第四章 7
1．下列仪器不是利用涡流工作的是( )
A．电磁炉 B．微波炉
C．金属探测器 D．真空冶炼炉
【答案】B
【解析】微波炉是利用微波的热效应．
2．(多选)(2018·惠州名校期末)电磁炉加热方式，能大幅减少热量传递过程的中间环节，大大提升发热效率，节约能源，比传统炉具(电炉、煤气炉)节省能源一半以上．下列关于煤气炉、电炉、电磁炉的说法，正确的是( )
A．煤气炉把燃气的化学能转化为热能，电炉、电磁炉都是把电能转化为热能
B．电炉对能源的利用效率比煤气炉低，所以大部分家庭都用煤气炉
C．电磁炉产生电磁辐射，是不安全的，不应推广
D．电炉、煤气炉能使用各种材料制作的器皿，而电磁炉只能使用金属器皿
【答案】AD
【解析】根据能量转化可知，煤气炉把燃气的化学能转化为热能，电炉、电磁炉都是把电能转化为热能，故A正确；电炉对能源的利用效率比煤气炉高，但成本也高(煤气费更便宜)，所以原来大部分家庭都用煤气炉，故B错误；电磁炉产生的电磁辐射在安全范围内，可以大力推广，故C错误；电炉、煤气炉能使用各种材料制作的器皿，而电磁炉采用电磁感应原理加热，所以只能使用金属器皿，故D正确．
3．(2019·苏州名校月考)如图所示，在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框abcd.磁铁和线框都可以绕竖直轴OO′自由转动．若使蹄形磁铁以某角速度转动时，线框的运动情况将是( )
A．静止
B．随磁铁同方向转动
C．沿与磁铁相反方向转动
D．与蹄形磁铁同角速度转动
【答案】B
【解析】蹄形磁铁转动时，发生电磁感应现象，根据楞次定律的推论，矩形线框abcd的运动会阻碍磁通量的变化，但阻止不了，所以会随磁铁转动，但转动速度比蹄形磁铁慢．故A、C、D错误，B正确．
4．(多选)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了涡流
【答案】AD
【解析】测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，若有金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警．
5．一个半径为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点下方处有一宽度为、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多少？
【答案】mg
【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，即热量Q＝mg.
第四章 7
基础达标
一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～6题有多项符合题目要求)
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的．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的锅所吸收，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的
B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质的锅底迅速升温，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的锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，故选项A、D错误，B正确；而选项C是微波炉的加热原理，C错误．
2．(2018·北京名校二模)如图所示，将一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，铝框可以绕竖直轴线OO′自由转动．转动磁铁，会发现静止的铝框也会发生转动．下列说法正确的是( )
A．铝框与磁极转动方向相反
B．铝框始终与磁极转动得一样快
C．铝框是因为磁铁吸引铝质材料而转动的
D．铝框是因为受到安培力而转动的
【答案】D
【解析】根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致铝框与磁铁转动方向相同，但快慢不一，故A、B错误；由以上分析可知，铝框转动是由于电磁感应产生电流，使铝框内受到安培力而转动，故C错误，D正确．
3．(2019·丽水校级三模)以下物理事实，描述正确的是( )
A．在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中心轴高速旋转，钢水由于受到离心力的作用趋于周壁，形成无缝钢管
B．在燃气灶中，安装有电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电来点燃气体，点火器的放电电极往往做成球状
C．有些合金如锰铜合金和镍铜合金，由于电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻
D．为防止电表在运输过程中指针晃动角度过大，不能用导线将两接线柱连起来
【答案】C
【解析】在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中心轴高速旋转，钢水由于受到由于离心作用趋于周壁，形成无缝钢管；但不能说是受到离心力的作用，故A错误；在燃气灶中，安装有电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电来点燃气体，点火器的放电电极往往做成针形，故B错误；有些合金如锰铜合金和镍铜合金，由于电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻，故C正确；为了防止电表在运输过程中指针晃动角度过大，在运输过程中应将两导线柱连起来，故D错误．
