新人教版高中物理第四章电磁感应第七节涡流电磁阻尼和电磁驱动自我小测含解析选修3_2

涡流、电磁阻尼和电磁驱动时间：45分钟一、单项选择题1.如图所示，一个铜质圆环，无初速度地自位置Ⅰ下落到位置Ⅱ，若圆环下落时其轴线与磁铁悬线重合，圆环面始终水平．位置Ⅰ与位置Ⅱ的高度差为h ，则运动时间( B )A ．等于2h gB ．大于2h gC ．小于2h gD ．无法判定解析：由于电磁阻尼作用，阻碍铜质圆环的下落，所以下落时间大于2h g，故B 项正确． 2．一个半径为r 、质量为m 、电阻为R 的金属圆环，用一根长为L 的绝缘细绳悬挂于O 点，离O 点下方L 2处有一宽度为L4、垂直纸面向里的匀强磁场区域，如图所示．现使圆环从与悬点O 等高位置A 处由静止释放(细绳张直，忽略空气阻力)，摆动过程中金属环所在平面始终垂直磁场，则在达到稳定摆动的整个过程中金属环产生的热量是( C )A ．mgLB ．mg ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 2＋r C ．mg ⎝ ⎛⎭⎪⎫34L ＋r D ．mg (L ＋2r ) 解析：线圈在进入磁场和离开磁场时，磁通量发生变化，产生感应电流，机械能减少．最后线圈在磁场下面摆动，机械能守恒．在整个过程中减少的机械能转变为焦耳热，在达到稳定摆动的整个过程中，金属环减少的机械能为mg ⎝ ⎛⎭⎪⎫34L ＋r . 3．如图所示，四根等长的铝管和铁管(其中C 中铝管不闭合，其他两根铝管和铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内，分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放，忽略空气阻力，则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是( A )A ．t A >tB ＝tC ＝tD B ．t C ＝t A ＝t B ＝t DC ．t C >t A ＝t B ＝tD D ．t C ＝t A >t B ＝t D解析：A 中闭合铝管不会被磁铁磁化，但当磁铁穿过铝管的过程中，铝管可看成很多圈水平放置的铝圈，据楞次定律知，铝圈将发生电磁感应现象，阻碍磁铁的相对运动；因C 中铝管不闭合，所以磁铁穿过铝管的过程不发生电磁感应现象，磁铁做自由落体运动；铁块在B 中铝管和D 中铁管中均做自由落体运动，所以磁铁和铁块在管中运动时间满足t A >t C ＝t B ＝t D ，A 正确．4.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 )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：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．5．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是( C )A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯和小铁锅解析：通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场使导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．故选C.二、多项选择题6．机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品，安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流，关于其工作原理，以下说法正确的是( CD )A．人身上携带的金属物品会被地磁场磁化，在线圈中产生感应电流B．人体在线圈交变电流产生的磁场中运动，产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流C．线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流D．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解析：一般金属物品不一定能被磁化，且地磁场很弱，即使金属被磁化磁性也很弱，作为导体的人体电阻很大，且一般不会与金属物品构成回路，故A、B错误；安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是：线圈中交变电流产生交变磁场，使金属物品中产生涡流，故C 正确；该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流，而线圈中交变电流的变化可以被检测到，故D项正确．7．如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是( AD )。

