2.3涡流电磁阻尼和电磁驱动

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动姓名：___________班级：___________1．如图所示为电磁驱动的简易图，永久磁体转动起来后对铝盘产生安培力，最后指针指在某一位置。下列说法正确的是（）A．永久磁体转动时，铝盘的转动方向可能与永久磁体的转动方向相反B．铝盘转动的角速度一定小于永久磁体的角速度C．该装置是将磁场能转化为电能D．如果忽略一切摩擦，永久磁体停止转动后，铝盘将一直转动下去【答案】B【详解】AB．该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘磁场总是阻碍永久磁铁转动，要使减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁铁转动方向与铝盘转动方向相同，且铝盘转动的角速度小于永久磁体的角速度，故A错误，B正确；C．在电磁驱动的过程中，通过安培力做功消耗电能转化为机械能，故C错误；D．当磁铁停止转动后，如果忽略一切摩擦，铝盘速度减小直至停止，故D错误。故选B。2．如图所示，薄玻璃板上放有两个粗细相同的玻璃水杯，杯中装入质量相等的水，其中右侧水杯内的底面平放一薄铜片，在两个水杯中都放入温度传感器用来测温度。玻璃板的下方一装有多个磁铁的塑料圆盘旋转起来，经过一段时间，可以观测到右侧水杯中水温明显上升，而左侧水杯中的水温没有变化，这是因为（）A．磁铁使水杯中的水产生涡流引起的B．磁铁使水杯底部的铜片产生涡流引起的C．磁铁与空气摩擦生热引起的D．磁铁使水杯底部的铜片磁化引起的【答案】B【详解】A．水是绝缘体，磁铁不能使水产生涡流，A错误；B．磁铁在转动过程中，通过铜片的磁通量发生变化，在铜片中产生涡流，电流生热使水的温度升高，B正确；C．若空气摩擦生热，对两侧水温的影响应该是一样的，不能仅一侧升温明显，C错误；D．磁铁不能使铜片磁化，且磁化也不能产生热量，D错误。故选B。3．一弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，让磁铁上下振动，若要使磁铁很快停下，下列铝框放置方式效果最明显的是（）A． B．C． D．【答案】A【详解】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，这样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。故铝框放置方式效果最明显的是图A。故选A。4．为了研究电磁炉的工作原理，某个同学制作了一个简易装置，如图所示，将一根电线缠绕在铁芯外部，接通交流电源，放置在铁芯上方的不锈钢锅具开始发热，下述可以增大锅具的发热功率的办法，可行的是（

）A．增大交流电源的频率B．把不锈钢锅换成铜锅C．将电源换成电动势更大的直流电源D．把线圈内部铁芯去掉【答案】A【详解】A．当下方线圈通入交流电时，在不锈钢锅具中会产生感应电动势，形成涡流而产生热量，因感应电动势与电流的变化率成正比，增大交流电源的频率，感应电动势增大，电流增大，热功率增大，故A正确；B．涡流的产生和锅具的磁导率有关，像铁锅这类磁导率好的锅具，放在电磁炉上面时，锅底会出现大量的涡电流，释放的热能也会更多，对食物的加热效果也更好。而铜的磁导率很小，把它放在电磁炉上面，锅底产生的涡流很弱，热功率变小，锅几乎不怎么发热，故B错误；C．换成直流电源，恒定电流产生恒定的磁场，穿过线圈的磁通量不变，线圈中不会有感应电流，热功率为0，故C错误；D．把线圈内部铁芯去掉，则磁场减弱，感应电动势减小，感应电流减小，热功率变小，故D错误。故选A。5．如图所示，把一铁块放入通电线圈内部、一段时间后，铁块就会“烧”得通红。下列说法中正确的是（）A．铁块中产生了涡流B．线圈接的是干电池C．如果是用木块放在线圈内部，木块可能会燃烧D．如果是将手指伸入线圈内部，手指可能被“烧”伤【答案】A【详解】A．当线圈通入变化的电流时，会在线圈内部会产生变化的磁场，而铁块放在线圈内部，则在铁块内部会有变化的磁场，而变化的磁场能够产生电场，因此会在铁块内部形成涡流，而根据电流的热效应，铁块会被“烧”得通红，故A正确；B．干电池提供的是直流电，当线圈接干电池时，线圈中的电流恒定，将产生恒定的磁场，不能产生变化的磁场，而根据电磁感应原理可知，恒定的磁场不能产生电场，则铁块中不能产生涡流，铁矿也不会被“烧”得通红，故B错误；C．由于木块不是导体，因此木块放在线圈内部时木块中不会有感应电流产生，木块也不可能会燃烧，故C错误；D．