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人教版（2019）高中物理选择性必修第二册
2.3 涡流 电磁阻尼和电磁驱动
授课人：XXXX
大单元教学设计
目录
CONTENTS
感生磁场
涡流
电 磁 阻 尼
电磁驱动
01
感生磁场
涡流 电磁阻尼和电磁驱动
思考：如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，闭合电路内产生了感应电动势。这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色？
穿过闭合回路磁通量发生了变化，回路中产生感应电动势。产生感应电动势那部分导体相当于电源
磁场变强
I
如图所示，闭合导体环处于磁场越来越强的磁场中，环的半径为R，磁感应强度的变化率为△B/△t .
-
-
-
-
-
-
-
-
B
E感
B感
导体环中的感应电流的方向？
导体中自由电子做怎样的定向移动？
是什么作用使自由电子做定向移动？
感生电场
由变化的磁场激发；
电场线呈闭合状，形同漩涡，叫涡旋电场；
涡旋面与磁场方向垂直；
与感应磁场方向满足右手螺旋。
如图所示，开口导体环处于磁场越来越强的磁场中，环的半径为R，磁感应强度的变化率为△B/△t .
-
-
-
-
-
-
-
+
-
环中的自由电荷还会定向移动吗？将在哪一端聚集？哪一端相当于电源的正极？
感生电动势大小的计算：
如果环有个小缺口而不闭合有感生电场吗？
E感
E感
一
一
一
一
一
一
一
一
一
B原
思考1：没有导体，有感生电场吗？导体有何作用？
有感生电场，导体提供了自由电荷。
思考2：如果是塑料环，有感应电流吗？ 有感应电动势吗？有感生电场吗？
无感应电流，无感应电动势，有感生电场。
(1)定义:变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场)。
(3) 电场线:是闭合的曲线。
1.感生电场
(2)方向:就是感生电流的方向，用楞次定律判断。
2.感生电动势：
（1）定义：由感生电场产生的感应电动势。
（2）感生电动势大小：
感生电场对自由电荷的作用 非静电力
一.电磁感应现象中的感生磁场
感生电场：变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场)
感生电场
感生电场力
感生电动势
（非静电力）
楞次定律+右手螺旋定则
假定一个闭合回路
回路磁通量的变化
线圈感应电流方向
判断感生电场方向
楞次定律
安培定则
思考：电场是有方向的，如何判断感生电场（感生电动势）的方向呢？
（感生电场与感应电流的同向）
感生电场和静电场的区别
静电场 E0
感生电场 Ek
起源
由静止电荷激发
由变化的磁场激发
电场线形状
电场线为非闭合曲线
电场线为闭合曲线
Ek
静电场为有源场
感生电场为无源场
共性：具有场物质形式的所有共性；均对电荷有力的作用，且场强定义相同；在导体中，感生电场可引起电荷的积累从而建立静电场。
应用实例：电子感应加速器
思考：当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子沿图示方向加速运动？（俯视图）
穿过真空室内磁场的方向？
由图知电子沿什么方向运动？
要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何？
由感生电场引起的磁场方向如何？
竖直向上
逆时针
顺时针
向下
原磁场在增强，即电流在增大。
电子感应加速器
它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
（James Clerk Maxwell）
麦克斯韦认为
磁场变化时会在周围空间激发一种电场——感生电场（涡旋电场）
闭合导体中的自由电荷在这种电场中做定向运动
产生感应电流（感生电动势）
感生电场的方向就是感生电流的方向。
——安培定则
感生电动势的非静电力是感生电场对自由电荷的作用力。
回顾
动生电动势
感生电动势
特点
磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化
闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化
原因
由于S的变化引起回路中 变化
由于B的变化引起回路中 变化
非静电力就是洛仑兹力，由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势
变化磁场在它周围空间激发涡旋电场，非静电力就是感生电场力，由感生电场力对电荷作功而产生电动势
方向
的来源
非静电力
一般用楞次定律判断
一般用右手定则判断
感生电动势和动生电动势的区别
例题1：关于电磁感应现象中产生的感生电场。下列说法正确的是（ ）
A．感生电场不同于静电场其电场线是闭合曲线
B．感生电场的存在跟空间是否有闭合电路有关
C．感生电场的方向同样可以用楞次定律和右手定则来判定
D．电子感应加速器是利用感生电场对电子加速的设备
ACD
例题2：(多选)如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是( )
A.磁场变化时，会在空间激发一个电场
B.使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
C.使电荷定向移动形成电流的力是电场力
D.以上说法都不对
AC
例题3：某空间出现了如右图所示的闭合的电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是( )
A．沿AB方向磁场在迅速减弱
B．沿AB方向磁场在迅速增加
C．沿BA方向磁场在迅速增加
D．沿BA方向磁场在迅速减弱
空间磁场变化产生的电场方向，仍然可用楞次定律判断
02
涡流 电磁阻尼和电磁驱动
涡流
情境导入
既没火苗，也没黑烟，锅底也不变黑，为什么一个大大的线圈就能让电磁炉工作，使锅里的水很快就烧开？
2、本质：电磁感应。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。