（同步核心辅导）高中物理第四章7课涡流、电磁阻尼和电磁驱动课后知能检测新人教版选修3-21．如图所示，A、B两图是把带绝缘层的线圈绕在软铁上，C、D两图是把带绝缘层的线圈绕在有机玻璃上，则能产生涡流的是( )【解析】只有穿过整个导体的磁通量发生变化，才产生涡流，B是直流电源不能产生涡流，C、D不是导体，故只有A能产生涡流．【答案】 A2.图4­7­10(2014·泉州高二检测)如图4­7­10所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦)，现让铜盘转动．下面对观察到的现象描述及解释正确的是( ) A．铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去B．铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去C．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下D．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快【解析】铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故C对，A、B、D错．【答案】 C3．(多选)(2014·衡水中学高二检测)如图4­7­11所示，一光滑水平桌面的左半部分处于垂直于纸面向下的匀强磁场内，当一电阻不计的环形导线圈在此水平桌面上向右以某一速度开始滑行时( )图4­7­11A ．若整个线圈在磁场内，线圈一定做匀速运动B ．线圈从磁场内滑到磁场外过程，必做加速运动C ．线圈从磁场内滑到磁场外过程，必做减速运动D ．线圈从磁场内滑到磁场外过程，必定放热【解析】 整个线圈在磁场内时，无感应电流，故不受安培力，线圈做匀速运动，A 对；线圈滑出磁场过程中，产生感应电流，受到阻碍它运动的安培力，故线圈做减速运动，机械能转化为内能，选项B 错，C 、D 对．【答案】 ACD图4­7­124．(2014·山西省实验中学高二检测)光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图4­7­12所示，抛物线的方程为y ＝x 2.其下半部分处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y ＝a 的直线(图中的虚线所示)．一个小金属块从抛物线上y ＝b(b>a)处以速度v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )A ．mgb B.12mv 2＋mgb C ．mg(b －a) D ．mg(b －a)＋12mv 2 【解析】 金属块运动过程中，机械能转化为内能．要注意分析金属块的最终运动状态，以便计算金属块总共损失的机械能，金属块在进出磁场过程中要产生感应电流，机械能要减少，上升的最大高度不断降低，最后刚好滑不出磁场后，就往复运动永不停止．根据能量转化与守恒，整个过程中产生的焦耳热应等于机械能的损失，即Q ＝ΔE ＝12mv 2＋mg(b －a)．故正确答案为D.【答案】 D图4­7­135．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，高频感应炉的示意图如图4­7­13所示．冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中．因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是( ) A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用红外线C．利用交变电流的磁场在冶炼炉内的金属中产生的涡流D．利用交变电流的交变磁场所激发的电磁场【解析】高频感应炉是利用了电磁感应的原理，给线圈通入高频交变电流后，冶炼炉内待冶炼的金属在快速变化的磁场中产生很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化．【答案】 C6．甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转，当给以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图4­7­14所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是( )甲乙图4­7­14A．甲环先停B．乙环先停C．两环同时停下D．无法判断两环停止的先后【解析】由于转动过程中穿过甲环的磁通量不变，穿过乙环的变化，所以甲环中不产生感应电流，乙环中产生感应电流．乙环的机械能不断地转化为电能，最终转化为焦耳热散失掉，所以乙环先停下来．【答案】 B图4­7­157．(2014·西安交大附中高二检测)如图4­7­15所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中，线圈ab 将( )A．静止不动B．顺时针转动C．逆时针转动D．发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动方向【解析】电源极性的不同接法，只是使两磁极之间的磁场方向不同．若电源的正极在右端．则磁场方向水平向右，反之水平向左．P向右端滑动时，变阻器的阻值减小，电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，所以线圈的转动方向应该是使线圈的磁通量减小，由此可见，线圈将绕O轴顺时针方向转动，选项B正确．【答案】 B8．如图4­7­16所示是著名物理学家费曼设计的一个实验，在一块绝缘板中部安装一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，将整个装置悬挂起来，当接通开关瞬间，整个圆盘将( )图4­7­16A．顺时针转动一下B．逆时针转动一下C．顺时针不断转动D．逆时针不断转动【解析】开关接通瞬间，穿过带电小球所在空间向下的磁通量突然增加，由楞次定律知，在带电小球所处空间将产生逆时针方向(从上往下看)的电动势(确切讲，应为逆时针方向电场)，从而使带负电小球受到顺时针方向作用力，由于该变化是瞬间的，故选项A正确．【答案】 A9．在现代家庭的厨房中，电磁炉(如图4­7­17甲)是家庭主妇非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点．利用以下材料并结合已学习的电磁学知识分析、讨论相关问题．甲乙图4­7­17如图4­7­17乙所示是描述电磁炉工作原理的示意图．电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是随电流不断变化的，这个变化的磁场又会使放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热物体的作用．因为电磁炉是由电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用．适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等．综合以上材料分析下列问题：(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有(回答三个即可)：①____________________________________________________；②_______________________________________________________；③_________________________________________________________.(2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是_________________________________________________________________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是____________________________________________________________________．(3)在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？【解析】 (1)①电流的磁效应(或电生磁)；②电磁感应现象(或磁生电)；③电流的热效应(或焦耳定律)．(2)陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生电磁感应现象铝、铜的导磁性太差，效率低(3)能起到加热作用，因为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．【答案】 见解析图4­7­1810．(多选)如图4­7­18所示，通有恒定电流的螺线管竖直放置，一铜环R 沿螺线管的轴线加速下落，在下落过程中，环面始终保持水平．铜环先后经过轴上1、2、3位置时的加速度分别为a 1、a 2、a 3.位置2处于螺线管的中心，位置1、3与位置2等距，则( )A ．a 1<a 2＝gB ．a 3<a 1<gC ．a 1＝a 3<a 2D ．a 3<a 1<a 2【解析】 圆环落入螺线管及从螺线管飞出时，环中感应电流所受安培力向上，故a 1<g ，a 3<g ，但经过3时速度较大，ΔΦΔt较大，所受安培力较大，故a 3<a 1<g.圆环经过位置2时，磁通量不变，不受安培力，a 2＝g ，故A 、B 、D 正确．【答案】 ABD11．如图4­7­19所示，质量为m ＝100 g 的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h ＝0.8 m ，有一质量为M ＝200 g 的小磁铁(长度可忽略)，以v 0＝10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m ，则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看做平抛运动)：图4­7­19(1)铝环向哪边偏斜？(2)若铝环在磁铁穿过后速度为v′ ＝2 m/s ，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？(g ＝10 m/s 2)【解析】 (1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏斜(阻碍相对运动)．(2)由能量守恒可得：由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出穿过后的速度v ＝3.62hg m/s ＝9 m/sE 电＝12Mv 20－12Mv 2－12mv ′2＝1.7 J. 【答案】 (1)铝环向右偏 (2)1.7 J12．如图4­7­20所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A.在弧形轨道上高为h 的地方，无初速释放一磁铁B(可视为质点)，B 下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A 的中心轴运动，设A 、B 的质量分别为M 、m ，若最终A 、B 速度分别为v A 、v B .图4­7­20(1)螺线管A 将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能．【解析】 (1)磁铁B 向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A 向右运动．(2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A 、B 的动能和螺线管中的电能，所以mgh ＝12Mv 2A ＋12mv 2B ＋E 电 即E 电＝mgh －(12Mv 2A ＋12mv 2B )．【答案】 (1)向右 mgh －(12Mv 2A ＋12mv 2B )。