人的手指虽然是导体，但手指在变化的磁场中不能形成闭合的电流，也就不能产生涡流，因此手指不可能被“烧”伤，故D错误。故选A。6．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（）A．图甲中转动蹄形磁体时，静止的铝框（可绕轴自由转动）会随磁体同向转动B．图乙中蹄形磁体靠近自由转动的铜盘时，铜盘转速不变C．图丙中磁电式电流表中铝框骨架若用质量相等的塑料框替代效果相同D．图丁中磁体从内壁光滑闭合竖直铝管的上端静止释放，磁体做自由落体运动【答案】A【详解】A．根据电磁驱动原理，图中当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁体转动的慢，故A正确；B．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，产生安培力导致铜盘转动受到阻碍；则B错误；C．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，若用质量相等的塑料框不会产生感应电流，因此不会产生阻碍效果，C错误；D．磁体在铝管中下落时，铝管产生涡流，对小圆柱产生向上的阻力，所以磁体不是做自由落体运动，D错误。故选A。7．如图所示的几种电器，工作原理与其他几个不同的是（

）A．金属探测器 B．无线充电器C．高频焊接机 D．电热取暖扇【答案】D【详解】金属探测器、无线充电器、高频焊接机工作原理均为电磁感应，电热取暖扇利用电流的热效应。故选D。8．（多选题）电磁灶（又叫电磁炉）的基本结构图如图甲所示，利用电磁感应产生涡流的原理对食物进行加热，利用涡流现象来冶炼钢铁的炼钢炉装置如图乙所示，下列说法正确的是（）

A．电磁灶的加热原理先是电能变成磁能，然后产生涡流最后产生焦耳热B．铁质锅换成铜、铝锅，其加热效果与铁质锅一样C．炼钢炉通上恒定电流也可以冶炼钢铁D．炼钢炉的涡流现象与电磁灶的涡流现象本质相同，结构也类似【答案】AD【详解】A．电磁灶的加热原理是变化电流产生变化磁场，然后产生涡流最后产生焦耳热，A正确；B．由于铜、铝的电阻比较小，在电磁感应中不能满足需要的发热功率，故铁质锅不能换成铜、铝锅，加热效果不同，B错误；C．炼钢炉通上恒定电流产生的磁场是恒定磁场，通过钢铁的磁通量不变，不会产生涡流即感应电流，则不能冶炼钢铁，C错误；D．炼钢炉的涡流现象与电磁灶的涡流现象本质相同，都是电磁感应现象，结构也类似，都是铁质金属整体能产生涡流的结构装置，D正确。故选AD。9．（多选题）电磁灶是现代家庭中的理想灶具，如图甲、乙是某型号电磁灶的部分解剖图和竖直方向的截面图。下列有关电磁灶的说法正确的是（）A．电磁灶在使用时主要利用涡流热效应B．电磁灶发热原理与电炉相同C．不锈钢锅、铝锅均可在电磁灶上使用D．电磁灶加热食物是电磁感应在生活中的应用【答案】AD【详解】A．电磁灶是涡流现象在生活中的应用，故A正确；BD．电磁灶使用时，线圈将电能转化为电磁能，锅又将电磁能转化为电能，电能通过涡电流做功再转化为内能，电炉利用的是电流的热效应。故B错误，D正确；C．铁质锅、不锈钢锅可在电磁灶上使用，铝锅不可在电磁灶上使用，故C错误。故选AD。10．下列关于电磁现象的说法中，正确的是（）A．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成是为了增大涡流B．搬运电流表时将正负接线柱用导线连在一起是利用了电磁阻尼的原理C．机场用于安全检查的安全门能够检查出毒贩携带的毒品D．摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会和磁铁同向转动且转得比磁铁快【答案】B【详解】A．在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是减小涡流，故A错误；B．在运输过程中，由于振动会使指针不停摆动，可能使指针损坏，将接线柱用导线连在一起，相当于把表的线圈电路组成闭合电路，在指针摆动过程中线圈切割磁感线产生感应电流，利用电磁阻尼原理，阻碍指针摆动，防止指针因撞击而变形，故B正确；C．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，可知，安检门不能检查出毒贩携带的毒品，故C错误；D．摇动手柄使蹄形磁铁转动，由电磁驱动原理可知，铝框会和磁铁同向转动，但比磁铁转的慢，故D错误。故选B。11．请分析电流表在运输途中为了防止指针的晃动，用导线将哪两个接线柱连接起来效果最佳（）A．连接接线柱“”与接线柱“0.6”B．连接接线柱“”与接线柱“3”C．连接接线柱“0.6”与接线柱“3”D．