渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動

第二章電磁感應2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動[核心素養(yǎng)·學習目標]物理觀念了解感生電場的概念，了解電子感應加速器的工作原理.科學思維理解渦流的產(chǎn)生原理，了解渦流在生產(chǎn)和生活中的應用.科學探究理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理，了解其在生產(chǎn)和生活中的應用．科學態(tài)度與責任通過渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動等知識應用的實例，感受物理中科學技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。課前課前預習考點一、渦流1．定義由于電磁感應，在導體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的感應電流．2．特點若金屬的電阻率小，渦流往往很強，產(chǎn)生的熱量很多．3．對渦流的理解(1)本質(zhì)：電磁感應現(xiàn)象．(2)條件：穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身構(gòu)成閉合回路．(3)特點：整個導體回路的電阻一般很小，感應電流很大，故金屬塊的發(fā)熱功率很大．4．應用(1)渦流熱效應的應用：如真空冶煉爐．(2)渦流磁效應的應用：如探雷器、安檢門．5．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：用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯．考點二、電磁阻尼和電磁驅(qū)動1．電磁阻尼(1)定義：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現(xiàn)象．(2)應用：電學儀表中利用電磁阻尼使指針很快地停下來，便于讀數(shù)．2．電磁驅(qū)動(1)定義：如果磁場相對于導體轉(zhuǎn)動，在導體中會產(chǎn)生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來的現(xiàn)象．(2)應用：交流感應電動機．知識講解知識講解【知識點總結(jié)】一、電磁感應現(xiàn)象中的感生電場1.感生電場：變化的磁場在周圍空間激發(fā)的電場，叫做感生電場．如果此空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在感生電場的作用下定向移動，而產(chǎn)生感應電流，或者說導體中產(chǎn)生了感生電動勢．2.感生電場的方向：感生電場是產(chǎn)生感應電流或感應電動勢的原因．導體中正電荷定向運動的方向就是感生電場的方向，可由楞次定律判斷．3.感生電動勢：由于感生電場的作用，推動導體中自由電荷定向移動而產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢．感生電動勢在電路中的作用就是電源，其產(chǎn)生電動勢的導體就是內(nèi)電路，當它與外電路連接后就會對外電路供電．其非靜電力就是感生電場對自由電荷的作用．二、渦流1.產(chǎn)生：在變化的磁場中的導體內(nèi)產(chǎn)生的感應電流，就像水中的漩渦。所以把它叫作渦電流，簡稱渦流。2.特點：若金屬的電阻率小，渦流往往很強，產(chǎn)生的熱量很多。3.應用：（1）渦流熱效應的應用：如真空冶煉爐。（2）渦流磁效應的應用：如探雷器、安檢門。4.防止：電動機、變壓器等設備中為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：用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動1.電磁阻尼：（1）產(chǎn)生：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現(xiàn)象。（2）應用：電學儀表中利用電磁阻尼使指針很快地停下來，便于讀數(shù)。2.