由楞次定律和右手螺旋定則判斷，選項D錯誤。
2．(2024·浙江舟山高二期末)現代科學研究中常要用到高速電子，電子感應加速器就是利用感生電場使電子加速的設備。如圖所示，上面為側視圖，上、下為電磁體的兩個磁極；下面為磁極之間真空室的俯視圖。若從上往下看電子在真空室中沿逆時針方向做圓周運動，改變電磁體線圈中電流的大小可使電子加速。則下列判斷正確的是( 　 )
A．真空室中產生的感生電場沿逆時針方向
B．通入電磁體線圈的電流在增強
C．電子在軌道中加速的驅動力是洛倫茲力
D．電子在軌道中做圓周運動的向心力是電場力
答案：B
解析：電子沿逆時針方向加速，則電子所受電場力沿逆時針方向，所以感生電場的方向沿順時針方向，A錯誤；當電磁體線圈電流的方向與圖示方向一致時，若電流增大，根據楞次定律，可知渦旋電場的方向為順時針方向，電子將沿逆時針方向做加速運動，B正確；由于感生電場使電子加速，即電子在軌道中加速的驅動力是電場力，C錯誤；電子在軌道中做圓周運動的向心力是洛倫茲力，D錯誤。
二、渦流
3．高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產生大量焦耳熱，將焊縫熔化焊接，要使焊接處產生的熱量較大，下列措施不可采用是( 　 )
A．減小焊接縫的接觸電阻
B．增大焊接縫的接觸電阻
C．增大交變電流的電壓
D．增大交變電流的頻率
答案：A
解析：增大電阻，在相同電流下，焊縫處熱功率大，溫度升得很高，B正確，不符合題意；A錯誤，符合題意；當增大交變電流的電壓時，線圈中交變電流增大，則磁通量變化率增大，因此產生的感應電動勢增大，感應電流也增大，所以焊接時產生的熱量也增多，C正確，不符合題意；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就產生感應電流，根據法拉第電磁感應定律分析可知，電流變化的頻率越高，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，D正確，不符合題意。
4．(2024·福建南靖縣高二期中)如圖所示為高頻電磁爐的工作示意圖，它是采用電磁感應原理產生渦流加熱的，電磁爐工作時產生的電磁波，是由線圈內高頻變化的電流產生的且完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質鍋所吸收，不會泄漏，對人體健康無危害。關于電磁爐，以下說法正確的是( 　 )
A．電磁爐是利用變化的磁場使食物中的極性水分子振動和旋轉來對食物加熱的
B．電磁爐和電爐一樣是讓電流通過電阻絲產生熱量來對食物加熱的
C．電磁爐是利用變化的磁場產生渦流，使含鐵質鍋底迅速升溫，進而對鍋內食物加熱的
D．目前家庭購買的電磁爐加熱食物時通常用的是鐵質鍋，不用鋁鍋的原因是鋁鍋放在電磁爐上鍋底不會產生渦流
答案：C
解析：電磁爐是利用變化的磁場產生渦流，使含鐵質鍋底迅速升溫，進而對鍋內食物加熱的，故渦流是由于鍋底中的電磁感應產生的，C正確，A、B錯誤；鋁鍋放在電磁爐上也會形成渦流，所以不用鋁鍋的原因并不是鋁鍋放在電磁爐上鍋底不會產生渦流，D錯誤。
三、電磁阻尼
5．如圖所示是電流表的內部結構，以下說法正確的是( 　 )
A．為了測量電流時更加靈敏，框架應該用塑料框
B．因為磁場是輻向磁場，所以框架在轉動的過程中穿過框架的磁通量沒有改變
C．框架在轉動的過程中有感應電流產生，感應電流方向與外界的電流方向相反
D．電表在運輸的過程中不需要做任何的處理
答案：C
解析：電流表的內部線圈繞在閉合的鋁框上，當線圈在磁場中轉動時，由于鋁框切割磁感線，從而產生感應電流，出現安培阻力，使其很快停止擺動，使得測量電流時更加靈敏，A錯誤；因為磁場是輻向磁場，所以框架在轉動的過程中線圈平面總是與磁場平行，但磁通量變化率不為零，則線圈轉動過程中穿過框架的磁通量會發生改變，B錯誤；框架在轉動的過程中磁通量要發生改變，所以有感應電流產生；因為外界電流使線圈轉動，而轉動時又產生感應電流，分別根據左手定則和右手定則可知，感應電流方向與外界的電流方向相反，C正確；在運輸過程中，將接線柱用導線連在一起，相當于把電表的線圈電路組成閉合電路，在指針擺動過程中線圈切割磁感線產生感應電流，利用電磁阻尼原理，阻礙指針擺動，防止指針因撞擊而變形，D錯誤。
四、電磁驅動
6．(2024·山東青島高二期末)如圖所示，導體小球A在光滑的絕緣水平圓形軌道上處于靜止狀態，現在使小球正上方的條形磁鐵在軌道正上方做勻速圓周運動，轉速為n。關于小球的運動，下列說法正確的是( 　 )
A．磁鐵轉動過程中遠離小球時小球加速，靠近小球時小球減速
B．安培力對小球做的功大于小球動能的增加
C．安培力對小球做的功等于小球內部產生的焦耳熱和小球動能的增量
D．運動穩定后，小球的轉速最后等于n
答案：D
解析：磁鐵轉動過程中無論遠離還是靠近小球，小球在安培力作用下都加速運動，故A錯誤；安培力對小球做的功等于小球動能的增加，故B、C錯誤；運動穩定后，小球的轉速最后與磁鐵的轉速相同，安培力為零，故D正確。

展開更多......

收起↑