把接线柱“0.6”接地【答案】A【详解】由电流表的内部电路连接照片可得其电路图如图所示连接接线柱“”与接线柱“0.6”时，电流表晃动使线圈转动产生电动势，流过G表的电流较大，阻尼效果最好；故选A。12．（多选题）关于以下四幅课本上的插图，下列说法正确的是（）A．如图甲，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后弹簧上下振动B．图乙是速度选择器示意图，带电粒子能够从N向M沿直线匀速通过C．图丙是真空冶炼炉，耐火材料制成的冶炼锅外的线圈通入高频交流电时，被冶炼的金属内部产生很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化D．图丁中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会反向转动【答案】AC【详解】A．当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场，根据安培定则知，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，各圈导线之间失去了相互吸引力，弹簧又恢复原长，使得弹簧下端又与水银接触，弹簧中又有了电流，开始重复上述过程，弹簧上下振动，故A正确；B．图乙中假设粒子带正电，从N向M运动，电场力的方向向下，洛伦兹力方向也向下，无法平衡，则不能做匀速直线运动，故B错误；C．图丙是真空冶炼炉，耐火材料制成的冶炼锅外的线圈通入高频交流电时，被冶炼的金属内部产生很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化，故C正确；D．根据电磁驱动原理，图丁中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，磁铁比铝框转得快，故D错误。故选AC。13．（多选题）人类历史上第一台发电机——圆盘发电机，其结构示意图如图甲所示，圆盘所在处的匀强磁场的磁感应强度大小为B；高速制动涡流闸的结构示意图如图乙所示，圆盘正在转动；电磁驱动的结构示意图如图丙所示，磁铁正在转动；磁电式电流表的内部结构图如图丁所示。下列说法正确的是（

）A．甲图中，当圆盘的角速度为、边缘的线速度为v时，感应电动势为B．乙图中，圆盘转动越快，受到的阻力越大C．丙图中，磁铁转动，圆盘也跟着转动，稳定时磁铁与圆盘转动的角速度相等D．丁图中，里面的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，因为铝框中能产生感应电流，磁场对该感应电流的安培力有助于偏转指针停下来【答案】BD【详解】A．甲图中，当圆盘的角速度为、边缘的线速度为v时，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势为其中解得故A错误；B．乙图中，由E=BLv可知，产生的感应电动势和感应电流越大，轮子受到的阻力（安培力）越大，故B正确；C．丙图中，当磁铁转动时，由于电磁感应，圆盘也跟着转动，稳定时圆盘转动的角速度小于磁铁转动的角速度，故C错误；D．线圈的框架选择铝质材料，是因为铝框转动时产生涡流，阻碍线圈的转动，这样有利于指针很快地稳定指到读数位置上，故D正确；故选BD。14．（多选题）高铁常用磁刹车系统，某同学为研究其工作原理让铜盘处于磁场方向均垂直于其平面的磁场中进行实验。如图甲：圆形匀强磁场区域与铜盘是同心圆且面积小于铜盘面积；如图乙，磁场区域与甲相同，磁场的磁感应强度从左到右减小；如图丙，匀强磁场区域与甲相同，磁场的磁感应强度随时间均匀减小；如图丁，圆形匀强磁场区域处于铜盘的一侧。现给铜盘一初始角速度，整个过程忽略空气阻力和摩擦阻力的影响，忽略铜盘厚度，则铜盘能停下来的是（）A．图甲 B．图乙 C．图丙 D．图丁【答案】BD【详解】AB．图甲中圆形匀强磁场区域与铜盘是同心圆且面积小于铜盘面积，可知在铜盘转动过程中，穿过铜盘的磁通量并不会发生改变，因此没有感应电流产生；而乙图中磁场的磁感应强度从左到右减小，因此在铜盘转动时，穿过铜盘某一面积的磁通量将不断发生改变，铜盘内将有涡流产生，铜盘将受到安培力的阻碍作用从而停止运动，故A错误，B正确；C．图丙中匀强磁场区域与甲相同，但磁场的磁感应强度随时间均匀减小，可知穿过铜盘的磁通量发生改变，由于磁感应强度随时间均匀减小，因此铜盘中将产生恒定大小的感应电流，但铜盘受安培力的合力为零，不产生电磁阻尼的作用，因此铜盘不会停止运动，故C错误；D．图丁中圆形匀强磁场区域处于铜盘的一侧，则在铜盘运动时，铜盘将切割磁感线从而产生感应电流，因此铜盘会在安培力的作用下停止运动，故D正确。