1、定义:当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流,这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的旋涡，故叫涡电流，简称涡流。
一.涡流
3、条件：
（1）穿过导体（金属块）的磁通量发生变化
（2）导体（金属块）本身可自行构成闭合回路
（1）当导体（块状金属）处在变化的磁场中
磁场能→电能→内能
（2）让导体（块状金属）进出磁场或在非匀强磁场中运动
机械能（克服安培力做功）→电能→内能
4、产生涡流的两种情况：
5、说明：
（1）涡流的特点
金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。
（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。
注意：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。
对涡流本质的理解
磁通量发生变化
导体内部等效许多闭合电路
涡流
产生感应电动势
电流随时间变化
导体进出磁场或在非匀强磁场中运动
2.下列做法中线圈可能产生涡流吗
A．放在匀强磁场中
B．块放在变化的磁场中
C．在匀强磁场中做匀速运动
D．在匀强磁场中做变速运动
E．在非匀强磁场中做匀速运动
F．在非匀强磁场中做匀速运动，线圈有缺口
G . 进入或离开（匀强或非匀强）磁场中
1.图中磁场垂直加在圆盘上不能产生涡流的是
6、涡流的应用——涡流的热效应
涡流
该处电阻大还是小？
真空冶炼炉
高频焊接
电磁炉
低频或直流不行？
涡流的热效应：金属块中的涡流要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。
涡流热效应的应用
真空冶炼炉
电磁炉
高频焊接机
涡流的应用——涡流的磁效应
磁通量发生变化
导体内部等效许多闭合电路
涡流
产生感应电动势
电流随时间变化
（互感）反作用于线圈使仪器报警
金属探测仪
安检门
地雷探测仪
门框
~ 交流电
报警电路
线圈
危害：电动机和变压器的工作原理都跟电磁感应现象有关，内部都有铁芯结构，线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。
涡流的危害——防止
在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器
减少涡流的途径
（1）增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢
（2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
防止（减少涡流的途径）：
例题1：下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ）
A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上
C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成
D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
例题2：下列图中，A图是真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金；B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是安检门可以探测人身是否携带金属物品；D图是工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业。属于涡流现象的是 ( )
ABC
例题3：下列器具的工作原理与涡流有关的是（ ）
A．家用电磁炉
B．家用洗衣机
C．变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起
D．风扇转动时扇叶与空气摩擦发热
AC
03
电磁阻尼
涡流 电磁阻尼和电磁驱动
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。
思考：磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，如图所示。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？
★线圈在磁场中运动，感应电流所受的安培力方向总与相对运动方向相反。
★电表中使用铝框做线圈骨架的好处是铝质材料不会被磁化；不会影响电表的磁场分布；同样的铝框比铁框的电阻小,涡流强,电磁阻尼效果好,指针能很快地稳定指到读数位置上。
思考：磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，如图所示。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？
微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
微安表是一种高灵敏度，高精度电流表，表内的指针因振动会产生摇摆，剧裂摇摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度、或失灵等。故在运输中，用导线短路两接线柱，微安表内部有磁体，有线圈。
把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，使指针迅速停止摆动，保护游丝，指针。使表头线圈闭合产生电磁阻尼，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。
电磁阻尼
铝框
磁电式仪表为什么用铝框做线圈骨架
灵敏电流表的表头在运输时，
为何应该把两个接线柱连在一起？
电磁阻尼
指针很快指到示数位置
电磁阻尼
降低晃动对表头的影响
电磁阻尼应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等.
