第03讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（预习）（解析版）-2025版高二物理寒假精-品讲义

第03讲涡流、电磁阻尼和电磁驱动（预习）模块一思维导图串知识模块二基础知识全梳理（吃透教材）模块三教材习题学解题模块四核心考点精准练（7大考点）模块五小试牛刀过关测1．理解涡流、电磁阻尼和电磁驱动，能解释一些现象，解决实际问题。2.明确涡流的原理，知道涡流的利与弊，能在问题情境中分析并解决问题。3.了解电磁阻尼和电磁驱动现象，理解电磁阻尼和电磁驱动的原理及其应用。知识点1：电磁感应现象中的感生电动势【情境导入】如图所示，B增强时，就会在空间激发一个感生电场E.如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向移动，产生感应电流．(1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？(2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？答案(1)感应电流的方向与正电荷定向移动的方向相同．感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向与感应电流的方向相同，感生电场的方向可以用楞次定律来判定．(2)感生电场对自由电荷的作用．1．感生电场麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场．2．感生电动势由感生电场产生的电动势叫感生电动势．3．电子感应加速器电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速．1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动．2．感生电场可用电场线形象描述．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合．3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)计算．知识点二涡流【情境导入】如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？答案有．变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流．1．涡流的产生当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流．3．产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中．(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．4．产生涡流时的能量转化(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能．(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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．5．涡流的应用与防止(1)应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等．(2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯．知识点三电磁阻尼和电磁驱动【情境导入】弹簧上端固定，下端悬挂一个磁体．将磁体托起到某一高度后放开，磁体能上下振动较长时间才停下来．如果在磁体下端放一个固定的闭合线圈，使磁体上下振动时穿过它(如图所示)，磁体就会很快停下来，解释这个现象．答案当磁体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体靠近或离开线圈，也就使磁体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．【知识梳理】1.电磁阻尼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的运动，这种现象称为电磁阻尼．2.电磁驱动若磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，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，这种作用常常称为电磁驱动．3.电磁阻尼和电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由导体在磁场中运动形成的由磁场运动而形成的效果安培力方向与导体运动方向相反，为阻力安培力方向与导体运动方向相同，为动力能量转化克服安培力做功，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共同点两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动教材习题01如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯。接通交流电源，一段时间后，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，线圈的匝数和交流电源的频率应该如何改变？哪种家用电器的原理与此类似？解题方法若要缩短上述加热时间，即增大加热功率，则可增大感应电动势，则根据法拉第电磁感应定律可知，可以通过增加线圈的匝数或增加交流电源的频率（即增加磁通量的变化率）来增大感应电动势，从而缩短上述加热时间。电磁炉的原理与此类似。【答案】增加线圈的匝数、增加交流电源的频率，电磁炉。教材习题02一轻质弹簧上端固定，下端悬挂一条形磁铁。一次在磁铁下方固定一闭合线圈（如图），另一次不放线圈，然后将磁铁下拉相同的距离后释放。你认为两次磁铁振动的时间有区别吗？为什么？解题方法放线圈时磁铁很快停止振动，不放线圈时磁铁振动较长时间后才停止。在磁铁上下振动的过程中，线圈中磁通量发生变化而会产生感应电流，感应电流的磁场使磁铁上下振动时始终受到阻碍作用，也就使磁铁振动时除了要克服空气阻力做功外，还需要克服安培力做功，所以弹簧和磁铁整体的机械能减少得更快，因而磁铁很快就会停下来。【答案】略。教材习题03如图所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两极之间，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕轴转动。当转动蹄形磁体时，线圈也跟着转动起来，解释这种现象，并说明线圈转动的能量从何而来。解题方法当蹄形磁铁转动时，穿过闭合线圈的磁通量就发生变化。线圈处于图示初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就要增加。根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，感应电流的磁场就要阻碍磁通量的增加，即线圈的转动方向与磁铁的转动方向相同，以阻碍磁通量的增加，因而线圈跟着磁铁同向转动起来。使线圈转动的能量是由磁铁转动的机械能转化而来。【答案】略。考点1：涡流的原理（1）涡流是整块导体中发生的电磁感应现象；（2）导体内部发热的原理是电流的热效应，热量的计算遵守能量守恒定律和焦耳定律。【典例1】（多选）关于涡流，下列说法正确的是（）A．涡流会使铁芯温度升高 B．涡流发热，要损耗额外的能量C．涡流都是有害的 D．金属通以恒定电流会产生涡流【答案】AB【详解】A．涡流会使铁芯温度升高，故A正确；B．涡流发热，要损耗额外的能量，故B正确；C．涡流并不都是有害的，比如真空冶炼炉利用涡流炼化金属，故C错误；D．金属通以恒定电流不会产生涡流，故D错误；故选AB。【变式1-1】如图所示，金属探测器有较高的灵敏度，可以探测到金属物体。探测器内有电源及相应电路，打开开关后探测器内会产生电流。探测器回路很容易受到其他磁场的影响而使仪器报警。下列说法正确的是（）A．探测器回路内可能为恒定的直流电流B．用探测器扫描塑料板时，塑料板内会产生感应电流C．被探测金属内会产生涡流，涡流产生的磁场使探测器报警D．若用探测器探测残破的古铜币，探测器不会报警【答案】C【详解】AC．变化的磁场才能使金属中产生涡流，涡流产生的磁场影响探测器，进而使其报警，可知探测器回路内的电流为变化的电流，A错误，C正确；B．塑料板内无大量可自由移动的电子，不会产生感应电流，B错误；D．残破的古铜币内会产生涡流，探测器会报警，D错误。故选C。【变式1-2】（多选）高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，下列情况中能使焊接处消耗的电功率增大的是（）A．其他条件不变，增大交变电流的电压 B．其他条件不变，增大交变电流的频率C．感应电流相同的条件下，增大焊接处的接触电阻D．感应电流相同的条件下，减小焊接处的接触电阻【答案】ABC【详解】A．增大交变电流的电压，其他条件不变，则线圈中交变电流增大，磁通量变化率增大，因此产生的感应电动势增大，感应电流也增大，那么焊接处消耗的电功率增大，故A正确；B．高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处消耗的电功率越大，故B正确；CD．感应电流相同条件下，增大焊接缝的接触电阻，由可知焊缝处消耗的电功率增大，故C正确，D错误。故选ABC。考点2：电磁灶的结构和原理【典例2】电磁炉（图甲）是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学依据电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图乙所示。在线圈上放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（）A．家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差C．简易电磁炉工作时，利用自感产生的电流来加热水D．仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间【答案】D【详解】A．家用电磁炉工作时，通过锅体的磁通量发生变化，锅体中会产生涡流，利用涡流的热效应来加热食物或者水，故A错误；B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷中不能产生涡流，铁中能产生涡流，故B错误；C．简易电磁炉工作时，金属杯中会产生涡流，利用涡流的热效应来加热水，故C错误；D．仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，通过金属杯的磁通量变化率增大，感应电动势增大，感应电流增大，电功率增大，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间，故D正确。故选D。【变式2-1】电磁炉（或电磁灶）是家家户户常见的电器，如图所示.关于电磁炉，以下说法中正确的是（）A．烹调锅换成陶瓷的也可以正常加热食物B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的C．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的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【答案】B【详解】ABC.由题意知，电磁炉的原理是利用涡流加热的.交变电流通过线圈产生变化的磁场，在铁质锅体底部产生涡流，使锅体被加热，从而加热锅内食物，烹调锅换成陶瓷的不可以正常加热食物，故AC错误，B项正确；D.电磁炉工作依靠变化的磁场传递能量，在锅和电磁炉中间放一纸板，电磁炉依然能起到加热的作用，故D错误。故选B。【变式2-2】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．把不锈钢锅换成陶瓷锅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．陶瓷不是磁性材料，把不锈钢锅换成陶瓷锅，则不会产生涡流，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，锅具中不会有感应电流，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。考点3：报警器的结构和原理【典例3】如图所示，甲、乙为形状与大小均相同且内壁光滑的圆筒，竖直固定在相同高度。两块相同的钕铁硼强磁铁，从甲、乙上端筒口同一高度同时无初速度释放，穿过乙筒的磁铁先落到地面。关于两圆筒的制作材料，下列可能正确的是（）A．甲—塑料，乙—铝 B．甲—铜，乙—胶木C．甲—玻璃，乙—塑料 D．甲—毛竹，乙—木头【答案】B【详解】由题意可知，穿过乙筒的磁铁比穿过甲筒的磁铁先落到地面，故说明磁铁在甲筒时受到阻力作用；其原因是金属导体切割磁感线，从而使闭合的导体中产生感应电流，由于磁极间的相互作用而使条形磁铁受向上的阻力；故甲筒应为金属导体，如铜、铝、铁等，而乙筒应为绝缘体，如塑料、胶木等，故B正确，ACD错误；故选B。【变式3-1】水平放置的玻璃板上方有一用细线悬挂的可自由旋转的小磁针，下方有一水平放置的铜圆盘。圆盘的轴线与小磁针悬线在同一直线上，初始时小磁针与圆盘均处于静止状态。当圆盘绕轴逆时针方向匀速转动时，下列说法正确的是（）A．小磁针不动B．小磁针逆时针方向转动C．小磁针顺时针方向转动D．由于圆盘中没有磁通量的变化，圆盘中没有感应电流【答案】B【详解】铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流（涡流），此电流产生的磁场导致磁针逆时针方向转动，构成电磁驱动。故选B。【变式3-2】（多选）如图所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁两磁极之间（两磁极间磁场可视为匀强磁场），蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动。当蹄形磁铁匀速转动时，线圈也开始转动，当线圈的转动稳定后，有（）A．线圈与蹄形磁铁的转动方向相同 B．线圈与蹄形磁铁的转动方向相反C．线圈中产生交变电流 D．线圈中产生为大小改变、方向不变的电流【答案】AC【详解】AB．根据楞次定律可知，为阻碍磁通量变化，则导致线圈与磁铁转动方向相同，但快慢不一，线圈的转速一定比磁铁转速小，故A正确，B错误；CD．最终达到稳定状态时磁铁比线圈的转速大，则磁铁相对线圈中心轴做匀速圆周运动，所以产生的电流为交流电，故C正确，D错误。故选AC。考点4：磁场主动运动时的驱动力和变化趋势【典例4】将圆柱形强磁铁吸在干电池的负极，强磁铁的N极朝上S极朝下，金属导线折成上端有一支点，下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源的正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池旋转起来．下列判断正确的是（

）A．线框能旋转起来，是因为电场力 B．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转C．电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率 D．导线框将上下振动【答案】C【分析】该装置的原理是电流在磁场中的受力，根据左手定则判断线框的转动方向，根据能量守恒定律判断功率关系．【详解】线框能旋转起来，是因为通电导线在磁场中受到安培力的缘故，选项A错误；磁体的上面为N极，产生斜向上的辐射状的磁感线，对导线的右半部分有向下的电流，根据左手定则可知受到向外的磁场力，同理左半部分受到向里的磁场力，可知俯视观察，线框沿顺时针方向旋转，选项BD错误；电池输出的电功率一部分要转化成线框的热功率，则电池的输出功率大于线框旋转的机械功率，选项C正确；故选C.