新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第2章電磁感應(yīng)3.渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)學(xué)案新人教版選擇性必修第二冊(cè)

3．渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)課程標(biāo)準(zhǔn)1．了解感生電場(chǎng)及其作用，知道感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的緣由。2．了解渦流現(xiàn)象和渦流在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。3．理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)，了解它們?cè)趯?shí)際生活中的應(yīng)用。素養(yǎng)目標(biāo)1．物理觀念：通過試驗(yàn)，了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。2．科學(xué)思維：了解感生電場(chǎng)，知道感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的緣由。會(huì)推斷感生電動(dòng)勢(shì)的方向，并會(huì)計(jì)算它的大小。3．科學(xué)探究：通過試驗(yàn)了解渦流現(xiàn)象，知道渦流是怎樣產(chǎn)生的，了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。4．科學(xué)看法與責(zé)任：通過對(duì)渦流實(shí)例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。學(xué)問點(diǎn)1電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)1．感生電場(chǎng)磁場(chǎng)變更時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種_電場(chǎng)__，這種電場(chǎng)與靜電場(chǎng)不同，它不是由_電荷__產(chǎn)生的，我們把它叫作感生電場(chǎng)。2．感生電動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)變更時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由_感生電場(chǎng)__產(chǎn)生的，它也叫感生電動(dòng)勢(shì)。3．感生電場(chǎng)的方向感生電場(chǎng)的方向，可用安培定則推斷，磁場(chǎng)增大時(shí)，大拇指指向磁場(chǎng)反方向，四指環(huán)繞方向就是感生電場(chǎng)方向，反之也是。學(xué)問點(diǎn)2渦流1．定義在變更的磁場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的_感應(yīng)電流__，就像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流，簡稱渦流。2．渦流的特點(diǎn)若金屬的電阻率小，渦流往往_很強(qiáng)__，產(chǎn)生的熱量_許多__。3．渦流的應(yīng)用(1)渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用：如_真空冶煉爐__、_電磁爐__。(2)渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用：如_探雷器__、_安檢門__。4．渦流的防止電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過大而導(dǎo)致奢侈能量，損壞電器。(1)途徑一：增大鐵芯材料的_電阻率__。(2)途徑二：用相互絕緣的_硅鋼片__疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯?！号幸慌小?1)渦流跟平常常見的感應(yīng)電流一樣，都是因?yàn)榇┻^導(dǎo)體的磁通量變更而產(chǎn)生的。(√)(2)渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)。(×)(3)電磁灶是在金屬鍋體中產(chǎn)生熱效應(yīng)，從而達(dá)到加熱和烹飪食物的目的。(√)(4)制造變壓器用的鐵芯是利用了渦流。(×)『選一選』(多選)(2024·內(nèi)蒙古高二期中)關(guān)于物理學(xué)問在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，下列說法中正確的是(AC)A．真空金屬冶煉爐的線圈中必需接溝通電，金屬材料中才能產(chǎn)生焦耳熱B．真空金屬冶煉爐的原理是電流的磁效應(yīng)C．電磁爐的原理是電磁感應(yīng)D．一般陶瓷砂鍋也可以利用電磁爐來煲湯解析：真空金屬冶煉爐的原理是電磁感應(yīng)，真空金屬冶煉爐的線圈中必需接溝通電，金屬材料中才能產(chǎn)生渦流，A正確，B錯(cuò)誤；電磁爐的原理是：電磁感應(yīng)現(xiàn)象，電磁爐的爐面采納了耐熱陶瓷板。通以交變電流時(shí)陶瓷板下面的線圈會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)弱和方向變更的磁場(chǎng)，導(dǎo)致電磁爐上方的鐵鍋產(chǎn)生感應(yīng)電流，讓鍋底立刻發(fā)熱，就可以快速的加熱食物，C正確；一般陶瓷砂鍋沒有自由電子，無法形成渦流，所以一般陶瓷砂鍋不行以利用電磁爐來煲湯，D錯(cuò)誤?！合胍幌搿唤饘偬綔y(cè)器是一種特地用來探測(cè)金屬的儀器(如圖)，除了用于探測(cè)有金屬外殼或金屬部件的地雷之外，還可以用來探測(cè)隱藏在墻壁內(nèi)的電線、埋在地下的水管和電纜，甚至能夠地下探寶，發(fā)覺埋藏在地下的金屬物體。你能說明其工作原理嗎？解析：金屬探測(cè)器是利用渦流工作的。交變電流通過金屬探測(cè)器的線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。假如探測(cè)器四周有金屬，金屬內(nèi)便產(chǎn)生渦流，渦流本身又會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)反過來影響原有的磁場(chǎng)。這樣就會(huì)引發(fā)探測(cè)器發(fā)出鳴叫聲。學(xué)問點(diǎn)3電磁阻尼1．概念當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，_感應(yīng)__電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是_阻礙__導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)。2．應(yīng)用磁電式儀表中利用_電磁阻尼__使指針快速停止搖擺，便于讀數(shù)。溝通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)?！号幸慌小?5)發(fā)生電磁驅(qū)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體與磁場(chǎng)的速度應(yīng)相同。