分析下列现象的原因，并说明现象中的能量转化？
电磁阻尼
1.磁铁能使铜盘较快停下
2.线圈能使磁铁较快地停下来
3.铝管不同，磁铁下落速度也不同
用胶木管或塑料管？
电磁阻尼，使金属盘，磁铁和金属球快速停下，机械能转化为电能以热的形式散发到周围的空气中。
04
电磁驱动
涡流 电磁阻尼和电磁驱动
电磁驱动
磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体跟着磁场转动，这种现象称为电磁驱动。
线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。
交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的
连接到三相电源时能产生旋转的磁场
一种交流感应电动机的结构
应用：交流感应电动机：磁场能→电能→机械能
应用：交流感应电动机，家用电度表，车内的速度计等。
电动机
电表
速度计
磁悬浮列车也是利用电磁驱动的原理工作的。
磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁驱动力引导，推动列车前行。
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，从图示位置转过900的过程中：
（1）用右手定则或楞次定律分析线圈产生的感应电流的方向？
（2）在图示位置线圈所受的安培力的方向？是阻碍还是推动线圈运动？
在图示位置磁铁所受的安培力的方向？是阻碍还是推动磁铁运动？
（3）从楞次定律角度分析安培力对磁铁或线圈作用效果？
（4）从能量转化角度分析安培力对磁铁或线圈作用效果？
电磁阻尼和电磁驱动
电磁驱动
电磁阻尼
楞次定律角度：
磁场与导体相对运动
磁通量发生变化
安培力阻碍磁铁或推动导体运动
阻碍作用
能量转化角度：
安培力对磁铁做负功 ，安培力对导体做正功
导体的电能和动能
磁铁的机械能
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 由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力 由于磁场运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体相对磁场运动方向相反，阻碍导体运动 导体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，从而对外做功
相同点 两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动
电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
电磁阻尼是导体运动(或者速度较大)时，安培力的方向与导体的运动方向相反，阻碍导体的运动。
电磁驱动是磁场运动，导体静止(或者速度较小)时，安培力对导体提供动力，使导体随磁场运动。
电磁阻尼和电磁驱动，都是由于导体相对于磁场运动引起磁通量的变化，产生感应电流，安培力的方向与导体的相对运动方向相反，阻碍导体相对运动。
人造卫星绕地球运行时，轨道各处地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有微弱的感应电流．分析这一现象中的能量转化情形．它对卫星的运动可能产生怎样的影响？
电磁阻尼和电磁驱动
电磁阻尼
卫星部分动能转为电能
F引>F向 近心运动
轨道降低
例题1.如图所示，是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是( )
A．探测器内的探测线圈会产生交变磁场
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
例题2.如图所示，在O点正下方有一个具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．A点低于B点
D．铜环将做等幅摆动
铜环最终的运动状态是怎样？
例题3.在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铁、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。各物块在碰上磁铁前的运动情况是( )
A、都做匀速运动
B、甲做加速运动
C、乙做匀速运动
D、丙做匀速运动
铁块会被磁化，与磁铁相互吸引
铝块不会被磁化，形成涡流，与磁铁相互排斥
例题4：根上端固定的弹簧，其下端挂一条形磁铁，磁铁在上下振动，由于空气阻力很小，磁铁的振动幅度几乎保持不变。如图所示，若在磁铁振动过程中把一导电线圈靠近磁铁下方，则关于磁铁上下震动的幅度，下列说法中正确的是（ ）
A．S闭合时磁铁的振动幅度迅速减小，S断开时磁铁的振动幅度几乎不变
B．S闭合时磁铁的振动幅度迅速增大，S断开时磁铁的振动幅度几乎不变
C．S闭合或断开，磁铁的振动幅度变化相同
D．S闭合，磁铁上下振动时会有机械能转化成电能
AD
小结：
1 感生电场
2 涡流
3 电磁阻尼
4 电磁驱动中小学教育资源及组卷应用平台
大单元课时（七） 涡流 电磁阻尼和电磁驱动（学生版）
一、单选题