【变式4-1】如图所示，在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽。有一质量为、电荷量为的带正电小球，在槽内沿顺时针方向做匀速圆周运动。现加一竖直向上的均匀变化的匀强磁场，则（）A．小球速度变大 B．小球速度变小 C．小球速度不变 D．小球速度可能变大也可能变小【答案】D【详解】磁场的变化使空间内产生感生电场，但没有说明磁场是变大还是变小，所以产生的感生电场的方向可能与小球运动方向相同也可能相反，则小球速度可能变大也可能变小，所以D正确；ABC错误；故选D。【变式4-2】（多选）如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极.金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都良好接触但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴线旋转起来.下列判断中正确（

）A．线框能旋转起来，是因为电磁感应 B．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转C．电池输出的电功率大线框能转的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的大【答案】BC【详解】由图可知，圆柱形强磁铁产生的磁场为从下端的N极出发，回到磁铁上端的S极；金属导线内的电流方向从电源的正极流向负极.分析右侧导线框，该线框电流方向为顺时针方向，该区域磁场方向为逆时针方向，根据左手定则可以判断出导线框受到垂直于纸面向里的安培力，同理可以判断左侧导线框受到垂直于纸面向外的安培力，故线框能够在安培力的作用下沿逆时针方向旋转，而并不是因为电磁感应，故A项错误，B项正确；电池输出的电能转化为线框旋转的机械能以及导线的内能两部分，由能量守恒定律知，电流输出的电能大于线框旋转的机械能，再由可知电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率.随着线框由静止开始转动，安培力做功消耗电能，当旋转达到稳定时，因导线切割磁感线产生反电动势，所以此时线框中的电流比刚开始转动时的小，故C项正确，D项错误.考点5：导体框在方向交替变化的运动磁场中的运动情况及能量转化【典例5】电磁阻尼可以无磨损地使运动的线圈快速停下来。如图所示，扇形铜框在绝缘细杆作用下绕转轴O在同一水平面内快速逆时针转动，虚线把圆环分成八等份，扇形铜框恰好可以与其中份重合。为使线框快速停下来，实验小组设计了以下几种方案，其中虚线为匀强磁场的理想边界，边界内磁场大小均相同，其中最合理的是（）A．B．C． D．【答案】C【详解】扇形铜框逆时针转动时，对于A、D选项，通过铜框的磁通量不发生变化，无感应电流产生，则线圈不会受到安培力阻碍；对于B、C选项，通过铜框的磁通量发生变化，产生感应电流，B项的铜框只有单边或受到安培阻力作用，而C项的铜框边、边同时受到安培阻力作用，所以最合理的是C选项。故ABD错误，C正确。故选C。【变式5-1】如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO‘转动，当从上往下看磁铁做逆时针转动后，则【】A．线圈将逆时方向转动，转速与磁铁相同 B．线圈将逆时方向转动，转速比磁铁小C．线圈将逆时方向转动，转速比磁铁大 D．线圈仍将静止【答案】B【详解】当转动磁铁时，导致线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电流，出现安培力，导致线圈转动从上往下看用力使磁铁作逆时针转动时，则导致线圈与磁铁转动方向相同，根据楞次定律可知，感应电流方向始终是adcba，AD错误；根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致线圈与磁铁转动方向相同，但快慢不一，线圈的转速一定比磁铁转速小，B正确C错误．【变式5-2】（多选）如图所示，竖直平面内过O点的竖直虚线左右两侧有垂直纸面大小相等、方向相反的水平匀强磁场，一导体圆环用绝缘细线连接悬挂于O点，将导体圆环拉到图示a位置静止释放，圆环绕O点摆动，则（）A．导体圆环从a运动到b位置的过程中，有顺时针方向电流B．导体圆环从b运动到c位置的过程中，电流总是顺时针方向C．导体圆环在b位置的速度大小与c位置速度大小不相等D．导体圆环向右最多能摆到与a位置等高的位置【答案】BC【详解】A．导体环从a运动到b位置的过程中，磁通量不变，没有感应电流，故A错误；B．导体环从b运动到c位置的过程中，垂直纸面向里的磁场对应的磁通量在减小，根据楞次定律，感应电流方向为顺时针方向，垂直纸面向外的磁场对应的磁通量在增大，根据楞次定律，感应电流方向为顺时针方向，所以电流总是顺时针方向。故B正确；CD．从b到c，该过程重力不做功，但是发生电磁感应，动能转化为电能，速度减小，导体环在b位置和c位置速度大小不相等，也因此，导体环不能摆到与a位置等高的位置，故C正确，D错误。故选BC。考点6：电磁阻尼与电磁驱动的理解（1）电磁阻尼中的安培力为阻力，即安培力阻碍导体与磁场间的相对运动（2）电磁阻尼中机械能转化为电能。【典例6】如图所示，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块摆动通过导体板上方时，导体板内产生涡流。关于阻尼器，下列说法正确的是（

