物理选择性必修第二册(RJ)2、教师用书word5,第3节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动

时间：2021-02-01 20:34:32 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　第 3 节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 学习目标 核心素养形成脉络 1.了解涡流是怎样产生的。

　2．了解涡流现象的利用和危害。

　3．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。(重点) 4．了解电磁阻尼和电磁驱动。(难点)

　 一、电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场：磁场变化时在空间激发的一种电场，它是由英国物理学家麦克斯韦提出的。

　2．感生电动势：由感生电场产生的感应电动势，它的方向与感生电场的方向相同，与感应电流的方向相同。

　3．感生电动势中的非静电力：感生电场对自由电荷的作用力。

　二、涡流 1．概念：由于电磁感应，在导体中产生的看起来像水中旋涡的感应电流。

　2．特点：整块金属的电阻率很小，涡流往往很强，产生的热量很多。

　3．应用 (1)涡流热效应的应用：如真空冶炼炉。

　(2)涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门。

　4．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，常用的铁芯材料是硅钢。

　(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。

　三、电磁阻尼 1．概念：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运动的现象。

　2．应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止摆动，便于读数。

　四、电磁驱动 1．概念：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，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的现象。

　2．应用：交流感应电动机。

　 思维辨析 (1)感生电场可以对电荷做功。(

　) (2)磁场越强，磁场变化时产生的感生电场越强。(

　) (3)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流的产生。(

　) (4)变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流。(

　) (5)在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同。(

　) (6)交流感应电动机利用了电磁阻尼的原理。(

　) 提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×

　深度思考 (1)感应电动势和感应电流，哪一个更能反映电磁感应的本质？ (2)电磁炉在工作时能不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅来加热食物呢？

　 (3)磁电式电流表在运输时往往用短路片把正负接线柱短接，想一想，这样做有什么道理？ 提示：(1)当穿过回路的磁通量发生变化时，回路中将产生感应电动势，如果回路闭合，就会产生感应电流，而不论回路是否闭合，都有感应电动势产生，但不一定有感应 电流。所以感应电动势比感应电流更能反映电磁感应的本质。

　(2)不能。因为这样不能在锅底产生涡流，也就无法利用涡流的热效应来加热食物。

　(3)这是为了减少运输过程中指针与线圈的剧烈摆动而采取的措施。短路片

　将电流表正负接线柱短接后与线圈组成闭合电路，指针和线圈是固定在一起的，所以指针摆动时会带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而在线圈中产生感应电流，而感应电流会产生阻碍线圈转动的效果，从而有效地减轻指针的摆动。

　 对感生电动势的理解

　问题导引 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，当线圈接通电源瞬间圆板发生转动，这是为什么？

　[要点提示] 线圈接通电源瞬间，变化的磁场产生变化的电场，从而导致带电小球受到电场力，使其转动。

　【核心深化】

　1．感生电动势与动生电动势的产生原理 (1)磁感应强度变化产生的感生电动势是由变化的磁场产生感生电场，线圈中的自由电荷受到静电力作用定向移动形成的。

　(2)导体切割磁感线产生的动生电动势是自由电荷受到洛伦兹力作用定向移动形成的。

　2．感生电动势与动生电动势的比较

　感生电动势 动生电动势 产生原因 磁场的变化 导体做切割磁感线运动 移动电荷的非静电力 感生电场对自由电荷的静电力 导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力 回路中相当于电源的部分 处于变化磁场中的线圈部分 做切割磁感线运动的导体

　方向判断方法 由楞次定律判断 通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断 大小计算方法 由 E＝n ΔΦΔt计算 通常由 E＝Blvsin θ 计算，也可由 E＝n ΔΦΔt计算 【典题例析】

　(多选)某空间出现了如图所示的磁场，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关系的描述正确的是(

　)

　 A．当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向 B．当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向 C．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向 D．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向 [思路点拨] 感生电场的方向与感生电动势、感应电流的方向相同，因此可以用楞次定律分析。

　[解析] 感生电场中电场线的方向用楞次定律来判定。原磁场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，再由安培定则得到感应电流的方向从上向下看应为顺时针方向，则感生电场的方向从上向下看为顺时针方向；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方向，所以 A、D 正确。