1．如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热。关于电磁炉，以下说法中正确的是（ ）
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热
C．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热
2．如图所示为高频电磁炉的工作示意图。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法正确的是（ ）
A．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
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底部产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
3．为了有效隔离外界振动对的扰动，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左右振动的衰减最有效的方案是（ ）
A． B．
C． D．
4．无线充电技术发展至今，在消费电子领域的发展已经取得不错的成绩，如手机无线充电、电动牙刷无线充电等。以下与无线充电技术应用了相同物理原理的是（ ）
A．电磁炉 B．磁流体发电机 C．电磁轨道炮 D．质谱仪
5．航母上的飞机起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动原理示意图如图所示，在固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环，铝环和铜环的形状、大小相同、已知铜的电阻率较小，不计所有接触面间的摩擦，则闭合开关S的瞬间（ ）
A．铝环向右运动，铜环向左运动 B．铝环和铜环都向右运动
C．铜环受到的安培力小于铝环受到的安培力 D．从左向右看，铜环中的感应电流沿顺时针方向
6．物理课上老师做了这样一个实验，将一平整且厚度均匀足够长的铜板固定在绝缘支架上。一质量为m的永磁体放置在铜板的上端，t=0时刻给永磁体一沿斜面向下的初速度，永磁体将沿斜面向下运动，如图所示。假设永磁体下滑过程中所受的摩擦力f大小不变，且fA． B．
C． D．
7．下列说法正确的是（ ）
A．磁场中某一点的磁感应强度等于一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长度l、通过的电流I乘积的比值，即
B．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
C．金属探测器是利用被测金属中产生涡流来进行探测的
D．磁电式仪表，把线圈绕在铝框上，铝框是起到电磁驱动的作用
8．我国正在大力发展电动汽车，科研人员也在测试汽车的无线充电。将受电线圈安装在汽车的底盘上，将连接电源的供电线圈安装在地面上，如图所示。当电动汽车行驶到供电线圈装置上，受电线圈即可“接受”到供电线圈的能量，从而对蓄电池进行充电。关于无线充电，下列说法正确的是（ ）
A．无线充电技术与扬声器的工作原理相同
B．为了保护受电线圈不受损坏，可在车底接收线圈下再加装一个金属护板
C．只有将供电线圈接到交流电源上，才能对车辆进行充电
D．若供电线圈和接收线圈均用超导材料，充电效率可达100%
9．下列需要减小涡流的是（ ）
A．电磁炉 B．真空冶炼炉 C．变压器 D．安检门
10．如图所示，几种器件分别是加油站静电释放器、可变电容器、真空冶炼炉、手机无线充电器，关于这几种器件下列说法正确的是（ ）
A．在加油站给车加油前，要触摸一下静电释放器，是为了要利用静电
B．图中可变电容器是通过转动动片使两组铝片的板间距离发生变化
C．为使真空冶炼炉中金属熔化更容易，应当在线圈中通入较大恒定电流
D．无线充电器给手机充电是利用电磁感应的互感现象
11．有关电磁波，下列说法中正确的是（ ）
A．在真空中不同频率的电磁波传播速度都相同
B．机场的安检门可以探测人身携带的金属物品是利用伦琴射线的穿透能力
C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
D．产生电磁波的电磁振荡一旦停止，电磁波随之消失
12．下列说法中正确的有（ ）
A．灵敏电流表在运输时总要把两接线柱用导体连接起来，是利用了电磁驱动
B．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流和感应电动势
C．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象
D．用电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用塑料或瓷器做成的容器
二、多选题
13．下列设备利用了自感现象和涡流的是（ ）
A．电暖器 B．地雷探测器 C．电熨斗 D．电磁炉
14．如图所示，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，则（ ）
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，转速比磁铁小