涡流、电磁阻尼和电磁驱动记一记涡流、电磁阻尼和电磁驱动知识体系辨一辨1.涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律．(×)2．通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流．(√)3．变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流．(√)4．在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同．(×)5．在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能．(√)想一想1.请说明涡流现象中的能量转化情况．提示：涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能．2．请说明金属块进出磁场时的能量转化情况．提示：金属块进出磁场时，机械能转化为电能，电能又转化为内能．3．家用电磁炉和微波炉工作原理一样吗？提示：不一样．电磁炉利用涡流的热效应工作，而微波炉利用电磁波工作．思考感悟：练一练1.以下应用与涡流无关的是( )A．高频感应冶炼炉B．汽车的电磁式速度表C．转盘式家用电度表D．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流解析：高频感应冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，炉内的金属中产生涡流；汽车的电磁式速度表即磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电度表(转盘式)的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，应选D.答案：D2．如下图，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动．从上向下看，当磁铁逆时针转动时，那么( )A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁大C．线圈转动时将产生感应电流D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda解析：当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生感应电流，故C项正确；当线圈相对磁铁转过90°时，其感应电流方向不再是abcda，D项错误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度．如果两者的角速度相同，磁感线与线圈处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，故A、B两项错误．答案：C3．(多项选择)如下图是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他局部发热很少，以下说法正确的选项是( )A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大解析：交流电频率越高，那么产生的感应电流越强，升温越快，故A项正确；工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，故D项正确．答案：AD4．如下图，条形磁铁用细线悬挂在O点．O点正下方固定一个水平放置的铝线圈．让磁铁在竖直面内摆动，以下说法中正确的选项是( )A．磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力解析：磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁铁受到感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确．答案：C要点一涡流1.以下做法中可以减小涡流产生的是( )A．在电动机、变压器的线圈中参加铁芯B．电动机、变压器内部铁芯都是由相互绝缘的硅钢片组成C．在电磁冶金中，把交变电流改成直流D．一些大型用电器采用特制的平安开关解析：在电动机、变压器中的线圈中参加铁芯，是为了增强线圈的磁通量，与涡流无关，故A项错误；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，用相互绝缘的硅钢片叠合而成，其目的是为了减小涡流，故B项正确；在电磁冶金中，是利用涡流产生的热量，把交变电流改成直流那么不能使用，故C项错误；一些大型用电器采用特制的平安开关是为了防止断电时由于自感产生的高压，与涡流无关，故D项错误．答案：B2．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．以下相关的说法中正确的选项是( )A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D．电磁炉的上外表一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗解析：锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A项正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B项错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C项错误；电磁炉的上外表如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上外表材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上外表要用绝缘材料制作，故D项错误．答案：A3．(多项选择)如下图，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑但用不同材料制成的圆管，现将两圆管竖直固定在相同高度，将两个带相同磁性的小球同时从A管和B管上端管口处无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面．以下对于两管的描述中可能正确的选项是( )A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的解析：磁性小球穿过金属圆管过程中，将圆管看做许多金属圆环，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，根据楞次定律可知，小球向下运动的加速度小于重力加速度；小球在非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体运动．由以上分析可知，B管中的小球后落地，说明磁性小球使B管产生了涡流，即B管一定是用金属导体材料制成的．应选项A、D两项正确．答案：AD4．(多项选择)涡流检测是工业上无损检测的方法之一．如下图，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．以下说法中正确的选项是( )A．涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化B．涡流的频率等于通入线圈的交流电频率C．通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力D．待测工件可以是塑料或橡胶制品解析：根据楞次定律得知：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化，故A项正确；感应电流的频率与原电流的频率是相同的，涡流的频率等于通入线圈的交流电频率，故B项正确；因为线圈交流电是周期变化的，故在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C项正确；电磁感应只能发生在金属物体上，故待测工件只能是金属制品，故D项错误．答案：ABC要点二电磁阻尼和电磁驱动5.(多项选择)磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是为了( )A．防止涡流而设计的 B．利用涡流而设计的C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，形成涡流，涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后较快停下来．所以，这样做的目的是利用涡流起电磁阻尼的作用，故B、C两项正确．答案：BC6．甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转，当给两环以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经过相同的时间后便停止．假设将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如下图，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，那么以下判断正确的选项是( )A．甲环先停B．乙环先停C．两环同时停下D．无法判断两环停止的先后解析：由于转动过程中穿过甲环的磁通量不变，穿过乙环的磁通量变化，所以甲环中不产生感应电流，乙环中产生感应电流．乙环的机械能不断地转化为电能，最终转化为焦耳热散失掉，所以乙环先停下来，B项正确．答案：B7．将一个闭合金属环用绝缘丝线悬于O点，如下图，虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场，不计空气阻力，将金属环拉至图示位置释放后( ) A．金属环的摆动不会停下来，一直做等幅摆动B．金属环的摆动幅度越来越小，小到某一数值后做等幅摆动C．金属环的摆动最终会停下来D．金属环摆动过程中机械能守恒解析：当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生感应电流，从而阻碍线圈运动，即有机械能通过安培力做负功转化为内能，那么金属环的机械能不守恒，所以金属环最终静止，故A、B、D三项错误，C项正确．答案：C8．如下图，一个铜质圆环，无初速度地自位置Ⅰ下落到位置Ⅱ，假设圆环下落时其轴线与磁铁悬线重合，圆环面始终水平．位置Ⅰ与位置Ⅱ的高度差为h，那么运动时间( )A．等于2hgB．大于2hgC．小于2hgD．无法判定解析：由于圆环下落过程中出现电磁阻尼，阻碍其下落，所以下落时间大于2hg，B项正确．答案：B根底达标1.以下做法中可能产生涡流的是 ( )A．金属块静止在匀强磁场中B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动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：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，所以A、B、C三项错误；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，所以D项正确．答案：D2．以下关于涡流的说法中正确的选项是( )A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C．涡流有热效应，但没有磁效应D．在硅钢片中不能产生涡流解析：涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，又有磁效应．硅钢片中能产生涡流，但电流较小，故A项正确．答案：A3．如下图，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，至落地用时t1，落地时速度为v1；开关S闭合时，至落地用时t2，落地时速度为v2.那么它们的大小关系正确的选项是 ( )A．t1＞t2，v1＞v2B．t1＝t2，v1＝v2C．t1＜t2，v1＜v2D．t1＜t2，v1＞v2解析：开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故a＜g.所以t1＜t2，v1＞v2.D项正确．答案：D4．(多项选择)如下图，金属球从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设球的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，那么( )A．假设是匀强磁场，球滚上的高度小于hB．假设是匀强磁场，球滚上的高度等于hC．假设是非匀强磁场，球滚上的高度等于hD．假设是非匀强磁场，球滚上的高度小于h解析：假设是匀强磁场，金属球从一侧滚上另一侧过程中，穿过金属球的磁通量没发生变化，所以金属球内无涡流产生，也就没有机械能的损失，在另一侧就能滚上原来的高度，故B项正确，A项错误．假设是非匀强磁场，金属球滚动过程中，穿过金属球的磁通量发生变化，所以金属球内产生涡流，机械能损失转化为内能，故另一侧不能到达原来的高度，所以C 项错误，D项正确．答案：BD5．如下图，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，以下说法正确的选项是( )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：条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，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，C项正确．答案：C6．(多项选择)如下图是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，以下说法中正确的选项是( )A．探测器内的探测线圈会产生变化的磁场B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流解析：探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，假设有金属，那么金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警．A、D两项正确．答案：AD7．如下图，一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉至某一位置并释放，圆环摆动过程中(环平面与磁场始终保持垂直)经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界，假设不计空气阻力，那么( )A．圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度B．在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流C．圆环进入磁场后，离最低点越近速度越大，感应电流也越大D．圆环最终将静止在最低点解析：在圆环进入和穿出磁场的过程中，圆环中磁通量发生变化，有感应电流产生，即圆环的机械能向电能转化，其机械能越来越小，上升的高度越来越低，A项错误，B项正确；圆环完全进入磁场后，不再产生感应电流，C项错误；最终圆环将不能摆出磁场，从此无机械能向电能的转化，其摆动的幅度不再变化，D项错误．答案：B8．如下图，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．不计空气阻力，那么小磁块( )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：小磁块在内壁光滑的塑料管Q中，由静止释放做自由落体运动，机械能守恒；小磁块在内壁光滑的铜管P中下落时，那么会产生电磁阻尼阻碍小磁块的运动，比在Q中下落时间长，C项正确，A项错误；在P中下落时由于电磁阻尼产生焦耳热，机械能不守恒，B项错误；由于在P中下落时机械能有损失，落至底部时的速度比在Q中的小，D项错误．答案：C9．(多项选择)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以初速度v水平穿过，如下图，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：磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动，同理，磁铁穿出时产生的相互作用力也阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B项正确；在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，C项正确．答案：BC10．(多项选择)如下图，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．假设要缩短上述加热时间，以下措施可行的有( ) 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：交变电流在铁芯中产生交变磁场，金属杯会产生感应电流而发热，从而使杯内水沸腾．增加线圈的匝数和提高交流电源的频率都可以增大金属杯产生的电流，可缩短加热时间，A、B两项正确；将金属杯换成瓷杯，变化磁场不能使它产生电流，也就不能使水加热，C 项错误；取走线圈中的铁芯，会减小其中的磁场，金属杯产生的电流会减小，从而增加加热的时间，D项错误．答案：AB11．(多项选择)变压器的铁芯是利用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：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．变压器的铁芯是相互绝缘的薄片叠加而成的，从而减小回路的横截面积来减小感应电动势，还增加铁芯的电阻，以降低涡流强度，从而减少能量损耗，提高变压器的效率．答案：BD12．如下图，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的．现把一个蹄形磁铁移近铜盘，那么( )A．铜盘转动将变慢B．铜盘转动将变快C．铜盘仍以原来的转速转动D．铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定解析：当蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘转动将变慢．此题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢，A项正确．答案：A能力达标13．在水平放置的光滑绝缘导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如下图．现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去．各滑块在向磁铁运动的过程中( )A．都做匀速运动 B．甲、乙做加速运动C．甲、乙做减速运动 D．乙、丙做匀速运动解析：甲、乙向磁铁靠近时要产生涡流，受电磁阻尼作用，做减速运动，丙那么不会产生涡流，只能匀速运动．答案：C14．(多项选择)“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，如下图为一手持式封口机，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，到达迅速封口的目的．以下有关说法正确的选项是( )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：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两项错误；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项正确；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，否那么同样会被加热、消耗能量且对容器内物品造成损害，只能是玻璃、塑料等材质，D项正确．答案：CD15．如下图，质量为m ＝100 g 的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h ＝0.8 m ，有一质量为M ＝200 g 的小磁铁(长度可忽略)，以10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m ，那么磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动)：(1)铝环向哪边偏斜？(2)假设铝环在磁铁穿过后速度为 2 m/s ，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？(g 取10 m/s 2)解析：(1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏斜(阻碍相对运动)．(2)由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出穿过后的磁铁速度v ＝ 3.62hgm/s ＝9 m/s ， 由能量守恒可得W 电＝12Mv 20－12Mv 2－12mv ′2＝1.7 J. 答案：(1)铝环向右偏斜 (2)1.7 J。