4．如图所示，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
【答案】D
【解析】根据楞次定律的“阻碍变化”知“来拒去留”，当两磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动的趋势，受木板的摩擦力向左，当磁铁远离时，线圈要阻碍其远离，仍有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故选项D正确．
5．1824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
【答案】AB
【解析】当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势和感应电流，选项A正确；圆盘内的涡电流产生的磁场对磁针施加磁场力作用，导致磁针转动，选项B正确；由于圆盘中心正上方悬挂小磁针，在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变，选项C错误；圆盘中自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场，由安培定则可判断出在中心方向竖直向下，其他位置关于中心对称，此磁场不会导致磁针转动，选项D错误．
6．(2019·武汉模拟)某电磁感应式无线充电系统原理如图所示，当送电线圈中通以变化的电流，在邻近的受电线圈中就产生感应电流，从而实现充电器与用电装置间的能量传递．当送电线圈上的电流由端口1流入，由端口2流出，且电流逐渐增强．则( )
A．送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向左
B．送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向右
C．受电线圈对用电器供电，端口4为正极
D．受电线圈对用电器供电，端口3为正极
【答案】AD
【解析】送电线圈上的电流由端口1流入，由端口2流出，根据右手螺旋定则，那么送电线圈中轴线OO′上的磁场方向水平向左，故A正确，B错误；当送电线圈上的电流由端口1流入，由端口2流出，且电流逐渐增强，依据楞次定律，则受电线圈电流从4流进，由3流出，由于电源内部，电流从负极流向正极，因此端口3为正极，故C错误，D正确．
二、非选择题
7．电阻为R的矩形线圈abcd，边长ab＝L，ad＝h，质量为m，自某一高度自由下落，通过一匀强磁场．磁场的方向垂直纸面向里，磁场区域的宽度为h，如图所示．如果线圈恰好以恒定速度通过磁场，问导线中产生的焦耳热等于多少？
【答案】2mgh
【解析】方法一 直接用定义．设恒定速度为v，则产生焦耳热的时间t＝，I＝，mg＝BIL，所以Q＝I2Rt＝BIL·2h＝2mgh.
方法二 用“功”衡量“能”．导线中产生的焦耳热等于线圈克服安培力所做的功，即Q＝|W安|＝BIL·2h＝2mgh.
方法三 用“能”衡量“能”．导线中产生的焦耳热等于线圈减少的重力势能，即Q＝ΔEp减＝2mgh.
8．如图所示，质量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作平抛运动)：
(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/s2)
【答案】(1)铝环向右偏 (2)1.7 J
【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磁铁穿过后的速度v＝＝9 m/s
E电＝Mv－Mv2－mv′2＝1.7 J.
能力提升
9．如图所示，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，若不计空气阻力，则( )
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
【答案】B
【解析】在圆环进入和穿出磁场的过程中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，选项A错误，B正确；但在环完全进入磁场后，不再产生感应电流，选项C错误；最终圆环将不能摆出磁场，从此再无机械能向电能转化，其摆动的幅度不再变化，选项D错误．
10．(2019·泰州期末)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺寸上的形貌，为了有效减弱外界震动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称竖直安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小震动，如图所示．无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右震动的衰减最有效的方案是( )
A B C D
【答案】B
【解析】当加恒定磁场后，紫铜薄板上下及左右振动时，导致穿过板的磁通量变化，从而产生感应电流，感应磁场进而阻碍板的运动．而A、D选项，只能左右振动时，才有磁通量变化，上下振动，没有磁通量变化．C项中上下及左右振动磁通量均不变，因此B选项最有效．故B正确，A、C、D错误．
11．如图所示，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vA、vB.
(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是多少？
【答案】(1)向右 (2) mgh－Mv－mv
【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，所以有
mgh＝Mv＋mv＋E电
即E电＝mgh－Mv－mv.