C．线圈转动时将产生变化的电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
15．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
三、解答题
16．如图所示，足够大的匀强磁场垂直于纸面向里，蓝色区域为一处于纸面的金属片。金属片在匀强磁场中垂直于磁感线向右平移，金属片中是否会有涡流？如果将金属片绕轴旋转，金属片中是否会有涡流？试说明理由。
17．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈靠近导体，使导电构件中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。参考如图所示的示意图，解释涡流探伤技术是如何发现导体中的缺陷的。
大单元课时练习 评价表
考查范围：选择性必修 第二册
题号 难度 知识点 学生掌握评价
一、单选题
1 全部
2 全部
3 全部
4 全部
5 全部
6 全部
7 全部
二、选择题组
8 全部
三、多选题（新）
9 全部
10 全部
四、解答题
11 全部
12 全部
13 全部
试卷第1页，共3页
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试卷第1页，共3页中小学教育资源及组卷应用平台
大单元课时（七） 涡流 电磁阻尼和电磁驱动（解析版）
一、单选题
1．如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热。关于电磁炉，以下说法中正确的是（ ）
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热
C．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热
答案：B
解析：电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热，故B正确，ACD错误。
答案：B。
2．如图所示为高频电磁炉的工作示意图。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法正确的是（ ）
A．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
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底部产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
答案：B
解析：电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物。
答案：B。
3．为了有效隔离外界振动对的扰动，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左右振动的衰减最有效的方案是（ ）
A． B．
C． D．
答案：A
解析：该装置的原理是利用电磁阻尼。薄板出现扰动时，穿过薄板表面的磁通量如果发生变化，就会产生感应电流，薄板就会受到安培力作用，安培力总是阻碍导体相对磁场的运动，从而使薄板尽快停下来。
A．薄板上、下、左、右运动时，磁通量都会发生变化，所以都会产生感应电流，所以都会受到安培力作用而很快停下来，故A正确；
B．薄板只有向左运动时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上、向下和向右运动时，则不会产生感应电流，故B错误；
C．板只有向左运动较大距离时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上向下和向右运动时，则不会产生感应电流，故C错误；
D．薄板只有向左、向右运动时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上、向下运动时，则不会产生感应电流，故D错误。
答案：A。
4．无线充电技术发展至今，在消费电子领域的发展已经取得不错的成绩，如手机无线充电、电动牙刷无线充电等。以下与无线充电技术应用了相同物理原理的是（ ）
A．电磁炉 B．磁流体发电机 C．电磁轨道炮 D．质谱仪
答案：A
解析：无线充电系统主要采用的是电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。
A．电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的，符合题意；
B．磁流体发电机利用带电粒子在磁场中的作用下发生偏转，电荷打到上下两极板上，不符合题意；
C．电磁炮是利用电磁力(安培力)推动炮弹发射的新颖武器，不符合题意；
D．质谱仪是根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器，不符合题意。
答案：A。
5．航母上的飞机起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动原理示意图如图所示，在固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环，铝环和铜环的形状、大小相同、已知铜的电阻率较小，不计所有接触面间的摩擦，则闭合开关S的瞬间（ ）