　[答案] AD

　【针对训练】

　1．一个水平放置的圆环形玻璃小槽如图所示，槽内光滑，槽的宽度和深度处处相同。现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度v 0 ，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所在的区域，磁感应强度的大小跟时间成正比例增大，方向竖直向下。设小球在运动过程中电荷量不变，则(

　)

　A．小球需要的向心力大小不变 B．小球需要的向心力大小不断增大 C．磁场力对小球做了功 D．小球受到的磁场力大小与时间成正比 解析：选 B。当磁感应强度随时间均匀增大时，将产生一恒定的感生电场，由楞次定律知，电场方向和小球初速度方向相同，因小球带正电，电场力对小球做正功，小球速率逐渐增大，向心力也随着增大，故 A 错误，B 正确；洛伦兹力对运动电荷不做功，故 C 错误；带电小球所受洛伦兹力 F＝qBv，随着速率的增大而增大，同时 B∝t，则 F 和 t 不成正比，故 D 错误。

　2. 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有上、下电磁铁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，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下加速。如图所示(上图为侧视图、下图为真空室的俯视图)，若电子被“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．若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 B．若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 C．若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，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：选 A。当电磁铁绕组通有题图中所示的电流时，由安培定则可知将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空盒空间内产生顺时针方向的感生电场，电子沿逆时针运动，电子将加速，A 正确，B、C 错误；由于电子被“约束”在半径为 R 的圆周上运动，被加速时电子做圆周运动的周期减小，D 错误。

　对涡流的理解

　问题导引 高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒，使用时监考教师手持探测器，在考生前后左右和容易藏东西的部位划过，如藏有金属物品，即便是一粒金属纽扣，探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么？

　[要点提示] 金属探测器通过其通有交流电的探测线圈，会在隐蔽金属中激起涡流，反射回探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。

　【核心深化】

　1．涡流的产生 涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可以等效成许许多多的闭合电路，当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流，即导体内部产生了涡流。

　2．能量转化 伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能，最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则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．涡流的防止和利用 (1)为了减小涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成的，而是用薄薄的硅钢片叠合而成。

　(2)用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化。

　【典题例析】

　(多选)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(

　)

　A．增加线圈的匝数 B．提高交流电源的频率 C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯 [解析] 增大线圈的匝数，可以增大通过金属杯的磁通量及磁通量的变化率，从而增大金属杯中产生感应电流的大小，增大加热功率，缩短加热时间，A正确；提高交流电的频率，最大磁通量不变。但交替变化快也能提高磁通量的变化率，产生更大的感应电流。达到缩短加热时间的目的，B 正确；瓷杯是绝缘体，不能产生感应电流，不能加热，C 错误；取走铁芯，金属杯中的磁通量变小，磁通量的变化率也变小，从而导致加热功率变小，加热时间加长，D 错误。

　[答案] AB

　【针对训练】

　3. (多选)高频焊接原理示意图如图所示。线圈中通以高频交变电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(

　)

　A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 解析：选 AD。交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快。根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大，而放出的热量与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高，焊缝处放出的热量越多；焊缝处与其他地方的电流大小一样，根据 Q＝I 2 Rt，工件上只有焊缝处温度升得高，是因为焊缝处电阻很大，故 A、D 正确。

　4．电磁炉热效率高达 90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠。描述电磁炉工作原理的示意图如图所示，下列说法正确的是(

　)

　A．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好 B．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作 C．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 D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用 解析：选 B。电磁炉采用的是涡流感应加热原理，其内部电子线路板组成部分产生交变磁场。当把铁质锅具底部放置在炉面时，锅具底部金属部分产生涡流，

　使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热量，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的，故 A 错误，B 正确；电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于金属导体，不能产生感应电流，C 错误；通电线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用，D 错误。

　电磁阻尼与电磁驱动

　问题导引 1. 弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象。

　2. 一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动。当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动。

　(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？ (2)使线圈转动起来的力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度之间有什么关系？ [要点提示] 1.当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，

　因而会很快停下来。

　2．(1)变化。

　(2)线圈内产生感应电流因此线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。线圈的转动速度小于磁铁的转动速度。