）A．阻尼器摆动时产生的涡流源于外部电源供电B．阻尼器最终将机械能转化为内能C．风速越大，导体板中磁通量变化率越小D．阻尼器摆动时产生的涡流源于电流的磁效应现象【答案】B【详解】AD．阻尼器摆动时，永磁铁通过导体板上方使之磁通量发生变化，从而在导体板中产生涡流，属于电磁感应现象，故AD错误；B．通过阻碍质量块和永磁铁的运动，阻尼器将动能转化为电能，并通过电流做功将电能最终转化为焦耳热，故B正确；C．风速越大，质量块摆动越快，则导体板中磁通量变化率越大，故C错误。故选B。【变式6-1】空间中有足够大的磁场区域，方向如图所示，磁场内有一个竖直固定的半圆形滑轨，滑轨两端在同一水平线上。闭合金属环从滑轨右端静止滑下，不计一切摩擦，下列说法正确的是（

）A．若是匀强磁场，环上滑的最大高度小于h B．若是匀强磁场，环上滑的最大高度等于hC．若是非匀强磁场，环上滑的最大高度等于h D．若是非匀强磁场，环上滑的最大高度大于h【答案】B【详解】AB．若是匀强磁场，金属环在滑动过程中穿过金属环的磁通量恒定，金属环中不会产生感应电流，金属环的机械能守恒，环上滑的最大高度等于h，A错误，B正确；CD．若是非匀强磁场，金属环在滑动过程中，穿过金属环的磁通量发生变化，金属环中会产生感应电流，会产生焦耳热，则根据能量守恒定律可知，金属环的机械能会减少，环上滑的最大高度会小于h，CD错误。故选B。【变式6-2】（多选）如图所示，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，下列说法正确的有（）A．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 B．金属圆盘中的涡流只存在于磁场边界附近C．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 D．若所加匀强磁场穿过整个圆盘，圆盘也会减速【答案】AC【详解】A．所加磁场越强，感应电流越强，安培力越大，对圆盘转动的阻碍越大，故A正确；B．金属圆盘中的涡流是由于磁通量的变化而产生的环形电流存在于磁场所扫过的区域，故B错误；C．把圆盘看成沿半径方向紧密排列的“辐条”，由右手定则知，靠近圆心处电势高，故C正确；D．若将整个圆盘置于磁场中，则圆盘中无感应电流，圆盘将匀速转动，故D错误。故选AC。考点7：电磁驱动原理的其他应用（1）电磁驱动中的安培力是动力，即安培力阻碍导体与磁场间的相对运动；（2）电磁驱动中，电能转化为机械能。【典例7】如图甲所示是一个“简易电动机”，一节5号干电池的正极向上，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框，线框上端的弯折位置与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示，关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（）A．线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系B．从上往下看，该“简易电动机”顺时针旋转C．其工作原理是导线切割磁感线产生感应电流从而使导线框受到安培力而转动D．电池消耗的电能全部转化为线框的动能【答案】B【详解】A．线框①、②两部分导线电阻在电路中是并联关系。故A错误；B．线框的上下两条边受到安培力的作用而发生转动的，根据左手定则可以判断从上往下看，线框将做顺时针转动。故B正确；C．电动机的工作原理是通电导线在磁场中受安培力的作用。故C错误；D．电池消耗的电能一部分用于线框发热产生的内能，一部分提供线框的动能。故D错误。故选B。【变式7-1】物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴自由转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，以下说法正确的是（）A．法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电动势，无感应电流B．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动C．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘D．法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现【答案】C【详解】A．法拉第圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，故A错误；BC．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘或小磁针，都产生感应电流，因安培力的作用，另一个物体也会跟着转动，则转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘，故B错误，C正确；D．如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，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，这种作用就是电磁驱动，显然法拉第圆盘是机械能转化为电能的过程，并不是电磁驱动，故D错误。故选C。