電磁驅(qū)動：（1）產(chǎn)生：如果磁場相對于導體轉(zhuǎn)動，在導體中會產(chǎn)生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來。（2）應用：交流感應電動機?！敬笳锌偨Y(jié)】一、對渦流的成因及渦流中的能量轉(zhuǎn)化1．渦流產(chǎn)生的條件渦流的本質(zhì)是電磁感應現(xiàn)象，渦流產(chǎn)生條件是穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化．并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路．同時因為整個導體回路的電阻一般很小，所以感應電流很大，就像水中的漩渦．2．可以產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)把塊狀金屬放在變化的磁場中．(2)讓塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動．3．能量變化伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能并最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．如果金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果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(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．4．渦流的利與弊(1)利：利用渦流原理可制成感應爐來冶煉金屬；利用渦流可制成磁電式、感應式電工儀表；電能表中的阻尼器也是利用渦流原理制成的．(2)弊：在電機、變壓器等設備中，由于渦流存在，產(chǎn)生附加損耗，同時磁場減弱造成電器設備效率降低．二、電磁阻尼與電磁驅(qū)動的理解1．電磁驅(qū)動的原因分析當蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量就發(fā)生變化，例如線圈處于如圖所示的初始狀態(tài)時，穿過線圈的磁通量為零，當蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此時線圈中就有感應電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會跟著一起轉(zhuǎn)動起來．楞次定律的一種理解是阻礙相對運動，從而阻礙磁通量的增加，磁鐵轉(zhuǎn)動時，相對于線圈轉(zhuǎn)動，所以線圈也同方向轉(zhuǎn)動，從而“阻礙”這種相對運動，電磁驅(qū)動也可以用楞次定律來解釋．2．電磁阻尼與電磁驅(qū)動的區(qū)別電磁阻尼電磁驅(qū)動區(qū)別產(chǎn)生電流的原因由于導體在磁場中運動由于磁場相對于導體運動，導體中產(chǎn)生感應電流安培力方向安培力方向與導體運動方向相反，阻礙導體運動導體受安培力方向與導體運動方向相同，推動導體運動本質(zhì)聯(lián)系都屬于電磁感應現(xiàn)象，安培力的作用效果是阻礙導體與磁場間發(fā)生相對運動三、對渦流的理解（方法歸納）1.渦流的本質(zhì)：電磁感應現(xiàn)象。2.產(chǎn)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(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（1）金屬塊放在變化的磁場中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（2）如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。四、電磁阻尼和電磁驅(qū)動的比較（方法歸納）電磁阻尼電磁驅(qū)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(zhuǎn)化克服安培力做功,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能磁場能轉(zhuǎn)化為電能,通過安培力做功,電能轉(zhuǎn)化為導體的機械能共同點兩者都是電磁感應現(xiàn)象,導體受到的安培力都是阻礙導體與磁場間的相對運動提醒：電磁阻尼、電磁驅(qū)動都是電磁感應現(xiàn)象，都遵循楞次定律。