(×)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)情|境|導(dǎo)|入如圖所示，B增加，那么就會(huì)在空間激發(fā)一個(gè)感生電場(chǎng)E。假如E處空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)，而產(chǎn)生感應(yīng)電流。(1)感生電場(chǎng)的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)系？如何推斷感生電場(chǎng)的方向？(2)上述狀況下，哪種作用力扮演電源中非靜電力的角色？提示：(1)感應(yīng)電流的方向與正電荷移動(dòng)的方向相同，感生電場(chǎng)的方向與正電荷受力的方向相同，因此，感生電場(chǎng)的方向與感應(yīng)電流的方向相同，感生電場(chǎng)的方向可以用楞次定律判定。(2)感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用力。要|點(diǎn)|提|煉1.產(chǎn)生：如圖所示，當(dāng)磁場(chǎng)變更時(shí)，產(chǎn)生感生電場(chǎng)。感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是與磁場(chǎng)垂直的曲線。2．方向：閉合環(huán)形回路(可假定存在)的電流方向就表示感生電場(chǎng)的電場(chǎng)方向。依據(jù)試驗(yàn)存在的或假定存在的回路結(jié)合楞次定律判定感生電場(chǎng)的方向。3．對(duì)感生電場(chǎng)的理解(1)變更的磁場(chǎng)四周產(chǎn)生感生電場(chǎng)，與閉合電路是否存在無關(guān)。假如在變更的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路中的自由電荷在感生電場(chǎng)作用下，做定向移動(dòng)，形成電流。在這種狀況下所謂的非靜電力就是感生電場(chǎng)的作用。(2)感生電場(chǎng)是電場(chǎng)的一種形式，是客觀存在的一種特別物質(zhì)。(3)感生電場(chǎng)可用電場(chǎng)線形象描述，但感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合曲線，所以感生電場(chǎng)又稱為渦旋電場(chǎng)。這一點(diǎn)與靜電場(chǎng)不同，靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不閉合。(4)感生電場(chǎng)可以對(duì)帶電粒子做功，可使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn)。典|例|剖|析典例1聞名物理學(xué)家費(fèi)曼曾設(shè)計(jì)這樣一個(gè)試驗(yàn)裝置：一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓板的中部有一個(gè)線圈，圓板的四周固定著一圈帶電的金屬小球，如圖所示。當(dāng)線圈接通電源后，將有圖示方向的電流流過，則下列說法正確的是(D)A．接通電源瞬間，圓板不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)B．線圈中電流的增大或減小會(huì)引起圓板向相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)C．接通電源后，保持線圈中電流不變，圓板轉(zhuǎn)動(dòng)方向與線圈中電流流向相同D．若金屬小球帶負(fù)電，接通電源瞬間圓板轉(zhuǎn)動(dòng)方向與線圈中電流流向相同解析：線圈接通電源瞬間，變更的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)，導(dǎo)致帶電小球受到電場(chǎng)力，使其轉(zhuǎn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；不論線圈中電流增大或減小都會(huì)引起磁場(chǎng)的變更，從而產(chǎn)生電場(chǎng)，使小球受到電場(chǎng)力，從而轉(zhuǎn)動(dòng)，由于電場(chǎng)力與電荷帶正負(fù)電有關(guān)，故B錯(cuò)誤；接通電源后，保持線圈中電流不變，則磁場(chǎng)不變，不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，小球不受到電場(chǎng)力，故C錯(cuò)誤；接通電源瞬間小球受到電場(chǎng)力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，由于金屬小球帶負(fù)電，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與線圈中電流流向相同，故D正確。推斷感生電場(chǎng)方向的思路對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)變更時(shí)會(huì)在空間激發(fā)感生電場(chǎng)。如圖所示，一個(gè)半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置，環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，環(huán)上套一帶電荷量為＋q的小球，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間勻稱增加，其變更率為k，若小球在環(huán)上運(yùn)動(dòng)一周，試求感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做功的大小。解：依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，磁場(chǎng)變更產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)為E＝eq\f(ΔB,Δt)πr2＝kπr2，小球在環(huán)上運(yùn)動(dòng)一周，則感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做功的大小為W＝qE＝πr2qk。探究對(duì)渦流的理解情|境|導(dǎo)|入高考考場(chǎng)用的金屬探測(cè)器是一根長的黑色扁棒，運(yùn)用時(shí)監(jiān)考老師手持探測(cè)器，在考生前后左右和簡單藏東西的部位劃過，如藏有金屬物品，即便是一粒金屬紐扣，探測(cè)器也會(huì)鳴響。金屬探測(cè)器的原理是什么？提示：渦流金屬探測(cè)器通過其通有溝通電的探測(cè)線圈，在隱藏金屬中產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)又影響探測(cè)線圈，從而變更原溝通電的大小和相位，從而起到探測(cè)作用。要|點(diǎn)|提|煉1.對(duì)渦流的理解本質(zhì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象條件穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變更，并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路特點(diǎn)整個(gè)導(dǎo)體回路的電阻一般很小，感應(yīng)電流很大2.