　【核心深化】

　1．电磁驱动和电磁阻尼的形成原因 当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化。例如，线圈处于如图所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为 0，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来；从动力学的观点来看，线圈中产生的感应电流受到的安培力是使线圈转动起来的力，对线圈而言是电磁驱动；而线圈对磁铁的作用力对磁铁的转动起阻碍作用，对磁铁而言是电磁阻尼，因此电磁驱动和电磁阻尼是矛盾的两个方面，不可分割。

　2．电磁阻尼与电磁驱动的比较

　电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 导体在磁场中运动产生感应电流，从而使导体受到安培力 磁场运动引起磁通量的变化产生感应电流，从而使导体受到安培力 效果 导体所受安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动 导体所受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动 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 由于电磁感应，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 【典题例析】

　 如图所示，磁铁的两极之间放置一个线圈 abcd，磁铁和线圈都可以绕 OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕 OO′轴转动时，线圈的运动情况是(

　)

　A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同 B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同 C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速 D．线圈静止不动 [思路点拨] 由楞次定律的推广可知，线框的运动只是阻碍两者间的相对运动。

　[解析] 当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即线圈将与磁铁的转动方向相同，以阻碍磁通量的增加。但转速一定小于磁铁的转速，如果两者转速相同，则线圈与磁铁处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生。

　[答案] C 【针对训练】

　5. 如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管 P 和塑料管 Q 竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块(

　)

　A．在 P 和 Q 中都做自由落体运动 B．在两个下落过程中的机械能都守恒 C．在 P 中的下落时间比在 Q 中的长 D．落至底部时在 P 中的速度比在 Q 中的大 解析：选 C。小磁块在铜管中下落，产生电磁感应现象，根据楞次定律的推

　论——阻碍相对运动可知，小磁块下落过程中受到向上的电磁阻力，而在塑料管中下落，没有电磁感应现象，小磁块做自由落体运动，故 C 正确。

　6. 如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕 OO′轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触。当磁铁绕轴转动时，铜盘将(

　)

　A．以相同的转速与磁铁同向转动 B．以较小的转速与磁铁同向转动 C．以相同的转速与磁铁反向转动 D．静止不动 解析：选 B。因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，铜盘转动方向与磁铁相同而转速小，两者不能同步转动，B 正确。

　磁悬浮列车 磁悬浮列车的原理是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百千米以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”。

　列车上装有超导磁体，由于悬浮而在线圈上高速前进。这些线圈固定在铁路的底部，由于电磁感应，在线圈里产生电流，地面上线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总是保持相同，这样在线圈和电磁体之间就会一直存在排斥力，从而使列车悬浮起来。

　当今，世界上的磁悬浮列车主要有两种“悬浮”形式，一种是推斥式；另一种为吸力式。推斥式是利用两个磁铁同极性相对而产生的排斥力，使列车悬浮起来。这种磁悬浮列车车厢的两侧，安装有磁场强大的超导电磁铁。车辆运行时，这种电磁铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环，致使其中产生感应电流，同时产生一个同极性反磁场，并使车辆推离轨面在空中悬浮起来。但是，静止时，由于没有切割电势与电流，车辆不能产生悬浮，只能像飞机一样用轮子支撑车体。当车辆在直线电机的驱动下前进，速度达到 80 km/h 以上时，车辆就悬浮起来了。吸力式是利用两个磁铁异性相吸的原理，将电磁铁置于轨道下方并固定在车体转向架上，两者之间产生一个强大的磁场，并相互吸引时，列车就能悬浮起来。这种吸力式磁悬浮列车无论是静止还是运动状态，都能保持稳定悬浮状态。我国自行开发的中低速磁悬浮列车就属于这个类型。

　“若即若离”，是磁悬浮列车的基本工作状态。磁悬浮列车利用电磁力抵消地球引力，从而使列车悬浮在轨道上。在运行过程中，车体与轨道处于一种“若即若离”的状态，磁悬浮间隙约 1 cm，因而有“0 高度飞行器”的美誉。它与普通轮轨列车相比，具有低噪音、低能耗、无污染、安全舒适和高速高效的特点，被认为是一种具有广阔前景的新型交通工具。特别是这种中低速磁悬浮列车，由于具有转弯半径小、爬坡能力强等优点，特别适合 365JT 城市轨道交通。

　1. (对感生电场的理解)(多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是(

　)