典型例題典型例題例1、圖為士兵用探雷器進行掃雷，該探雷器利用渦流工作。下列說法正確的是（）A．探雷器使用直流電工作B．渦流是在探雷器的線圈中產(chǎn)生的C．探雷器靜止在地雷上方時，將無法報警D．該探雷器探測網(wǎng)狀金屬物品時，靈敏度會降低【答案】D【詳解】AB．探雷器利用了電磁感應原理，即必須使用交流電工作。探雷器產(chǎn)生的變化的磁場在金屬物品內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流又會產(chǎn)生磁場，反過來影響原來的磁場，引發(fā)探雷器發(fā)出信號。故AB錯誤；C．探雷器靜止在地雷上方時，因為探雷器產(chǎn)生變化的磁場，所以地雷中也能產(chǎn)生渦流，從而引發(fā)探雷器報警，故C錯誤；D．如果該探雷器探測網(wǎng)狀金屬物品時，渦流現(xiàn)象會減弱，則靈敏度會降低，故D正確。故選D。例2、如圖所示，把一個閉合線圈放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體和閉合線圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動。當蹄形磁體從圖示位置開始逆時針轉(zhuǎn)動時，線圈僅在安培力作用下也開始轉(zhuǎn)動，則：（）A．線圈順時針轉(zhuǎn)動，線圈轉(zhuǎn)速小于磁體轉(zhuǎn)速B．線圈逆時針轉(zhuǎn)動，線圈轉(zhuǎn)速等于磁體轉(zhuǎn)速C．線圈在轉(zhuǎn)動過程中有感應電流D．線圈克服安培力做功動能增加【答案】C【詳解】ABC．轉(zhuǎn)動磁鐵時，導致線圈的磁通量增加，從而產(chǎn)生感應電流，出現(xiàn)安培力，導致線圈轉(zhuǎn)動，根據(jù)楞次定律可知，為阻礙磁通量增加，則導致線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動方向相同，但快慢不一，轉(zhuǎn)速比磁鐵??；故AB錯誤，C正確；D．線圈的轉(zhuǎn)動是因為安培力對線圈做功，使線圈動能增加，故D錯誤。故選C。例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(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫熔化焊接，要使焊接處產(chǎn)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【詳解】AB．增大電阻，在相同電流下，焊縫處熱功率大，溫度升的很高，故B正確，不符合題意，A錯誤，符合題意。C．當增大交變電流的電壓，線圈中交流電流增大，則磁通量變化率增大，因此產(chǎn)生感應電動勢增大，感應電流也增大，所以焊接時產(chǎn)生的熱量也增大，故C正確，不符合題意；D．高頻焊接利用高頻交變電流產(chǎn)生高頻交變磁場，在焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，根據(jù)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(chǎn)生的感應電動勢越大，感應電流越大，焊縫處的溫度升高的越快，故D正確，不符合題意。故選A。例4、如圖所示，一根兩端開口的銅管豎直放置，一磁性較強的柱形磁體從上端放入管中，過了較長時間才從銅管下端落出，比自由落體慢了許多，則（）A．磁體下落變慢，主要是由于磁體受到了空氣的阻力B．磁體下落變慢，主要是由于磁體受到金屬銅的吸引C．磁體下落變慢，主要是變化的磁場在銅管內(nèi)激發(fā)出了渦流D．銅管內(nèi)感應電流方向保持不變【答案】C【詳解】ABC．磁體下落變慢，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是磁體下落，變化的磁場在銅管內(nèi)激發(fā)出了渦流，渦流反過來又對強磁鐵產(chǎn)生了很大的阻力，銅管對磁體的作用力方向始終向上，故AB錯誤，C正確；D．根據(jù)楞次定律知銅管對磁體先有向上的斥力，再有向上的吸引力，電流方向發(fā)生改變，故D錯誤。故選C。例5、裝在汽車上的磁性轉(zhuǎn)速表就利用了電磁驅(qū)動，其工作原理如圖所示，下列說法正確的是（）A．永久磁體和鋁盤應裝在同一轉(zhuǎn)軸上，兩者同速轉(zhuǎn)動B．