產(chǎn)生渦流的兩種狀況(1)塊狀金屬放在變更的磁場(chǎng)中。(2)塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。3．產(chǎn)生渦流時(shí)的能量轉(zhuǎn)化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(1)金屬塊放在了變更的磁場(chǎng)中，則磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(2)假如是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則由于克服安培力做功，金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。4．渦流的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門等。(2)防止：為了減小電動(dòng)機(jī)、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的硅鋼做材料，而且用相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。典|例|剖|析典例2(多選)機(jī)場(chǎng)的安檢門可以利用渦流探測(cè)人身上攜帶的金屬物品，安檢門中接有線圈，線圈中通有交變電流，關(guān)于其工作原理，以下說法正確的是(BD)A．人身上攜帶的金屬物品會(huì)被地磁場(chǎng)磁化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流B．人在由線圈中的交變電流產(chǎn)生的變更的磁場(chǎng)里運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬物品中產(chǎn)生感應(yīng)電流C．線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流D．金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流解析：安檢門利用渦流探測(cè)金屬物品的工作原理：線圈中的交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使金屬物品中產(chǎn)生渦流，該渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，而線圈中交變電流的變更可以被檢測(cè)到。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(多選)如圖所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通溝通電源，過了幾分鐘，杯內(nèi)的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時(shí)間，下列措施可行的有(AB)A．增加線圈的匝數(shù)B．提高溝通電源的頻率C．將金屬杯換為陶瓷杯D．取走線圈中的鐵芯解析：當(dāng)電磁鐵接通溝通電源時(shí)，金屬杯處在變更的磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流發(fā)熱，使水溫上升。要縮短加熱時(shí)間，需增大渦流，即增大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或減小電阻。增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率都可以增大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，陶瓷杯不能產(chǎn)生渦電流，取走鐵芯會(huì)導(dǎo)致磁性減弱而減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。探究電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)情|境|導(dǎo)|入有一個(gè)銅盤，輕輕撥動(dòng)它，能長時(shí)間地繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，假如在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將蹄形磁鐵的兩極放在銅盤邊緣，但并不與銅盤接觸(如圖所示)，銅盤就能在較短的時(shí)間內(nèi)停止，請(qǐng)思索這是什么緣由。提示：銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)假如加上磁場(chǎng)，則在銅盤中產(chǎn)生渦流，磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)渦流的作用力阻礙它的轉(zhuǎn)動(dòng)，故在較短的時(shí)間內(nèi)銅盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)。要|點(diǎn)|提|煉1.電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼的形成緣由當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量就發(fā)生變更。例如，線圈處于如圖所示的初始狀態(tài)時(shí)，穿過線圈的磁通量為零。當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量就增加了，依據(jù)楞次定律，此時(shí)線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來。從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來看，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到的安培力是使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來的動(dòng)力，對(duì)線圈而言是電磁驅(qū)動(dòng)；而線圈對(duì)磁鐵的作用力對(duì)磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)起阻礙作用，對(duì)磁鐵而言是電磁阻尼，因此電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼是相對(duì)的兩個(gè)方面，不行分割。2．