【变式7-2】（多选）飞机在航母上弹射起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动的原理如图所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈附近的金属环会被弹射出去。现在固定线圈左侧的同一位置，先后放置两个分别由铜和铝制成的闭合金属环。已知两环横截面积相等，形状、大小相同，且电阻率，合上开关S瞬间（）A．铜环受到的安培力等于铝环受到的安培力 B．若将铜环放置在线圈右方，环将向右运动C．从左侧看，环中感应电流的方向沿顺时针方向 D．电池正负极调换后，金属环不能向左弹射【答案】BC【详解】A.铜环和铝环中产生的感应电动势相同，由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环，故A错误；B．若环放在线圈右方，根据楞次定律判断线圈中产生从右边看逆时针方向的电流，则原线圈对环有向右的安培力，即环将向右运动，故B正确；C.线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，感应电流由左侧看为顺时针，故C正确；D．由增反减同可知，电池正负极调换后，放在左边的金属环仍受力向左，故仍将向左弹出，故D错误。故选BC。一、单选题1．2021年7月25日，台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示为该阻尼器的简化图，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块在导体板上方摆动时，导体板内产生涡电流。下列说法正确的是（

）A．阻尼器摆动时产生的涡电流，源于外部电源B．阻尼器最终将机械能转化成为内能C．导体板电阻率越大，涡电流越大D．导体板上的涡电流的大小与质量块的摆动速率无关【答案】B【详解】A．阻尼器摆动时，永磁铁在导体板上方摆动，磁通量发生变化，从而在导体板内产生涡电流，属于电磁感应现象，A错误；B．通过阻碍质量块和永磁铁的运动，阻尼器将动能转化为电能，并通过电流做功将电能最终转化为内能，B正确；C．导体板电阻率越大，电阻越大，涡电流越小，C错误；D．质量块摆动的速率越大，穿过导体板的磁通量变化越快，产生的感应电动势和涡电流也越大，D错误。故选B。2．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。3．电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（）A．图甲中，发射线圈接入恒定电流也能实现手机充电B．图乙中，电磁炉不能使用陶瓷锅，是因为陶瓷导热性能比金属差C．图丙中，真空冶炼炉的加热原理是利用线圈中电流产生的焦耳热D．图丁中，运输电流表时用导线把两个接线柱连在一起，是利用了电磁阻尼【答案】D【详解】A．图甲中，发射线圈接入恒定电流，其产生的磁场是恒定的，不能使手机产生感应电流，不能实现无线充电，故A错误B．图乙中，电磁炉不能使用陶瓷锅是因为陶瓷锅属于绝缘材料，不会产生涡流，故B错误；C．图丙中，真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生交变磁场，被冶炼的金属产生涡流，产生大量的热从而冶炼金属，故C错误；D．图丁中，电流表在运输时要用导线把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，故D正确。故选D。4．如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来。下列判断中正确的是（）A．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转B．线框能旋转起来，是因为电磁感应C．电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的大【答案】A【详解】AB．由题图可知，圆柱形磁铁产生的磁场为从下端的N极出发，回到磁铁上端的S极；金属导线内的电流方向为从电源的正极流向负极。分析右侧导线框，该线框电流方向为顺时针方向，该区域磁场方向为逆时针方向，画出示意图并根据左手定则可以判断导线框受到垂直于纸面向里的安培力，同理可以判断左侧导线框受到垂直于纸面向外的安培力，故线框能够在安培力的作用下沿逆时针方向旋转，而并不是因为电磁感应，故B错误，A正确。CD．电池输出的电能转化为线框旋转的机械能以及导线发热两部分，由能量守恒定律知，电池输出的电能大于线框旋转的机械能，再由可知电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率。随着线框由静止开始转动，安培力对外做功消耗电能，当旋转达到稳定时，相当于在电路中串联一个发动机，总等效电阻大于线框自身的电阻，而线框刚开始转动时总电阻即为线框自身的电阻，电池电动势不变，由欧姆定律知此时线框中电流比刚开始转动时的小，故CD错误。故选A。5．电磁驱动技术在生活生产、科研和军事中应用广泛。如图所示为一电磁驱动模型，在水平面上固定有两根足够长的平行轨道。轨道左端接有阻值为R的电阻，轨道电阻不计、间距为L，虚线区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直轨道平面向下。长度为L，质量为m、电阻为r的金属棒ab静置于导轨上，金属棒与导轨间的最大静摩擦力大小为，当磁场以速度v水平向右匀速移动时，下列说法中正确的是（）A．