　A．沿 AB 方向磁场的迅速减弱 B．沿 AB 方向磁场的迅速增强 C．沿 BA 方向磁场的迅速增强 D．沿 BA 方向磁场的迅速减弱 解析：选 AC。假设存在圆形闭合回路，回路中应产生与电场同向的感应电流，由安培定则，感应电流的磁场向下，所以根据楞次定律，引起感应电流的应是方向向下的磁场迅速减弱或方向向上的磁场迅速增强，故 A、C 正确。

　2. (涡流的应用)(多选)安检门是用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警，以下关于这个安检门的说法正确的是(

　)

　A．这个安检门也能检查出毒品携带者 B．这个安检门只能检查出金属物品携带者 C．如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者 D．这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应 解析：选 BD。这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A 错误、B 正确；若“门框”的线圈 中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产生电流，因而不能检查出金属物品携带者，C 错误；安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D 正确。

　3. (对电磁阻尼的理解)(多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是(

　)

　A．防止涡流

　B．利用涡流 C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用 解析：选 BC。线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流，涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用。

　4. (对电磁驱动的理解)如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平

　面上，环 1 竖直，环 2 水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是(

　)

　A．两环都向右运动 B．两环都向左运动 C．环 1 静止，环 2 向右运动 D．两环都静止 解析：选 C。条形磁铁向右运动时，环 1 中磁通量保持为 0 不变，无感应电流，仍静止；环 2 中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环 2 向右运动。

　(建议用时：45 分钟) 【基础巩固】

　1．(多选)下列说法正确的是(

　) A．感生电场是由变化的磁场激发而产生的 B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定 D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向 解析：选 AC。由麦克斯韦电磁理论知 A 正确，B 错误；感生电场的产生也是符合电磁感应原理的，C 正确；感生电场的电场线是闭合的，但不一定是逆时针方向，D 错误。

　2．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：选 D。涡流就是整个金属块中产生的感应电流，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。而 A、B、C 中磁通量不变化，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，D 正确。

　3．(多选)变压器的铁芯是薄硅钢片叠加而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了(

　)

　A．增大涡流，提高变压器的效率 B．减小涡流，提高变压器的效率 C．增大铁芯的电阻，以产生更多的热量 D．增大铁芯的电阻，以减小发热量 解析：选 BD。磁场变化越快，感应电动势越大，因而涡流也就越强。涡流能使导体发热。变压器的铁芯由相互绝缘的薄片叠加而成以增加铁芯的电阻率，降低涡流强度，从而减少能量损耗，提高变压器的效率。

　4. (多选)位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中(

　)

　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：选 BC。本题为电磁驱动，可由楞次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律判断运动情况。磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动。同理，磁铁穿出时，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B 正确；而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右的，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，C 正确。

　5．金属探测器已经广泛应用于安检场所，关于金属探测器的论述正确的是(

　) A．金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中

　B．金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流 C．金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流 D．探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动探测效果相同 解析：选 C。金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产，不能防止细小的砂石颗粒混入食品中，A 错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，B 错误，C 正确；探测过程中金属探测器应与被测物体相对运动，相对静止时无法得到探测效果，D 错误。

　6. 如图所示，闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴 OO′自由转动，开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内，若条形磁铁突然绕 OO′轴 N 极向纸里、S 极向纸外转动，在此过程中，圆环将(

　)

　A．产生逆时针方向的感应电流，圆环上端向里、下端向外随磁铁转动 B．产生顺时针方向的感应电流，圆环上端向外、下端向里转动 C．产生逆时针方向的感应电流，圆环并不转动 D．产生顺时针方向的感应电流，圆环并不转动 解析：选 A。当条形磁铁的 N 极向纸内、S 极向纸外转动时，通过闭合导线环的总的磁通量是向里增加的，根据楞次定律知，感应电流产生的磁场应向外，故感应电流的方向沿逆时针方向；再根据电磁驱动的原理知，导线环应与条形磁铁同向转动，即上端向里、下端向外随磁铁转动。

　7. 如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质圆形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过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球(

　)