永久磁體和鋁盤應裝在同一轉(zhuǎn)軸上，兩者轉(zhuǎn)動方向相反C．永久磁體相對鋁盤轉(zhuǎn)動，鋁盤中產(chǎn)生感應電流，并受洛倫茲力而轉(zhuǎn)動D．在電磁驅(qū)動的過程中，將其它形式的能轉(zhuǎn)化為機械能【答案】D【詳解】A．永久磁鐵固定在轉(zhuǎn)軸上，鋁盤固定在指針軸上，鋁盤和永久磁體不是同轉(zhuǎn)軸帶動，所以兩者轉(zhuǎn)動不是同步的，故A錯誤；B．該轉(zhuǎn)速表運用了電磁感應原理，由楞次定律知，鋁盤磁場總是阻礙永久磁鐵轉(zhuǎn)動，要使減小穿過鋁盤磁通量的變化，永久磁鐵轉(zhuǎn)動方向與鋁盤轉(zhuǎn)動方向相同，故B錯誤；C．當永久磁鐵隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的磁場，在鋁盤中產(chǎn)生感應電流，這時永久磁鐵的磁場會對鋁盤上的感應電流有安培力的作用，而產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)動的力矩，使指針轉(zhuǎn)動，由于彈簧游絲的反力矩會使指針穩(wěn)定在某一刻度上，故C錯誤；D．在電磁驅(qū)動的過程中，通過安培力做功消耗電能轉(zhuǎn)化為機械能，故D正確；故選D。例6、如圖所示，在圓柱形區(qū)域內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場，磁感應強度的大小B隨時間t的變化關(guān)系為，其中、k為正的常數(shù)在此區(qū)域的水平面內(nèi)固定一個半徑為r的圓環(huán)形內(nèi)壁光滑的細玻璃管，將一電荷量為q的帶正電小球在管內(nèi)由靜止釋放，不考慮帶電小球在運動過程中產(chǎn)生的磁場，則下列說法正確的是（）A．從上往下看，小球?qū)⒃诠軆?nèi)沿順時針方向運動，轉(zhuǎn)動一周的過程中動能增量為B．從上往下看，小球?qū)⒃诠軆?nèi)沿逆時針方向運動，轉(zhuǎn)動一周的過程中動能增量為C．從上往下看，小球?qū)⒃诠軆?nèi)沿順時針方向運動，轉(zhuǎn)動一周的過程中動能增量為D．從上往下看，小球?qū)⒃诠軆?nèi)沿逆時針方向運動，轉(zhuǎn)動一周的過程中動能增量為【答案】選C【詳解】選C，根據(jù)磁感應強度B＝B0+kt可判斷磁場均勻增大，從上往下看，產(chǎn)生順時針方向的感應電場，正電荷受力方向與電場方向相同，所以電荷順時針方向運動，選項BD錯．根據(jù)楞次定律產(chǎn)生的感應電動勢,電荷轉(zhuǎn)動一周電場力做功等于動能增量即，選項C對．強化訓練強化訓練一、單選題1．在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，可拆變壓器如圖所示。為了減小渦流在鐵芯中產(chǎn)生的熱量，鐵芯是由相互絕緣的硅鋼片平行疊成。硅鋼片應平行于______。A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd【答案】D【詳解】變壓器的正視圖如圖：所以要減小渦流在鐵芯中產(chǎn)生的熱量，硅鋼片應平行于平面aehd。故選D。2．如圖，將一空的鋁質(zhì)易拉罐倒扣于筆尖上，在“冂”型木框兩側(cè)各固定一個強銣磁鐵，用電鉆控制木框勻速轉(zhuǎn)動，發(fā)現(xiàn)木框雖然不與易拉罐接觸，但易拉罐也會隨木框轉(zhuǎn)動。則下列說法正確的是（）A．木框的轉(zhuǎn)速總比易拉罐的大 B．易拉罐與木框的轉(zhuǎn)動方向相反C．易拉罐與木框保持相同的轉(zhuǎn)速同方向轉(zhuǎn)動 D．兩個磁鐵必須異名磁極相對【答案】A【詳解】ABC．根據(jù)電磁驅(qū)動原理，易拉罐與木框的轉(zhuǎn)動方向相同，木框的轉(zhuǎn)速總比易拉罐的大，A正確；BC錯誤；D．兩個磁鐵異名磁極或同名磁極相對均可，在磁極附近的易拉罐導體中都會產(chǎn)生渦流，在磁場受安培力使易拉罐跟著木框轉(zhuǎn)動起來，D錯誤。故選A。3．下列關(guān)于教材中四幅插圖的說法，不正確的是（）A．圖甲中，搖動手柄使得蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動，則鋁框會同向轉(zhuǎn)動，且比磁鐵轉(zhuǎn)的慢B．圖乙是真空冶煉爐，當爐外線圈通入高頻交流電時，線圈中會產(chǎn)生大量熱量，從而冶煉金屬C．