A．铝环向右运动，铜环向左运动 B．铝环和铜环都向右运动
C．铜环受到的安培力小于铝环受到的安培力 D．从左向右看，铜环中的感应电流沿顺时针方向
答案：D
解析：AB．闭合开关S的瞬间，穿过两个金属圆环的磁通量均增大，为阻碍磁通量的增大，铝环向左运动，铜环向右运动，AB错误；
C．由于铜环和铝环的形状、大小相同，铜的电阻率较小，故铜环的电阻较小，两环对称地放在固定线圈两侧，闭合开关S瞬间，穿过两环的磁通量的变化率相同，两环产生的感应电动势相等，则铜环中的感应电流较大，故铜环受到的安培力较大，C错误；
D．由右手螺旋定则可知，闭合开关S瞬间，穿过铜环的磁通量向左增大，由楞次定律知，从左向右看，铜环中的感应电流沿顺时针方向，D正确。
答案：D。
6．物理课上老师做了这样一个实验，将一平整且厚度均匀足够长的铜板固定在绝缘支架上。一质量为m的永磁体放置在铜板的上端，t=0时刻给永磁体一沿斜面向下的初速度，永磁体将沿斜面向下运动，如图所示。假设永磁体下滑过程中所受的摩擦力f大小不变，且fA． B．
C． D．
答案：C
解析：A．小磁铁下滑时由于涡流的产生会有阻尼作用，且随速度的增大而增大，所受的摩擦力阻力不变，由
mgsinθ-f-f阻尼=ma
可知，随着小磁铁的加速下滑，阻尼作用增大，则加速度逐渐减小，v-t线的斜率减小，故A正确；
B．若开始下落时小磁铁满足
mgsinθ-f-f阻尼=0
小磁铁匀速下滑，此时动能不变，故B正确；
C．小磁铁下滑时重力势能逐渐减小，但是不会趋近与某一定值，故C错误；
D．小磁铁下滑过程中，由于有电能产生，则机械能逐渐减小，故D正确；
因选错误的，答案：C。
7．下列说法正确的是（ ）
A．磁场中某一点的磁感应强度等于一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长度l、通过的电流I乘积的比值，即
B．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
C．金属探测器是利用被测金属中产生涡流来进行探测的
D．磁电式仪表，把线圈绕在铝框上，铝框是起到电磁驱动的作用
答案：C
解析：A．当磁场方向与电流方向垂直时，磁感应强度的大小等于
故A错误；
B．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故B错误；
C．金属探测器是利用被测金属中产生感应电流，即涡流来进行探测的，故C正确；
D．磁电式仪表，把线圈绕在铝框上，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而使铝框中产生感应电流，受到安培阻力的作用，所以铝框是起到电磁阻尼的作用，故D错误。
答案：C。
8．我国正在大力发展电动汽车，科研人员也在测试汽车的无线充电。将受电线圈安装在汽车的底盘上，将连接电源的供电线圈安装在地面上，如图所示。当电动汽车行驶到供电线圈装置上，受电线圈即可“接受”到供电线圈的能量，从而对蓄电池进行充电。关于无线充电，下列说法正确的是（ ）
A．无线充电技术与扬声器的工作原理相同
B．为了保护受电线圈不受损坏，可在车底接收线圈下再加装一个金属护板
C．只有将供电线圈接到交流电源上，才能对车辆进行充电
D．若供电线圈和接收线圈均用超导材料，充电效率可达100%
答案：C
解析：A．无线充电技术就是通过电磁感应原理，当穿过受电线圈的磁通量发生变化时，受电线圈会产生感应电动势，有了感应电流，对蓄电池进行充电，扬声器是通电导线在磁场中受力从而发声，两者原理不同，故A错误；
B．如果在车底加装一个金属护板，金属护板会产生涡流，损耗能量，同时屏蔽磁场，使受电线圈无法产生感应电流，故B错误；
C．供电线圈只有接到交流电源上，能产生变化的磁场，从而使受电线圈产生感应电流给蓄电池充电，故C正确；
D．即使线圈为超导材料制作，但在传输过程中仍然会有能量损失比如漏磁，所以效率不可能达100%，故D错误。
答案：C。
9．下列需要减小涡流的是（ ）
A．电磁炉 B．真空冶炼炉 C．变压器 D．安检门
答案：C
解析：A．电磁炉是利用变化的电场产生变化的磁场，从而产生涡流，使锅产生大量的热量，是利用涡流工作的，不需要减小涡流，不符合题意；
B．真空冶炼炉是线圈中的高频电流做周期性的变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量进行冶炼，是利用涡流工作的，不需要减小涡流，不符合题意；
C．变压器是利用电磁感应中的互感现象工作的，要求在铁芯中产生的涡流越小越好，以减小电能的损耗，因此需要减小涡流，符合题意；
D．安检门处是利用金属探测器进行安检，金属探测器中变化的电流遇到金属物体，会在金属物体上产生涡流，是利用涡流探测的，不需要减小涡流，不符合题意。
答案：C。
10．如图所示，几种器件分别是加油站静电释放器、可变电容器、真空冶炼炉、手机无线充电器，关于这几种器件下列说法正确的是（ ）
A．在加油站给车加油前，要触摸一下静电释放器，是为了要利用静电
B．图中可变电容器是通过转动动片使两组铝片的板间距离发生变化
C．为使真空冶炼炉中金属熔化更容易，应当在线圈中通入较大恒定电流
D．无线充电器给手机充电是利用电磁感应的互感现象
答案：D