4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动1.以下应用哪些与涡流没关()A.高频感觉冶炼炉B.汽车的电磁式速度表C.家用电度表D.闭合线圈在匀强磁场中转动,切割磁感线产生的电流【剖析】选D。

真空冶炼炉,炉外线圈通入交变电流,炉内的金属中产生涡流;汽车速度表是磁电式电流表,指针摇动时,铝框骨架中产生涡流;家用电度表(转盘式)的转盘中有涡流产生;闭合线圈在磁场中转动产生感觉电流,不相同于涡流。

2.以下说法中正确的选项是()A.涡流跟平经常有的感觉电流相同,都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B.涡流不是感觉电流,而是一种有别于感觉电流的特别电流C.涡流有热效应,但没有磁效应D.在硅钢中不能够产生涡流【剖析】选A。

涡流实质上是感觉电流,是自己构成的回路在穿过导体的磁通量变化时产生的,所以A对B错。

涡流不但有热效应,同其他电流相同也有磁效应,C 错。

硅钢电阻率大,产生的涡流较小,但还可以产生涡流,D错。

3.(多项选择)以下列图是用涡流金属探测器探测地下金属物的表示图,以下说法中正确的选项是()A.探测器内的探测线圈会产生变化磁场B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C.探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生涡流【剖析】选A、D。

金属探测器利用金属物产生涡流的原理进行工作。

在探头内通入不均匀变化的电流,探测器内的探测线圈就产生变化的磁场,地下的金属物会因涡流而产生磁场反过来影响探测器,故A、D项正确。

4.以下列图,金属球(铜球)下端有通电的线圈,今把小球拉离平衡地址后释放,此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)()A.做等幅振动B.做阻尼振动C.振幅不断增大D.无法判断【剖析】选B。