圖丙中，當人對著話筒講話時線圈中會產(chǎn)生強弱變化的電流，這利用了電磁感應原理D．圖丁是毫安表的表頭，運輸時要把正、負接線柱用導線連在一起，這是為了保護電表指針，利用了電磁阻尼原理【答案】B【詳解】A．由電磁驅(qū)動原理，圖甲中，搖動手柄使得蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動，則鋁框會同向轉(zhuǎn)動，且比磁鐵轉(zhuǎn)的慢，即同向異步，A正確，不符合題意；B．圖乙是真空冶煉爐，當爐外線圈通入高頻交流電時，爐內(nèi)金屬塊中會產(chǎn)生渦流，金屬塊中就會產(chǎn)生大量熱量，從而冶煉金屬，B錯誤，符合題意；C．圖丙中，當人對著話筒講話時線圈就做受迫振動，線圈在磁場中運動，線圈中會產(chǎn)生強弱變化的電流，這利用了電磁感應原理，C正確，不符合題意；D．圖丁是毫安表的表頭，運輸時要把正、負接線柱用導線連在一起，這是為了保護電表指針，利用了電磁阻尼原理，D正確，不符合題意。故選B。4．電磁阻尼可以無磨損地使運動的線圈快速停下來。如圖所示，扇形銅框在絕緣細桿作用下繞轉(zhuǎn)軸O在同一水平面內(nèi)快速逆時針轉(zhuǎn)動，虛線把圓環(huán)分成八等份，扇形銅框恰好可以與其中份重合。為使線框快速停下來，實驗小組設計了以下幾種方案，其中虛線為勻強磁場的理想邊界，邊界內(nèi)磁場大小均相同，其中最合理的是（）A． B．C． D．【答案】C【詳解】扇形銅框逆時針轉(zhuǎn)動時，對于A、D選項，通過銅框的磁通量不發(fā)生變化，無感應電流產(chǎn)生，則線圈不會受到安培力阻礙；對于B、C選項，通過銅框的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電流，B項的銅框只有單邊或受到安培阻力作用，而C項的銅框邊、邊同時受到安培阻力作用，所以最合理的是C選項。故ABD錯誤，C正確。故選C。5．電磁爐又名電磁灶（圖1），它無須明火或傳導式加熱而讓熱直接在鍋底產(chǎn)生，因此熱效率得到了極大的提高。圖2是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是（）A．電磁爐通電線圈加直流電，電流越大，電磁爐加熱效果越好B．電磁爐原理是通電線圈加交流電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱工作C．在鍋和電磁爐中間放一絕緣物質(zhì)，電磁爐不能起到加熱作用D．電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導熱性能較差【答案】B【詳解】A．電磁爐通電線圈加直流電，會產(chǎn)生恒定磁場，穿過鍋底的磁通量不會發(fā)生變化，不能產(chǎn)生渦流，所以沒有加熱效果，故A錯誤；B．電磁爐的原理是磁場感應渦流加熱，即利用交變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場，所以電磁爐通過線圈加交流電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱工作，故B正確；C．在鍋和電磁爐中間放一絕緣物質(zhì)，不會影響渦流的產(chǎn)生，因此不會影響電磁爐的加熱作用，故C錯誤；D．金屬鍋自身產(chǎn)生無數(shù)小渦流而直接加熱鍋，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋屬于絕緣材料，不會產(chǎn)生渦流，而不是因為導熱性能較差，故D錯誤。故選B。6．零刻度在表盤正中間的電流計，非常靈敏，通入電流后，線圈所受安培力和螺旋彈簧的彈力作用達到平衡時，指針在示數(shù)附近的擺動很難停下，使讀數(shù)變得困難。在指針轉(zhuǎn)軸上裝上的扇形鋁框或扇形鋁板，在合適區(qū)域加上磁場，可以解決此困難。下列方案合理的是（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】AC．如圖所示，當指針向左偏轉(zhuǎn)時，鋁框或鋁板可能會離開磁場，產(chǎn)生不了渦流，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，A、C方案不合理，AC錯誤；B．此圖是鋁框，磁場在鋁框中間，當指針偏轉(zhuǎn)角度較小時，鋁框不能切割磁感線，不能產(chǎn)生感應電流，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，B方案不合理，B錯誤；D．