解析：A．在加油站给车加油前，要触摸一下静电释放器，是为了把产生的静电导走，属于静电的防止，故A错误；
B．图中可变电容器是通过转动动片使两组铝片的板间正对面积发生变化，故B错误；
C．真空冶炼炉的工作原理是利用涡流使炉内产生大量的热量而使金属熔化，根据法拉第电磁感应定律可知频率越高，相同条件下产生的感应电动势越大，感应电流就会越大，所以真空冶炼炉线圈中应通高压高频交流电，故C错误；
D．无线充电器给手机充电是利用电磁感应的互感现象，故D正确。
答案：D。
11．有关电磁波，下列说法中正确的是（ ）
A．在真空中不同频率的电磁波传播速度都相同
B．机场的安检门可以探测人身携带的金属物品是利用伦琴射线的穿透能力
C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
D．产生电磁波的电磁振荡一旦停止，电磁波随之消失
答案：A
解析：A．电磁波在真空中传播的速度都为光速，故A正确；
B．机场的安检门可以探测人身携带的金属物品是利用电磁感应现象，故B错误；
C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力较强，最强的是射线，故C错误；
D．产生电磁波的电磁振荡一旦停止，便不再产生电磁波，但已产生的电磁波还将继续传播，故D错误。
答案：A。
12．下列说法中正确的有（ ）
A．灵敏电流表在运输时总要把两接线柱用导体连接起来，是利用了电磁驱动
B．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流和感应电动势
C．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象
D．用电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用塑料或瓷器做成的容器
答案：C
解析：A．灵敏电流表在运输时总要把两接线柱用导体连接起来，是利用了电磁阻尼，A错误；
B．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流有感应电动势，B错误；
C．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，C正确；
D．用电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用金属容器，才能产生涡流加热食物，D错误。
答案：C。
二、多选题
13．下列设备利用了自感现象和涡流的是（ ）
A．电暖器 B．地雷探测器 C．电熨斗 D．电磁炉
答案：BD
解析：AC．电暖器、电熨斗利用的是电流的热效应，不符合题意，故AC错误；
BD．地雷探测器、电磁炉利用了自感现象和涡流，符合题意，故BD正确；
答案：BD。
14．如图所示，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，则（ ）
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，转速比磁铁小
C．线圈转动时将产生变化的电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
答案：BC
解析：AB.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，故A错误.B正确.
CD.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，线圈中产生变化的电流.故C正确，D错误；
15．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
解析：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。
答案：BC。
三、解答题
16．如图所示，足够大的匀强磁场垂直于纸面向里，蓝色区域为一处于纸面的金属片。金属片在匀强磁场中垂直于磁感线向右平移，金属片中是否会有涡流？如果将金属片绕轴旋转，金属片中是否会有涡流？试说明理由。
答案：见解析
解析：当穿过金属块的磁通量发生变化时，金属块内部会产生感应电流，在金属块内部形成闭合回路，形如旋涡，我们称这种电流为涡流；当金属片在匀强磁场中垂直于磁感线向右平移时，穿过金属片的磁通量没有发生变化，故金属片中没有涡流；若将金属片绕ab轴旋转时，穿过金属片的磁通量发生变化，金属片中有涡流。
17．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈靠近导体，使导电构件中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。参考如图所示的示意图，解释涡流探伤技术是如何发现导体中的缺陷的。
答案：见解析
解析：金属探伤时，是探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中会感应出涡流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。
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