小球在通电线圈磁场中运动,小球中产生涡流,故小球要碰到安培力作用阻拦它的相对运动,做阻尼振动,故振幅越来越小,A、C、D错误,B正确。

5.(能力挑战题)以下列图,让一金属圆盘凑近磁铁的两极,但不接触,使磁铁转动,圆盘也会跟着转动。

1．(2021年哈师大附中高二检测)下列应用与涡流有关的是()A．家用电磁炉B．家用微波炉C．真空冶炼炉D．探雷器解析:选ACD.家用电磁炉、真空冶炼炉、探雷器都是利用涡流工作，而家用微波炉是利用微波直接作用于食物．图4－7－82．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图4－7－8所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是()A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用线圈中电流产生的磁场C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电解析:选C.高频感应炉的线圈通入高频交变电流时，产生变化的磁场，变化的磁场就能使金属中产生涡流，利用涡流的热效应加热进行冶炼．故选项C正确．A、B、D错误．图4－7－93.如图4－7－9所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后释放，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)()A．做等幅振动B．做阻尼振动C．振幅不断增大D．无法判定解析:选B.小球在通电线圈的磁场中运动，小球中产生涡流，故小球要受到安培力作用阻碍它与线圈的相对运动，做阻尼振动．图4－7－104.老师做了一个物理小实验让学生观察:一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，如图4－7－10所示，同学们看到的现象是()A．磁铁插向左环，横杆发生转动B．磁铁插向右环，横杆发生转动C．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动解析:选B.右环闭合，在此过程中可产生感应电流，环受安培力作用，横杆转动，左环不闭合，无感应电流，无以上现象，选B.图4－7－115．如图4－7－11所示，光滑金属球从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，设金属球初速度为零，曲面光滑，则()A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，球滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h解析:选BD.若是匀强磁场，则穿过球的磁通量不发生变化，球中无涡流，机械能没有损失，故球滚上的高度等于h，选项A错B对；若是非匀强磁场，则穿过球的磁通量发生变化，球中有涡流产生，机械能转化为内能，故球滚上的高度小于h，选项C错D对．一、选择题图4－7－121．如图4－7－12所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯解析:选C.通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．2．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，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．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量D．增大铁芯中的电阻，以减少发热量解析:选BD.不使用整块硅钢而采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是防止涡流而采取的措施．图4－7－133．(2021年合肥高二检测)如图4－7－13所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是()A．铁B．木C．铝D．塑料解析:选C.木球、塑料球在光滑水平面上将做匀速运动，B、D错误；铁球受磁铁的吸引在光滑水平面上将做加速运动，A错误；铝球受电磁阻尼作用在光滑水平面上将做减速运动，C正确．图4－7－144.某磁场磁感线如图4－7－14所示，有铜圆板自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上向下看，圆板中的涡电流方向是()A．始终顺时针B．始终逆时针C．先顺时针再逆时针D．先逆时针再顺时针解析:选C.把圆板从A至B的全过程分成两个阶段处理:第一阶段是圆板自A位置下落到具有最大磁通量的位置O，此过程中穿过圆板磁通量的磁场方向向上且不断增大．由楞次定律判断感应电流方向(自上向下看)是顺时针的；第二阶段是圆板从具有最大磁通量位置O落到B位置，此过程穿过圆板磁通量的磁场方向向上且不断减小，由楞次定律判得感应电流方向(自上向下看)是逆时针的．图4－7－155．如图4－7－15所示，挂在弹簧下端的条形磁铁在闭合线圈内振动，如果空气阻力不计，则下列说法中正确的是()A．磁铁的振幅不变B．磁铁做阻尼振动C．线圈中产生方向不变的电流D．线圈中产生方向变化的电流解析:选BD.尽管不知道条形磁铁的下端是N极还是S极，但是，在条形磁铁上下振动的过程中，周期性地靠近(或远离)闭合线圈，使穿过闭合线圈的磁通量不断变化，从而产生感应电流．根据楞次定律可知，闭合线圈产生感应电流的磁场必然阻碍条形磁铁的振动，使其机械能不断减小，从而做阻尼振动；同时由于条形磁铁在靠近线圈和远离线圈时，穿过闭合线圈的磁通量方向不变，但磁通量的增减情况刚好相反．根据楞次定律可知，线圈中感应电流的方向不断地做周期性变化，即线圈中产生的感应电流是方向变化的电流．图4－7－166．如图4－7－16所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是( )A ．先向左，后向右B ．先向左、后向右、再向左C ．一直向右D ．一直向左解析:选D.当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈内产生感应电流，线圈受到的安培力阻碍线圈相对磁铁的向左运动，故线圈有相对木板向右运动的趋势，故受到的静摩擦力总是向左．选项D 正确，A 、B 、C 错误．图4－7－177．如图4－7－17所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝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 ．进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程中球做加速运动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.小球的运动主要研究两个阶段:一是球进入磁场的过程，由于穿过小球的磁通量增加，在球内垂直磁场的平面上产生涡流，有电能产生，而小球在水平方向上又不受其他外力，所以产生的电能只能是由球的机械能转化而来，由能的转化与守恒可知，其速度减小；二是穿出磁场的过程，同理可得速度进一步减小，故选项D 正确．图4－7－188．如图4－7－18所示，条形磁铁从h 高处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S 断开时，至落地用时t 1，落地时速度为v 1；S 闭合时，至落地用时t 2，落地时速度为v 2，则它们的大小关系正确的是( )A ．t 1＞t 2，v 1＞v 2B ．t 1＝t 2，v 1＝v 2C ．t 1＜t 2，v 1＜v 2D ．t 1＜t 2，v 1＞v 2解析:选D.开关S 断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a ＝g ；当S 闭合时，线圈中有感应电流阻碍磁铁下落，故a ＜g ，所以t 1＜t 2，v 1＞v 2.9．一个半径为r 、质量为m 、电阻为R 的金属圆环，用一根长为L 的绝缘细绳悬挂于O 点，离O 点下方L 2处有一宽度为L 4、垂直纸面向里的匀强磁场区域，如图4－7－19所示．现使圆环从与悬点O 等高位置A 处由静止释放(细绳张直，忽略空气阻力)，摆动过程中金属环所在平面始终垂直磁场，则在达到稳定摆动的整个过程中金属环产生的热量是( )图4－7－19 A ．mgL B ．mg (L 2＋r ) C ．mg (34L ＋r ) D ．mg (L ＋2r ) 解析:选C.线圈在进入磁场和离开磁场时，磁通量发生变化，产生感应电流，机械能减少．最后线圈在磁场下面摆动，机械能守恒．在整个过程中减少的机械能转变为焦耳热，在达到稳定摆动的整个过程中，金属环减少的机械能为mg (34L ＋r )．图4－7－2010. (2021年高考大纲全国卷Ⅱ)如图4－7－20，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b 和下边界d 水平．在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平．线圈从水平面a 开始下落．已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a 、b 之间的距离．若线圈下边刚通过水平面b 、c (位于磁场中)和d 时，线圈所受到的磁场力的大小分别为F b 、F c 和F d ，则( )A ．F d >F c >F bB ．F c <F d <F bC ．F c >F b >F dD ．F c <F b <F d解析:选D.金属线圈进入与离开磁场的过程中，产生感应电流，线圈受到向上的磁场力即安培力，根据F ＝IlB ，E ＝Bl v ，I ＝E r 可得:F ＝B 2l 2v r ，由此可知线圈所受到的磁场力大小与速度大小成正比．当线圈完全进入磁场时，没有安培力，故F c ＝0；通过水平面b 时，有v 2b ＝2gh ab ，则v b ＝2gh ab ；通过水平面d 时设线圈刚完全进入时的速度为v ′b ，有v 2d－v ′2b ＝2gh bd ，则v d ＝v ′2b ＋2gh bd ，而h bd ＞h ab ，故v d ＞v b ，则F d ＞F b ，所以本题答案为D.二、非选择题图4－7－2111.如图4－7－21所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺旋管A .在弧形轨道上高为h 的地方，无初速度释放一磁铁B (可视为质点)，B 下滑至水平轨道时恰好沿螺旋管A 的中心轴运动，设A 、B 的质量分别为M 、m ，若最终A 、B 速度分别为v A 、v B .(1)螺旋管A 将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能．解析:(1)磁铁B 向右运动时，螺旋管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺旋管A 向右运动．(2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A 、B 的动能和螺旋管中的电能，所以mgh ＝12M v 2A ＋12m v 2B ＋E 电． 即E 电＝mgh －12M v 2A －12m v 2B . 答案:(1)向右运动 (2)mgh －12M v 2A －12m v 2B 图4－7－2212．如图4－7－22所示，在光滑的水平面上有一半径r ＝10 cm 、电阻R ＝1 Ω、质量m ＝1 kg 的金属环，以速度v ＝10 m/s 向一有界磁场滑去．匀强磁场方向垂直于纸面向里，B ＝0.5 T ，从环刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时，圆环一共释放了32 J 的热量，求:(1)此时圆环中电流的瞬时功率；(2)此时圆环运动的加速度．解析:(1)设刚好有一半进入磁场时，圆环的速度为v ′，由能量守恒，得12m v 2＝Q ＋12m v ′2 此时圆环切割磁感线的有效长度为2r ，圆环的感应电动势E ＝B ·2r ·v ′而圆环此时的瞬时功率P ＝E 2R ＝(B ·2r ·v ′)2R两式联立代入数据可得v ′＝6 m/s ，P ＝0.36 W(2)此时圆环在水平方向受向左的安培力F ＝ILB ，圆环的加速度为a ＝ILB m ＝B 2(2r )2v ′mR ＝6×10－2 m/s 2，方向向左．答案:(1)0.36 W (2)6×10－2 m/s 2 向左。