此圖是鋁板，磁場在鋁板中間，無論指針偏轉(zhuǎn)角度大小，都會在鋁板上產(chǎn)生渦流，起到電磁阻尼的作用，指針會很快穩(wěn)定的停下，便于讀數(shù)，D方案合理，D正確。故選D。7．為了使靈敏電流計的指針在零刻度附近快速停下，實驗小組的同學利用“電磁阻尼”來實現(xiàn)。他們設計了如圖所示的甲、乙兩種方案，甲方案：在指針轉(zhuǎn)軸上裝上扇形鋁板，磁場位于零刻度中間；乙方案：在指針轉(zhuǎn)軸上裝上扇形鋁框，磁場位于零刻度中間。下列說法正確的是（）A．甲方案中，鋁板擺動時磁通量不變，不會產(chǎn)生感應電流B．甲方案中，鋁板左右擺動時能產(chǎn)生禍流，起電磁阻尼的作用C．乙方案中，鋁框小幅度擺動時一定會產(chǎn)生感應電流D．由于鋁框更輕，所以乙方案比甲方案更加合理【答案】B【詳解】AB．甲方案中，鋁板擺動時，扇形鋁板的半徑切割磁感應線，在鋁板內(nèi)產(chǎn)生渦流，起電磁阻尼的作用，指針能很快停下來，故A錯誤，B正確；CD．乙方案中，當指針偏轉(zhuǎn)角度較小時，鋁框中磁通量不變，不能產(chǎn)生感應電流，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，因此，甲方案更合理，故CD錯誤。故選B。8．1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“阿拉果圓盤實驗”，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(zhuǎn)的磁針，如圖所示，實驗中發(fā)現(xiàn)，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后，下列說法正確的是（）A．因為穿過圓盤的磁通量不變，圓盤上沒有感應電流B．穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化從而產(chǎn)生沿圓盤邊緣的環(huán)形電流C．圓盤內(nèi)局部面積的磁通量變化產(chǎn)生感應電流，從而產(chǎn)生磁場導致磁針轉(zhuǎn)動D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成了環(huán)形電流，此電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動【答案】C【詳解】A．穿過圓盤的磁通量不變，但是圓盤局部面積的磁通量發(fā)生變化，所以在圓盤上有不同的感應電流，從而產(chǎn)生渦流，所以A錯誤；B．穿過整個圓盤的磁通量沒有發(fā)生了變化，所以沿圓盤邊緣沒有產(chǎn)生環(huán)形電流，所以B錯誤；C．圓盤內(nèi)局部面積的磁通量變化產(chǎn)生感應電流，從而產(chǎn)生磁場導致磁針轉(zhuǎn)動，所以C正確；D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成了環(huán)形電流而產(chǎn)生的磁場，由安培定則可判斷出磁場的方向在中心方向豎直向下，其它位置關(guān)于中心對稱，則此電流產(chǎn)生的磁場不會導致磁針轉(zhuǎn)動，所以D錯誤；故選C。9．靈敏電流計的零刻度位于刻度盤中央，為了使靈敏電流計的指針在零刻度附近快速停下，實驗小組的同學設計利用“電磁阻尼”來實現(xiàn)這一目的。他們設計了如圖所示的甲、乙兩種方案，甲方案和乙方案中的相同磁場均位于零刻度線下方，甲方案在指針轉(zhuǎn)軸上裝上扇形鋁板，乙方案在指針轉(zhuǎn)軸上裝上扇形鋁框，下列說法正確的是（）A．因為鋁框較鋁板質(zhì)量小，所以乙方案比甲方案更加合理B．乙方案中，鋁框小幅度擺動時一定會產(chǎn)生感應電流C．甲方案中，即使鋁板擺動幅度很小，鋁板中也能產(chǎn)生渦流D．因為穿過鋁框的磁通量更大，所以乙方案更合理【答案】C【詳解】甲方案中，鋁板擺動時，扇形鋁板的半徑切割磁感線，即使鋁板擺動幅度很小，在鋁板內(nèi)也能形成渦流，起電磁阻尼的作用，指針能很快停下來；乙方案中，當指針偏轉(zhuǎn)角度較小時，鋁框中磁通量不變，不能產(chǎn)生感應電流，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，因此甲方案更合理，C正確，ABD錯誤；故選C。