電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)不同點(diǎn)成因由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變更而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙物體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，而對(duì)外做功相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象中安培力的效果是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)留意電磁驅(qū)動(dòng)中導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度仍要小于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度。典|例|剖|析典例3(2024·江蘇揚(yáng)州高二期中)零刻度在表盤正中間的電流計(jì)，特別靈敏，通入電流后，線圈所受安培力和螺旋彈簧的彈力作用達(dá)到平衡時(shí)，指針在示數(shù)旁邊的搖擺很難停下，使讀數(shù)變得困難。在指針轉(zhuǎn)軸上裝上的扇形鋁框或扇形鋁板，在合適區(qū)域加上磁場(chǎng)，可以解決此困難。下列方案合理的是(D)解析：如圖所示，A、C中當(dāng)指針向左偏轉(zhuǎn)時(shí)，鋁框或鋁板可能會(huì)離開磁場(chǎng)，產(chǎn)生不了渦流，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，A、C方案不合理，A、C錯(cuò)誤；B圖是鋁框，磁場(chǎng)在鋁框中間，當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)角度較小時(shí)，鋁框不能切割磁感線，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，B方案不合理，B錯(cuò)誤；D圖是鋁板，磁場(chǎng)在鋁板中間，無論指針偏轉(zhuǎn)角度大小，都會(huì)在鋁板上產(chǎn)生渦流，起到電磁阻尼的作用，指針會(huì)很快穩(wěn)定的停下，便于讀數(shù)，D方案合理，D正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(2024·廣東高州市高二月考)如圖所示，一輕質(zhì)絕緣橫桿兩側(cè)各固定一金屬環(huán)，橫桿可繞中心點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，老師拿一條形磁鐵插向其中一個(gè)小環(huán)，后又取出插向另一個(gè)小環(huán)，同學(xué)們看到的現(xiàn)象及現(xiàn)象分析正確的是(D)A．磁鐵插向左環(huán)，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)B．磁鐵插向右環(huán)，橫桿不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)C．磁鐵插向左環(huán)，左環(huán)中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流D．磁鐵插向右環(huán)，右環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流解析：磁鐵插入金屬環(huán)，金屬環(huán)磁通量發(fā)生變更，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。但左環(huán)未閉合，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不形成感應(yīng)磁場(chǎng)，不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。右環(huán)是閉合環(huán)，磁通量變更時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成磁場(chǎng)，與磁鐵相互作用，發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的對(duì)比感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生緣由磁場(chǎng)的變更導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)移動(dòng)電荷的非靜電力感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)力導(dǎo)體中自由電荷所受洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力回路中相當(dāng)于電源的部分處于變更磁場(chǎng)中的線圈部分做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體方向推斷方法由楞次定律推斷通常由右手定則推斷，也可由楞次定律推斷大小計(jì)算方法由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)計(jì)算通常由E＝Blvsinθ計(jì)算，也可由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)計(jì)算案例如圖所示，兩根相距為L＝1m的足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌，位于水平的xOy平面內(nèi)，一端接有阻值為R＝6Ω的電阻。在x>0的一側(cè)存在垂直紙面對(duì)里的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B只隨t的增大而增大，且它們間的關(guān)系為B＝kt，其中k＝4T/s。一質(zhì)量為m＝0.5kg的金屬桿與金屬導(dǎo)軌垂直，可在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，當(dāng)t＝0時(shí)金屬桿靜止于x＝0處，有一大小可調(diào)整的外力F作用于金屬桿，使金屬桿以恒定加速度a＝2m/s2沿x軸正向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。除電阻R以外其余電阻都可以忽視不計(jì)。求：當(dāng)t＝4s時(shí)施加于金屬桿上的外力為多大。解析：t＝4s時(shí)，金屬桿移動(dòng)的位移x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)×2×16m＝16m，此時(shí)的速度v＝at＝2×4m/s＝8m/s。切割產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)E1＝BLv＝ktLv＝4×4×1×8V＝128V。磁場(chǎng)變更產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)E2＝eq\f(ΔB,Δt)Lx＝4×1×16V＝64V。依據(jù)楞次定律和右手定則知，兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)的方向相同，則總電動(dòng)勢(shì)E＝E1＋E2＝192V。則感應(yīng)電流的大小I＝eq\f(E,R)＝eq\f(192,6)A＝32A，依據(jù)牛頓其次定律得，F(xiàn)－BIL＝ma，解得F＝BIL＋ma＝4×4×32×1N＋0.5×2N＝513N。答案：513N一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)1．