高中物理第四章电磁感应第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习（含解析）新人教版选修32第四章第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动「基础达标练」1．(多选)安检门是一个用于安全检查的“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，B对；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涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错；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对．2．桌面上放一铜片，如图所示，一条形磁铁的N极自上而下接近铜片的过程中，铜片对桌面的压力()A．增大B．减小C．不变D．无法判断是否变化解析：选A磁铁的N极接近铜片时，自上而下穿过铜片的磁通量增大，在铜片内会产生逆时针方向绕行的感应电流(如图所示)，使铜片上方呈现N极，阻碍磁铁接近．根据牛顿第三定律知，磁铁对铜片有同样大小的作用力，使铜片增加对桌面的压力．3．下列有关金属探测器工作原理叙述正确的是()A．金属探测器是利用电流的热效应原理工作的B．当金属探测器在探测到金属时，会在探测器内部产生涡流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声C．金属探测器自身不产生迅速变化的磁场时，仍可以探测到金属物质而正常工作D．金属探测器在正常工作时，自身会产生迅速变化的磁场，从而使探测器附近的金属内部产生涡流，影响原来的磁场，引发报警解析：选D金属探测器利用的是电磁感应现象，故A、C错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，故B错误；探测过程中工作时，当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化，产生涡流，影响原来的磁场，引发报警，故D 正确．4．(多选)关于涡流，下列说法中正确是()A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置B．家用电磁炉是利用涡流来加热食物的C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流解析：选ABC高频冶炼炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，故A正确；电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，当含铁质锅具放置炉面时，铁磁性锅体被磁化，在锅具底部产生交变的涡流来加热食物，故B正确；阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，当金属板从磁场中穿过时，金属板板内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用，故C正确；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，其目的是为了减小涡流，故D错误．5．(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”．实验中将一铜圆盘水平放置，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，如图所示．实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后．下列说法正确的是()A．圆盘上产生了感应电动势B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动解析：选AB由于磁针位于圆盘的正上方，所以穿过圆盘的磁通量始终为零，故C错误；如果将圆盘看成由沿半径方向的“辐条”组成，则圆盘在转动过程中，“辐条”会切割磁感线产生感应电动势，在圆盘中产生涡电流，该涡电流产生的磁场导致磁针运动，故A、B正确；同时圆盘中的自由电子随圆盘一起转动形成电流，该电流对磁针没有作用力，D错误．6.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是()A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用线圈中电流产生的磁场C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电解析：选C高频感应炉的原理：给线圈通以高频交变电流后，线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化．故只有C正确．7．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 小磁块从铜管P 中下落时，P 中的磁通量发生变化，产生感应电流，给小磁块一个向上的磁场力，阻碍小磁块向下运动，因此小磁块在P 中不是做自由落体运动，而塑料管Q 中不会产生电磁感应现象，因此Q 中小磁块做自由落体运动，A 错误；P 中磁场力对小磁块做负功，机械能不守恒，B 错误；由于在P 中小磁块下落的加速度小于g ，而Q 中小磁块做自由落体运动，因此从静止开始下落相同高度，在P 中下落的时间比在Q 中长，C 正确；根据动能定理可知，小磁块落到底部时在P 中的速度比在Q 中的小，D 错误．8．一个半径为r 、质量为m 、电阻为R 的金属圆环，用一根长为L 的绝缘细绳悬挂于O点，离O 点下方L 2处有一宽度为L 4、垂直纸面向里的匀强磁场区域，如图所示．现使圆环从与悬点O 等高位置A 处由静止释放(细绳张直，忽略空气阻力)，摆动过程中金属环所在平面始终垂直磁场，则在达到稳定摆动的整个过程中，金属环产生的热量是 ( )A ．mgLB ．mg ⎝⎛⎭⎫L 2＋rC ．mg ⎝⎛⎭⎫34L ＋rD ．mg (L ＋2r )解析：选C 线圈在进入磁场和离开磁场时，磁通量发生变化，产生感应电流，机械能减少，最后线圈在磁场下面摆动，机械能守恒．在整个过程中减少的机械能转变为焦耳热，在达到稳定摆动的整个过程中，金属环减少的机械能为mg ⎝⎛⎭⎫34L ＋r ，C 正确．「能力提升练」1．一位物理老师用一段铜导线和一块磁铁演奏一曲《菊花台》的视频惊艳网友，网友直呼“史上最牛物理老师”．他是这么做的：在一块木板上固定两颗螺丝钉，用一段铜导线缠绕在两颗螺丝钉之间，扩音器通过导线与两螺丝钉连接．将磁铁放在铜导线旁边，手指拨动铜导线，另一只手握着螺丝刀压着铜导线，并在铜导线上滑动，优美动听的乐曲就呈现出来了．根据上面所给的信息，你认为下面说法正确的是( )A．手指拨动铜导线，铜导线的振动引起空气振动而发出声音B．手指拨动铜导线，使铜导线切割磁感线产生感应电流，电流通过扩音器放大后发声C．声音的音调变化是通过手指拨动铜导线力的大小来实现的D．手指拨动铜导线，铜导线中产生直流电流解析：选B手指拨动铜导线发声是由于铜导线切割磁感线产生感应电流，电流通过扩音器放大后发声，选项A错误，B正确；螺丝刀压着铜导线在铜导线上滑动，实质是改变铜导线切割磁感线的有效长度，从而改变感应电流，变化的电流通过导线传到扩音器中，便产生不同音调的声音，所以声音的音调变化不是通过手指拨动铜导线产生的，选项C错误；手指拨动铜导线，铜导线振动切割磁感线，根据法拉第电磁感应定律，铜导线中的感应电流大小、方向均改变，选项D错误．2．电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，“火力”强劲，安全可靠．图示是描述电磁炉工作原理的示意图，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．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用D．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解析：选B电磁炉线圈中通以交变电流，产生交变磁场，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，A选项错误，B选项正确；在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁炉的加热作用，C选项错误；陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，不会产生涡流，D选项错误．3．(2019·湖北模拟)随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线．小到手表、手机，大到电脑、电动汽车的充电，都已经实现了从理论研发到实际应用的转化．下图给出了某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式无线充电的原理图．关于无线充电，下列说法正确的是()A．无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电C．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同D．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电解析：选C无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应现象，A选项错误；充电底座接直流电源时，无线充电设备不会产生交变磁场，不能够正常使用，B选项错误；电磁感应现象不会改变电流的频率，接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同，C选项正确；被充电手机内部，应该有一类似金属线圈的部件，与手机电池相连，当有交变磁场时，则出现感应电动势，因此普通手机不能够利用无线充电设备进行充电，D选项错误．4.(多选)低频电涡流传感器可用来测量自动化生产线上金属板的厚度．如图，在线圈L1中通以低频交流电，它周围会产生交变磁场，其正下方有一个与电表连接的线圈L2，金属板置于L1、L2之间．当线圈L1产生的变化磁场透过金属板，L2中会产生感应电流．由于金属板厚度不同，吸收电磁能量强弱不同，导致L2中感应电流的强弱不同，则()A．金属板吸收电磁能量，是由于穿过金属板的磁场发生变化，板中产生涡流B．金属板越厚，涡流越弱C．L2中产生的是直流电D．L2中产生的是与L1中同频率的交流电解析：选AD当线圈L1产生的变化磁场透过金属板，板中产生涡流，从而吸收电磁能量，A选项正确；金属板越厚，产生的涡流越强，B选项错误；根据电磁感应原理，L2中产生的是与L1中同频率的交流电，C选项错误，D选项正确．5.如图所示，在光滑的水平面上，有一半径r＝10 cm、电阻R＝1 Ω、质量m＝1 kg的金属环以速度v＝10 m/s向一有界磁场滑去．匀强磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度B＝0.5 T．从环刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时，圆环释放了32 J热量．求：(1)此时圆环中电流的瞬时功率；(2)此时圆环运动的加速度．解析：(1)由能量守恒m v 22＝Q ＋m v ′22而P ＝E 2R ＝(B ·2r ·v ′)2R二式联立可得P ＝0.36 W.(2)a ＝BIL m ＝B 2(2r )2v ′mR＝6×10－2 m/s 2，方向向左． 答案：(1)0.36 W (2)6×10－2 m/s 2，方向向左6．如图所示，质量为m ＝100 g 的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h ＝0.8 m ，有一质量为M ＝200 g 的小磁铁(长度可忽略)，以v 0＝10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m ，则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看做平抛运动)：(1)铝环向哪边偏斜？(2)若铝环在磁铁穿过后速度为v ′＝2 m /s ，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？(g ＝10 m/s 2)解析：(1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏斜(阻碍相对运动)．(2)由能量守恒可得：由磁铁穿过铝环后做平抛运动，设飞行的水平距离为x ，根据h ＝12gt 2，x ＝v t 可求出穿过后的速度v ＝x ·g 2h m /s ＝9 m/s E 电＝12M v 02－12M v 2－12m v ′2＝1.7 J. 答案：(1)铝环向右偏斜 (2)1.7 J。