　A．整个过程都做匀速运动 B．进入磁场过程做减速运动，穿出过程做加速运动 C．整个过程都做匀减速运动 D．穿出时的速度一定小于初速度

　解析：选 D。金属球进、出磁场时，都有涡流产生，都会受到阻力，金属球会克服安培力做功消耗机械能，故穿出时的速度一定小于初速度，D 正确；因为金属球进出磁场时，产生的不是恒定电流，由 F＝BIL 知，所受的安培力不是恒力，故不是做匀减速运动，C 错误；穿入和穿出过程都做减速运动，在磁场中做匀速运动，A、B 错误。

　8. 阻尼摆及其示意图如图所示，在轻质杆上固定一金属薄片，轻质杆可以上端 O 点为轴在竖直面内转动，一有界磁场垂直于金属薄片所在的平面。使摆从图中实线位置释放，摆很快就会停止摆动；若将摆改成梳齿状，还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间。试定性分析其原因。

　解析：第一种情况下，阻尼摆进入有界磁场后，在金属薄片中会形成涡流，涡流使金属薄片受安培力的作用，阻碍其相对运动，所以会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到安培力的阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间。

　答案：见解析 【能力提升】

　9．如图所示，两个比荷相同的都带正电荷的粒子 a 和 b 以相同的动能在匀强磁场中运动，a 从 B 1 区运动到 B 2 区，已知 B 2 >B 1 ；b 开始在磁感应强度为 B 1的磁场中做匀速圆周运动，然后磁场逐渐增加到B 2 。则a、b两粒子的动能将(

　)

　A．a 不变，b 增大 B．a 不变，b 变小 C．a、b 都变大 D．a、b 都不变 解析：选 A。a 粒子一直在恒定的磁场中运动，受到的洛伦兹力不做功，动能不变；b 粒子在变化的磁场中运动，由于变化的磁场要产生感生电场，感生电场会对它做正功，A 正确。

　10. 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 B，环上套一电荷量为＋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. 12 r2 qk C．2πr 2 qk D．πr 2 qk 解析：选 D。根据法拉第电磁感应定律可知，磁场变化产生的感生电动势为E＝ ΔBΔtπr 2 ＝kπr 2 ，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＝πr 2 qk，故 D 正确。

　11．(多选)机场、车站和重要活动场所的安检门都安装有金属探测器，其探测金属物的原理简化为：探测器中有一个通有交变电流的线圈，当线圈周围有金属物时，金属物中会产生涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使探测器报警。设线圈中交变电流的大小为 I、频率为 f，要提高探测器的灵敏度，可采取的措施有(

　) A．增大 I B．减小 f C．增大 f D．同时减小 I 和 f 解析：选 AC。增大线圈中交变电流 I 的大小和频率 f，可使金属物中产生的涡流增大，从而提高探测器的灵敏度，A、C 正确。

　12. (多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，一手持式封口机如图所示，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是(

　)

　A．封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B．该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C．封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决 D．该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器 解析：选 CD。由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电，A、B 错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，即控制温度，C 正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，D 正确。

　13．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其左右振动的衰减最有效的方案是(

　)

　 解析：选 A。感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在 A图中，系统振动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，在磁场中的部分有时多有时少，磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的振动；在 B、D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无电流产生；在 C图中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流，故 A 正确，B、C、D 错误。

　14. 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正弦交流电，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(

　)

　A．涡流的磁场总是与线圈的磁场方向相反 B．涡流的大小与通入线圈的交流电频率无关 C．待测工件可以是塑料或橡胶制品 D．通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力 解析：选 D。涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化，根据楞次定律可知，涡流的磁场与线圈的磁场方向可能相同也可能相反，故 A 错误；涡流的大小取决于磁场变化的快慢，故与通入线圈的交流电频率有关，故 B 错误；电磁感应只能发生在金属物体中，故待测工件只能是金属制品，故 C 错误；因为线圈交流电是周期性变化的，故在待测工件中引起的交流电也是周期性变化的，可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力，故 D 正确。

　15. 弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现(

　)

　A．S 闭合时振幅逐渐减小，S 断开时振幅不变 B．S 闭合时振幅逐渐增大，S 断开时振幅不变 C．S 闭合或断开，振幅变化相同 D．S 闭合或断开，振幅都不发生变化

　解析：选 A。若 S 断开，磁铁振动时穿过线圈的磁通量发生变化，但线圈中无感应电流，故振幅不变；若 S 闭合，有感应电流，有电能产生，磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减小。