10．如圖是一種電加熱裝置，當把一鐵塊放入線圈中且不接觸線圈，稍等片刻，鐵塊就會燒得通紅，小明同學由此做出了以下一些猜想，其中正確的是（）A．若把一干燥的木棍伸入線圈中，木棍會被燒著B．線圈內(nèi)部一定通有隨時間變化的電流C．線圈內(nèi)部一定通有強度很大的恒定直流D．鐵塊是否會變紅與線圈中電流是否變化無關(guān)【答案】B【詳解】A．由題意可知這是電磁感應現(xiàn)象，木棍不能形成電流，故木棍不會燒著，A錯誤；BCD．變化的電流能產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場可在鐵塊內(nèi)部產(chǎn)生渦流，由于電流的熱效應才把鐵塊燒紅，CD錯誤，B正確。故選B。11．2021年9月3日在北京，香港兩地神舟十二號乘組與近300名香港科技工作者、教師和大中學生展開一場別開生面的天地連線互動。天地連線中，聶海勝示范了太空踩單車。太空單車是利用電磁阻尼的一種體育鍛煉器材。某同學根據(jù)電磁學的相關(guān)知識，設計了這樣的單車原理圖：在銅質(zhì)輪子的外側(cè)有一些磁鐵（與輪子不接觸），人在健身時帶動輪子轉(zhuǎn)動，磁鐵會對輪子產(chǎn)生阻礙，磁鐵與輪子間的距離可以改變，則下列說法正確的是（

）A．輪子受到的阻力大小與其材料電阻率無關(guān)B．若輪子用絕緣材料替換，也能保證相同的效果C．輪子受到的阻力主要來源于銅制輪內(nèi)產(chǎn)生的感應電流受到的安培力D．磁鐵與輪子間距離不變時，輪子轉(zhuǎn)速越大，受到的阻力越小【答案】C【詳解】B．輪子（導體）在磁場中做切割磁感線的運動，會產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，因此不能用絕緣材料替換，B錯誤；AC．輪子在磁場中做切割磁感線運動，會產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，根據(jù)楞次定律可知，磁場會對運動的輪子產(chǎn)生阻力，以阻礙輪子與磁場之間的相對運動，所以輪子受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力，安培力大小與電阻率有關(guān)，故A錯誤，C正確；D．磁鐵與輪子間的距離不變時，輪子轉(zhuǎn)速越大，產(chǎn)生的感應電流越大，輪子受到的阻力越大，D錯誤。故選C。12．在生產(chǎn)和生活中，有時候需要利用渦流效應，有時候需要避免渦流效應，下列關(guān)于渦流應用的說法中不正確的是（）A．真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置B．家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產(chǎn)生的C．阻尼擺擺動時產(chǎn)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，能減小渦流【答案】B【詳解】A．真空冶煉爐是線圈中的電流做周期性變化，在金屬中產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生大量的熱量，熔化金屬的，選項A正確，不符合題意；B．家用電磁爐鍋體中的渦流是由變化的磁場產(chǎn)生的，選項B錯誤，符合題意；C．根據(jù)楞次定律，阻尼擺擺動時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動，選項C正確，不符合題意；D．變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成，能減小渦流，選項D正確，不符合題意。故選B。13．如圖所示，兩條平行虛線之間存在勻強磁場，虛線間的距離為L，磁場方向垂直紙面向里。abcd是位于紙面內(nèi)的梯形線圈，ad與bc間的距離也為L，t＝0時刻，bc邊與磁場區(qū)域邊界重合?，F(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域，取沿a→b→c→d→a方向的感應電流為正，則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中，感應電流I隨時間t變化的圖線可能是下圖中的（）A． B． C． D．【答案】C【詳解】AD．