第七节：涡流１．用来冶炼合金钢的真空___________，炉外有___________，线圈中通入___________电流，炉内的金属中产生___________．涡流产生的___________使金属熔化并达到很高的温度．2．利用涡流冶炼金属的长处是整个进程能在___________中进行，这样就可以避免___________进入金属，可以冶炼高质量的___________．3．探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈从地面扫过，线圈中___________有的电流．若是地下埋着___________，金属中会感应出___________，涡流的___________又会反过来影响线圈中的___________，使仪器报警．4．一样大小的整块金属和叠合的硅钢片铁芯放在同一转变的磁场中相较较（）A．金属块中的涡流较大，热功率也较大B．硅钢片中涡流较大，热功率也较大C．金属块中涡流较大，硅钢片中热功率较大D．硅钢片中涡流较大，金属块中热功率较大5．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为（）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．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量D．增大铁芯中的电阻，以减小发烧量6．如图所示，一块长方形滑腻铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量散布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端转动，则（）A．铝环的转动速度将愈来愈小B．铝环将维持匀速转动C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极D．铝环的运动速度会改变，但运动方向将不会发生改变7．如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（）A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h8．如图所示，在滑腻水平面上固定一条形磁铁，有一小球以必然的初速度向磁铁方向运动，若是发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（）A．铁B．木C．铜D．铝9．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在滑腻水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环进程中，做______运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）10．如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，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．A点低于B点D．铜环将做等幅摆动能力提升：11．如图所示是高频焊接原理示用意，线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一路．我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的．试定性说明：为何交变电流的频率越高，焊接缝处放出的热量越大？1二、用丝线悬挂闭合金属环，悬于O点，虚线左侧有匀强磁场，右边没有磁场。

第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动1．线圈中的电流变化时，线圈附近的导体中会产生涡流，涡流会产生热量，因此在日常生活中，既要防止有害涡流，又要利用有益涡流。

2．导体在磁场中运动，感应电流会使导体受到安培力阻碍其运动，即为电磁阻尼。

3．磁场运动时，在磁场中的导体内会产生感应电流，使导体受到安培力的作用而运动起来，即为电磁驱动。

一、涡流1．定义由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。

2．特点若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多。

3．应用(1)涡流热效应：如真空冶炼炉、电磁炉。

(2)涡流磁效应：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。

(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯。

二、电磁阻尼和电磁驱动1．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到某位置，便于读数。

2．电磁驱动(1)概念：磁场相对导体转动时，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。

1．自主思考——判一判(1)涡流也是一种感应电流。

(√)(2)导体中有涡流时，导体本身会产热。

(√)(3)利用涡流制成的探雷器可以探出“石雷”。

(×)(4)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。

(√)(5)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。

(√)(6)电磁驱动时，被驱动的导体中有感应电流。

(√)2．合作探究——议一议(1)块状金属在匀强磁场中运动时，能否产生涡流？提示：不能。

块状金属在匀强磁场中运动时，穿过金属块的磁通量不变，所以金属块中不产生涡流。

(2)利用涡流加热时，为什么使用高频交流电源？提示：涡流就是感应电流，使用高频交流电源，能产生高频变化的磁场，磁场中导体内的磁通量的变化更迅速，产生的感应电流更大，加热效果更好。

涡流、电磁阻尼和电磁驱动1. 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，故选A.2．(多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是( )A．防止涡流而设计的B．利用涡流而设计的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．3．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，选项A错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，选项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，选项D 错误．4．(多选)电磁学的成就极大地推动了人类社会的进步．下列说法不正确的是( )A．甲图中，法拉第通过实验研究，总结出电磁感应现象中感应电流方向的规律B．乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡会突然闪亮一下，并在开关处产生电火花C．丙图中，在真空冶炼中，可以利用高频电流产生的涡流冶炼出高质量的合金D．丁图中，奥斯特通过实验研究，发现了电流周围存在磁场解析：选AB.楞次总结出判断电磁感应现象中感应电流方向的规律，A错误；乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡立即熄灭，开关处电压等于电源的电动势加上自感电动势，开关处会产生电火花．故B错误；丙图中，在真空冶炼中，可以利用高频电流产生的涡流冶炼出高质量的合金，C正确；奥斯特通过实验研究，发现了电流周围存在磁场，D正确．。

强磁体在铜管（或铝管）中下落时的涡流分析一、问题的引出：《人教版高中物理选修3-2课本》“第四章电磁感应”“第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动”“问题与练习”第3题：“在科技馆中常看到这样的表演：一根长1m左右的空心铝管竖直放置（见图1甲），把一枚磁性很强的小圆柱型永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。

根据一般经验，小圆柱自由落下1m左右的时间不会超过0.5s，但把小圆柱从上端管口放入管中后，过了许久它才从铝管下端落出。

小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们相互吸引。

是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢？假如换用一条有裂缝的铝管（见图1乙），圆柱在铝管中的下落就变快了，这又是为什么？”。

《人教版高中物理选修3-2教师教学参考书》提供的参考答案：“在磁性很强的小圆片下落的过程中，没有缺口的铝管中的磁通量发生变化（小圆片上方铝管的磁通量减小，下方铝管的磁通量增大），所以铝管中将产生感应电流，感应电流的磁场将对下落的小圆片产生阻力作用，小圆片在铝管中缓慢下落；假如小圆片在有缺口的铝管中下落，即使铝管中也会产生感应电流，感应电流的磁场将对下落的小圆片也产生阻力，但这时的阻力非常小，所以小圆片在铝管中图1下落得比较快。