故选BD。15．观察图像回答下列问题：（1）如图甲，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？（2）如图乙，磁电式仪表的线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。假定仪表工作时指针向右转动，由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力对铝框的转动产生什么影响？（3）如图丙，转动蹄形磁体，铝框也跟着转动，为什么会这样？【答案】（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析【详解】（1）由图可知，当单匝线圈落入磁场中，线圈最下方的一边在磁场中做切割磁感线运动，由右手定则可知线圈内感应电流的方向为逆时针方向，由左手定则可知线圈受到竖直向上的安培力，所以安培力对线圈的运动有阻碍作用。（2）当仪表工作时，指针向右转动，由右手定则可知，右侧产生的电流向里，右侧铝框将受到向上的安培力，左侧产生的电流向外，左侧铝框受到向下的安培力，铝框受到的安培力与运动方向相反，安培力对铝框起到了阻碍作用。（3）转动蹄形磁体时，穿过铝框的磁通量发生变化，铝框中产生感应电流，铝框将受到安培力作用，从而转动起来。16．仔细观察下列图片回答问题：（1）静止的自由电荷可能受到什么力而定向运动？（2）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种特殊的感生电场，请利用此假设分析图甲中的现象。（3）图甲闭合电路中产生感应电流是因为有感应电动势，哪一种作用扮演了非静电力的角色？（4）如图乙所示，当整块铁块处在变化的磁场中时，请问铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？【答案】（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析；（4）见解析【详解】（1）静止的自由电荷受到感生电场的电场力而定向运动。（2）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种特殊的感生电场，即如果空间存在闭合导体，穿过导体的磁通量增加，根据楞次定律可知，导体中将产生顺时针方向的感应电流。（3）图甲闭合电路中产生感应电流是因为有感应电动势，是由于感生电场的电场力为非静电力。（4）如图乙所示，当整块铁块处在变化的磁场中时，在铁块中产生旋涡状的电流。1．（2024·湖北·高考真题）《梦溪笔谈》中记录了一次罕见的雷击事件：房屋被雷击后，屋内的银饰、宝刀等金属熔化了，但是漆器、刀鞘等非金属却完好（原文为：有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然）。导致金属熔化而非金属完好的原因可能为（）A．摩擦 B．声波 C．涡流 D．光照【答案】C【详解】在雷击事件中金属和非金属都经历了摩擦，声波和光照的影响，而金属能够因电磁感应产生涡流非金属不能，因此可能原因为涡流。故选C。2．（2023·全国·高考真题）一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（）

A．图（c）是用玻璃管获得的图像B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短【答案】A【详解】A．强磁体在铝管中运动，铝管会形成涡流，玻璃是绝缘体故强磁体在玻璃管中运动，玻璃管不会形成涡流。强磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态，做匀速直线运动，而玻璃管中的磁体则一直做加速运动，故由图像可知图（c）的脉冲电流峰值不断增大，说明强磁体的速度在增大，与玻璃管中磁体的运动情况相符，A正确；B．在铝管中下落，脉冲电流的峰值一样，磁通量的变化率相同，故小磁体做匀速运动，B错误；C．在玻璃管中下落，玻璃管为绝缘体，线圈的脉冲电流峰值增大，电流不断在变化，故小磁体受到的电磁阻力在不断变化，C错误；D．强磁体分别从管的上端由静止释放，在铝管中，磁体在线圈间做匀速运动，玻璃管中磁体在线圈间做加速运动，故用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的长，D错误。故选A。3．（2024·甘肃·高考真题）工业上常利用感应电炉冶炼合金，装置如图所示。当线圈中通有交变电流时，下列说法正确的是（