12．如图所示，在光滑的水平面上的有一半径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．
【答案】(1)0.36 W (2)6×10－2 m/s2 方向向左
【解析】(1)设刚好有一半进入磁场时，圆环的速度为v′，由能量守恒可得mv2＝Q＋mv′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＝＝
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＝BIL
圆环的加速度为a＝＝＝6×10－2 m/s2，方向向左．
课件24张PPT。7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动同学们，上一节我们学习了互感和自感现象有关规律，首先请大家回顾一下有关知识，然后回答下面的几个问题：
1．(2018·林州名校期末)如图所示，电路中电阻R和自感线圈L的阻值都较小，接通开关S，灯泡L1正常发光，则断开S的瞬间( )
A．通过电阻R的电流为零
B．通过电源的电流为零
C．灯L1立刻熄灭
D．灯L1突然亮一下，然后逐渐变暗
【答案】B
【解析】在电路中，断开S，L、L1、R串联，由于线圈阻碍电流变小，L相当于电源，导致L1将逐渐变暗，流过L1的电流方向不会发生变化．故A、C、D错误；在电路中，断开S，电流不能通过电源，故B正确．2．(2018·大连名校期末)如图所示，A、B是完全相同的灯泡，L是电阻不计的自感线圈，当开关S闭合时，下列说法正确的是( )
A．A灯先亮，B灯后亮
B．B灯先亮，A灯后亮
C．A、B灯同时亮，以后亮度不变
D．A、B灯同时亮，以后B灯更亮，A灯熄灭
【答案】D
【解析】刚闭合S的瞬间，电源的电压同时加到两灯上，由于L的自感作用，L瞬间相当于断路，所以电流通过两灯，两灯同时亮．随着电流的逐渐稳定，L将A灯短路，所以A灯很快熄灭，B灯变得更亮．故D正确，A、B、C错误．一、涡流
1．定义
由于____________，在导体中产生的像水中旋涡样的______电流．
2．特点
若金属的电阻率小，涡流往往__________，产生的热量__________．电磁感应感应很强很多3．应用
(1)涡流热效应的应用：如____________．
(2)涡流磁效应的应用：如________________．
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__________．
(2)途径二：用相互绝缘的__________叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯．真空冶炼炉探测器、安检门电阻率硅钢片二、电磁阻尼和电磁驱动
1．电磁阻尼
(1)定义：当导体在磁场中运动时，__________会使导体受到安培力，安培力的方向总是________导体的运动的现象．
(2)应用：电学仪表中利用电磁阻尼使指针很快地_____，便于读数．
2．电磁驱动
(1)定义：如果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__________的作用，________使导体运动起来的现象．
(2)应用：交流感应电动机．感应电流阻碍停下安培力安培力用导线把微安表的两个接线柱连在一起后，晃动微安表时，表针摆动的幅度为什么比没连接接线柱0时的小？
【答案】用导线把微安表的两个接线柱连接起来后，就形成了闭合回路，产生感应电流从而阻碍表针的相对运动，即发生电磁阻尼现象．1．涡流的产生
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．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．涡流现象的理解
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． 例1 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( )
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：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．
答案：C1．(多选)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( )
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【答案】CD
【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：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，故D项正确．电磁阻尼与电磁驱动的比较
说明：(1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律．
(2)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体的运动速度仍要小于磁场的运动速度． 例2 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( )
A．2是磁铁，在1中产生涡流
B．1是磁铁，在2中产生涡流
C．该装置的作用是使指针能够转动
D．该装置的作用是使指针能很快地稳定
解析：当指针摆动时，1随之转动，2是磁铁，那么在1中产生涡流，2对1的安培力将阻碍1的转动．总之不管1向哪个方向转动，2对1的效果总起到阻尼作用．所以它能使指针很快地稳定下来．
答案：AD2．如图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕OO′轴转动，线圈的运动情况是( )A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同
B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同
C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速
D．线圈静止不动
【答案】C
【解析】当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但阻碍不是阻止，磁通量仍要增加，所以其转速小于磁铁的转速．