”。

本人在教学过程中切身体会到新教材在“涡流电磁阻尼和电磁驱动”一节编写中，实例丰富，有趣适用。

把“强磁体在铝管中下落的实验现象”引入高中物理习题，对拓展高中学生的视野很有好处。

该实验是大学物理探究实验的内容，很多大学课本都有类似于这样的习题：“在一铅直放置的充足长的铜管中，有一条形磁铁从管口自由下落，如铜管不动，则条形磁铁的运动将(A) 作自由落体运动(B) 先作加速运动，当速度达到一定值后,一直作匀速直线运动(C) 先作加速运动，次作匀速运动,最后作减速运动(D) 作加速度小于g的匀加速落体运动”该题提供的标准答案是B2006年，上海交通大学还把该题作为保送生和自主招生选拔试题。

涡流、电磁阻尼和电磁驱动(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(2016·秦皇岛高二检测)下列关于涡流的说法中正确的是( )A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C．涡流有热效应，但没有磁效应D．在硅钢中不能产生涡流【解析】涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，所以A正确，B错误；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，C错误；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，D错误．【答案】 A2．(多选)(2015·全国卷Ⅰ)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”．实验中将一铜圆盘水平放置，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，如图4­7­10所示．实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后．下列说法正确的是( )图4­7­10A．圆盘上产生了感应电动势B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D．在圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动【解析】当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动势，选项A正确；如图所示，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，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，选项B正确；在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项C错误；圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转，选项D错误．【答案】AB3．(多选)下列应用哪些与涡流有关( )A．高频感应冶炼炉B．汽车的电磁式速度表C．家用电表D．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流【解析】真空冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，使炉内的金属中产生涡流；汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电表(转盘式)的转盘中会有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，选项D错误．【答案】ABC4．下列做法中可能产生涡流的是( )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】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，所以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，所以D正确．【答案】 D5．(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为( )【导学号：94530048】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】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．变压器的铁芯是相互绝缘的薄片叠加而成，从而增加铁芯的电阻率，以降低涡流强度，从而减少能量损耗，提高变压器的效率．【答案】BD6．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．如图4­7­11所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是( )图4­7­11A．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】电磁炉就是采用涡流感应加热原理，其内部通过电子线路板组成部分产生交变磁场，当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁感线而在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、摩擦而产生热能，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；由于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．【答案】 B7．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】金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中；故A错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流；故B错误，C正确；探测器应与被测物体，有相对运动，D错误．【答案】 C8．(2014·大纲全国卷)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒．一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐．让条形磁铁从静止开始下落．条形磁铁在圆筒中的运动速率( )A．均匀增大B．先增大，后减小C．逐渐增大，趋于不变D．先增大，再减小，最后不变【解析】利用电磁感应现象分析解答．开始时，条形磁铁以加速度g竖直下落，则穿过铜环的磁通量发生变化，铜环中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落．开始时的感应电流比较小，条形磁铁向下做加速运动，且随下落速度增大，其加速度变小．当条形磁铁的速度达到一定值后，相应铜环对条形磁铁的作用力趋近于条形磁铁的重力．故条形磁铁先加速运动，但加速度变小，最后的速度趋近于某个定值．选项C 正确．【答案】 C[能力提升]9．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图4­7­12所示，抛物线的方程为y ＝x 2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y ＝a 的直线(如图中的虚线所示)．一个小金属块从抛物线上y ＝b (b >a )处以速度v 沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )图4­7­12【导学号：94530049】A ．mgbB ．12mv 2C ．mg (b －a )D ．mg (b －a )＋12mv 2 【解析】 金属块进出磁场时，会产生涡流，部分机械能转化成焦耳热，所能达到的最高位置越来越低，当最高位置y ＝a 时，由于金属块中的磁通量不再发生变化，金属块中不再产生涡流，机械能也不再损失，金属块会在磁场中往复运动，整个过程中减少的机械能全部转化为内能，即Q ＝mg (b －a )＋12mv 2，所以D 项正确． 【答案】 D10．(2014·广东高考)如图4­7­13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( )图4­7­13A ．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】小磁块在铜管中下落时，由于电磁阻尼作用，不做自由落体运动，而在塑料管中不受阻力作用而做自由落体运动，因此在P中下落得慢，用时长，到达底端速度小，C 项正确，A、B、D错误．【答案】 C11．(多选)(2016·梅州高二检测)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4­7­14所示，在此过程中( )图4­7­14A．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】磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的拓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，选项B是正确的．而对于小车上螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右一直做加速运动，C对．【答案】BC12．如图4­7­15所示，在竖直平面内有两根平行金属导轨，上端与电阻R相连，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面．一质量为m的金属棒以初速度v0沿导轨竖直向上运动，上升到某一高度后又返回到原处，整个过程金属棒与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻不计．下列说法正确的是( )图4­7­15A．金属棒回到出发点的速度v大于初速度v0B．通过R的最大电流上升过程小于下落过程C．电阻R上产生的热量上升过程大于下落过程D．所用时间上升过程大于下落过程【解析】要注意该过程中的功能关系：因为电阻R上产生热量，所以金属棒回到出发点的速度v 小于初速度v 0，选项A 错误；通过R 的最大电流上升过程大于下落过程，选项B 错误；电阻R 上产生的热量上升过程大于下落过程，选项C 正确；所用时间上升过程小于下落过程，选项D 错误．【答案】 C13．如图4­7­16所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A .在弧形轨道上高为h 的地方，无初速度释放一磁铁B (可视为质点)，B 下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A 的中心轴运动，设A 、B 的质量分别为M 、m ，若最终A 、B 速度分别为v A 、v B .图4­7­16(1)螺线管A 将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能．【解析】 (1)磁铁B 向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A 向右运动．(2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A 、B 的动能和螺线管中的电能，故mgh ＝12Mv 2A ＋12mv 2B ＋E 电 即E 电＝mgh －12Mv 2A －12mv 2B . 【答案】 (1)向右运动 (2)mgh －12Mv 2A －12mv 2B 14．(2016·合肥一中高二检测)如图4­7­17所示，质量为m ＝100 g 的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h ＝0.8 m ，有一质量为M ＝200 g 的小磁铁(长度可忽略)以10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m ，则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看做平抛运动)图4­7­17【导学号：94530050】(1)铝环向哪边偏斜？(2)若铝环在磁铁穿过后速度为 2 m/s ，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？(g 取10 m/s 2)【解析】 (1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏斜(阻碍相对运动)． (2)由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出穿过后的速度v ＝ 3.62h gm/s ＝9 m/s由能量守恒可得：W 电＝12Mv 20－12Mv 2－12mv ′2＝1.7 J.【答案】 (1)铝环向右偏斜 (2)1.7 J。