金属棒中感应电流的方向为从b到aB．金属棒被驱动后做水平向右的匀加速直线运动C．金属棒受到安培力所做的功等于回路中产生的焦耳热D．若磁场区域足够大，金属棒最终在磁场中达到稳定状态时的速度小于ν【答案】D【详解】A．当磁场开始运动后，棒相对于磁场向左运动，由右手定则得，电流从a到b，故A错误；BD．金属棒被驱动意味着做加速运动由，，得由左手定则得，棒ab受向右的安培力，当时，棒ab开始运动，即得当棒运动后，设棒相对于磁场向左运动的速度为，由，当减小到即时，棒相对于磁场向左匀速运动，即棒以小于v的速度向右匀速直线运动，故B错误，D正确；C．此处能产生感应电流跟安培力做功无关，是因为磁场的匀速运动产生了感应电流，从而产生了焦耳热，故C错误；故选D。6．黄冈市进入了高铁时代。如图所示为安检门原理图，左侧面有一通电线圈，右侧面有一接收线圈。从左往右看，工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向增大的电流，则（

）

A．无人通过安检门时，接收线圈中无感应电流B．若接收线圈中有感应电流，方向一定与左侧线圈电流方向相同C．通过人员携带金属时，金属中会产生涡漩电流D．通过人员携带金属时，接收线圈中无感应电流【答案】C【详解】AB．虽无人通过安检门，但因当左侧线圈中存在顺时针方向增大的电流，可知穿过右侧线圈的磁通量向右且增大，根据楞次定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，与左侧线圈电流方向相反，故AB错误；CD．当通过人员携带金属时，穿过金属片中磁通量发生变化，金属片中会产生涡漩电流，感应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同，金属片的电流会将该空间中的磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，故C正确，D错误。故选C。7．为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼”来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案。甲方案：在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于铝板中间；乙方案：在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于铝框中间。下列说法正确的是（

）A．甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流B．甲方案中，铝板摆动时能产生涡流，起到电磁阻尼的作用C．乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流D．乙方案比甲方案更合理【答案】B【详解】AB．甲方案中，铝板摆动时，扇形铝板的半径切割磁感应线，在铝板内产生涡流，起电磁阻尼的作用，指针能很快停下来，故A错误，B正确；CD．乙方案中，当指针偏转角度较小时，铝框中磁通量不变，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，因此，甲方案更合理，故CD错误。故选B。二、多选题8．下列说法正确的是（）A．图甲中装置可以利用导体棒左右运动研究磁场对通电导线的作用力方向B．图乙中增大电子枪的加速电压，粒子在磁场中运动周期不变C．图丙中真空冶炼炉利用冶炼炉中的涡流产生热量融化金属D．图丁中一只小鸟站在一条通过500A电流的铜质裸导线上，小鸟不会被电死的原因是两爪之间的电压很小。【答案】BD【详解】A．甲图探究产生感应电流的条件，故A错误；B．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有又得可见增大电子枪的加速电压，粒子在磁场中运动周期不变，故B正确；C．丙图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，在冶炼炉内金属中产生涡流，产生大量热量，故C错误；D．小鸟两爪的距离很小，所以两爪之间的电压很小，不会被电死，故D正确。故选BD。9．如图所示，在O点正下方有一个有理想边界的匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（）A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点C．铜环最终将做等幅摆动 D．最终环将静止于最低点【答案】BC【详解】AB.由于铜环进入和离开磁场过程中会产生感应电流，一部分机械能转化为电能，所以铜环运动不到A点的等高点，即B点低于A点，故B正确，A错误；CD.由于环只在进出磁场的过程中才有机械能转化为焦耳热，故当环的振幅减小到环恰好不能穿出磁场时机械能开始保持不变，此后环做等幅摆动，故C正确，D错误。故选BC。10．如图所示，磁场方向垂直于纸面，磁感应强度大小在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布．一钢制圆环用绝缘细线悬挂于O点.将圆环拉至位置a后无初速度释放，圆环摆到右侧最高点b，不计空气阻力．在圆环从a摆向b的过程中（

）A．感应电流方向先是逆时针方向，再顺时针方向，后逆时针方向B．感应电流的大小是先增大再减