線圈進入磁場的過程中，根據(jù)右手定則可知，感應電流方向為逆時針，即電流為負，當線圈離開磁場時，由右手定則可知，感應電流方向為順時針方向，即電流為正，AD錯誤；BC．線圈進入磁場時，ab、cd在切割磁感線，由右手定則可知，產(chǎn)生的感應電流方向順時針，與bc產(chǎn)生的感應電流方向相反，且ab、cd的有效長度減小，據(jù)感應電動勢的公式E＝Blv可得，感應電動勢越來越小，故感應電流越來越小，同理可知，當線圈離開磁場時，切割磁感線的有效長度減小，感應電動勢越來越小，故感應電流越來越小，B錯誤，C正確。故選C。14．在油電混合小轎車上有一種裝置，剎車時能將車的動能轉(zhuǎn)化為電能，啟動時再將電能轉(zhuǎn)化為動能，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。圖中，甲、乙磁場方向與輪子的轉(zhuǎn)軸平行，丙、丁磁場方向與輪子的轉(zhuǎn)軸垂直，輪子是絕緣體，則采取下列哪個措施，能有效地借助磁場的作用，讓轉(zhuǎn)動的輪子停下（）A．如圖甲，在輪上固定如圖繞制的線圈B．如圖乙，在輪上固定如圖繞制的閉合線圈C．如圖丙，在輪上固定一些細金屬棒，金屬棒與輪子轉(zhuǎn)軸平行D．如圖丁，在輪上固定一些閉合金屬線框，線框長邊與輪子轉(zhuǎn)軸平行【答案】D【詳解】AB．圖甲和圖乙中當輪子轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量都是不變的，不會產(chǎn)生感生電流，則不會有磁場力阻礙輪子的運動，選項AB錯誤；C．圖丙中在輪上固定一些細金屬棒，當輪子轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生感應電動勢，但是不會形成感應電流，則也不會產(chǎn)生磁場力阻礙輪子轉(zhuǎn)動，選項C錯誤；D．圖丁中在輪上固定一些閉合金屬線框，線框長邊與輪子轉(zhuǎn)軸平行，當輪子轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生感應電動勢，形成感應電流，則會產(chǎn)生磁場力阻礙輪子轉(zhuǎn)動，使輪子很快停下來，選項D正確；故選D。15．如圖所示，電磁爐是利用感應電流（渦流）的加熱原理工作的．下列關(guān)于電磁爐的說法，正確的是（）A．電磁爐面板采用陶瓷材料，發(fā)熱部分為鐵鍋底部B．電磁爐面板采用金屬材料，通過面板發(fā)熱加熱鍋內(nèi)食品C．電磁爐可用陶瓷器皿作為鍋具對食品加熱D．改變電子線路的頻率不能改變電磁爐的功率【答案】A【詳解】AB．電磁爐的上表面如果用金屬材料制成，使用電磁爐時，上表面材料發(fā)生電磁感應要損失電能，電磁爐上表面要用絕緣材料制作，發(fā)熱部分為鐵鍋底部，故A正確，B錯誤；C．電磁爐產(chǎn)生變化的電磁場，導致加熱鍋底出現(xiàn)渦流，從而產(chǎn)生熱量，所以電磁爐不能用陶瓷器皿作為鍋具對食品加熱，故C錯誤；D．鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關(guān)，可通過改變電子線路的頻率來改變電磁爐的功率，故D錯誤。故選A。二、解答題16．如圖所示，B增強時，就會在空間激發(fā)一個感生電場E，如果E處空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動，而產(chǎn)生感應電流。（1）感生電場的方向與感應電流的方向有什么關(guān)系？如何判斷感生電場的方向？（2）上述情況下，哪種作用扮演了非靜電力的角色？【答案】（1）見解析；（2）感生電場對自由電荷的作用【詳解】（1）感應電流的方向與正電荷定向移動的方向相同，感生電場的方向與正電荷受力的方向相同，因此，感生電場的方向與感應電流的方向相同，感生電場的方向可以用楞次定律來判定。（2）感生電場對自由電荷的作用。17．如圖所示，水平放置的絕緣桌面上有一個金屬圓環(huán)，圓心的正上方有一個豎直的條形磁鐵。請通過分析形成以下結(jié)論：把條形磁鐵向水平方向移動時，金屬圓環(huán)將受到水平方向運動的驅(qū)動力，驅(qū)動力的方向跟條形磁鐵運動的方向相同?！敬鸢浮恳娊馕觥驹斀狻慨敆l形磁鐵沿軸線豎直向右迅速移動時，閉合導體環(huán)內(nèi)的磁通量減小，因此線圈做出的反應是：根據(jù)“增縮減擴”，則面積有擴大的趨勢，同時根據(jù)“來拒去留”可知線圈將跟隨磁鐵運動，金屬圓環(huán)受安培力向右。18．如圖所示，水平