(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合電場(chǎng)線，方向從上向下看是順時(shí)針的，這可能是(AC)A．沿AB方向磁場(chǎng)在快速減弱B．沿AB方向磁場(chǎng)在快速增加C．沿BA方向磁場(chǎng)在快速增加D．沿BA方向磁場(chǎng)在快速減弱解析：由安培定則可知，感應(yīng)電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向下，假如磁場(chǎng)方向沿AB，則感應(yīng)磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同，由楞次定律可知，原磁場(chǎng)在減弱，A正確，B錯(cuò)誤；假如磁場(chǎng)沿BA方向，則感應(yīng)磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，由楞次定律可知，原磁場(chǎng)在增加，C正確，D錯(cuò)誤，故選AC。2．(2024·浙江舟山高二期末)現(xiàn)代科學(xué)探討中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場(chǎng)使電子加速的設(shè)備。如圖所示，上面為側(cè)視圖，上、下為電磁體的兩個(gè)磁極；下面為磁極之間真空室的俯視圖。若從上往下看電子在真空室中沿逆時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)，變更電磁體線圈中電流的大小可使電子加速。則下列推斷正確的是(B)A．真空室中產(chǎn)生的感生電場(chǎng)沿逆時(shí)針方向B．通入電磁體線圈的電流在增加C．電子在軌道中加速的驅(qū)動(dòng)力是洛倫茲力D．電子在軌道中做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是電場(chǎng)力解析：電子沿逆時(shí)針方向加速，則電子所受電場(chǎng)力沿逆時(shí)針方向，所以感生電場(chǎng)的方向沿順時(shí)針方向，A錯(cuò)誤；當(dāng)電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一樣時(shí)，若電流增大，依據(jù)楞次定律，可知渦旋電場(chǎng)的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，電子將沿逆時(shí)針方向做加速運(yùn)動(dòng)，B正確；由于感生電場(chǎng)使電子加速，即電子在軌道中加速的驅(qū)動(dòng)力是電場(chǎng)力，C錯(cuò)誤；電子在軌道中做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是洛倫茲力，D錯(cuò)誤。二、渦流3．高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻溝通電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫熔化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大，下列措施不行采納是(A)A．減小焊接縫的接觸電阻B．增大焊接縫的接觸電阻C．增大交變電流的電壓D．增大交變電流的頻率解析：增大電阻，在相同電流下，焊縫處熱功率大，溫度升得很高，B正確，不符合題意；A錯(cuò)誤，符合題意；當(dāng)增大交變電流的電壓時(shí)，線圈中交變電流增大，則磁通量變更率增大，因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，感應(yīng)電流也增大，所以焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量也增多，C正確，不符合題意；高頻焊接利用高頻交變電流產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，在焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律分析可知，電流變更的頻率越高，磁通量變更頻率越高，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，感應(yīng)電流越大，焊縫處的溫度上升得越快，D正確，不符合題意。4．(2024·福建南靖縣高二期中)如圖所示為高頻電磁爐的工作示意圖，它是采納電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生渦流加熱的，電磁爐工作時(shí)產(chǎn)生的電磁波，是由線圈內(nèi)高頻變更的電流產(chǎn)生的且完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋所汲取，不會(huì)泄漏，對(duì)人體健康無危害。關(guān)于電磁爐，以下說法正確的是(C)A．電磁爐是利用變更的磁場(chǎng)使食物中的極性水分子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)來對(duì)食物加熱的B．電磁爐和電爐一樣是讓電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來對(duì)食物加熱的C．電磁爐是利用變更的磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流，使含鐵質(zhì)鍋底快速升溫，進(jìn)而對(duì)鍋內(nèi)食物加熱的D．目前家庭購買的電磁爐加熱食物時(shí)通常用的是鐵質(zhì)鍋，不用鋁鍋的緣由是鋁鍋放在電磁爐上鍋底不會(huì)產(chǎn)生渦流解析：電磁爐是利用變更的磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流，使含鐵質(zhì)鍋底快速升溫，進(jìn)而對(duì)鍋內(nèi)食物加熱的，故渦流是由于鍋底中的電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，C正確，A、B錯(cuò)誤；鋁鍋放在電磁爐上也會(huì)形成渦流，所以不用鋁鍋的緣由并不是鋁鍋放在電磁爐上鍋底不會(huì)產(chǎn)生渦流，D錯(cuò)誤。三、電磁阻尼5．如圖所示是電流表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以下說法正確的是(C)A．為了測(cè)量電流時(shí)更加靈敏，框架應(yīng)當(dāng)用塑料框B．因?yàn)榇艌?chǎng)是輻向磁場(chǎng)，所以框架在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中穿過框架的磁通量沒有變更C．框架在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，感應(yīng)電流方向與外界的電流方向相反D．電表在運(yùn)輸?shù)倪^程中不須要做任何的處理解析：電流表的內(nèi)部線圈繞在閉合的鋁框上，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致穿過鋁框的磁通量變更，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，出現(xiàn)安培阻力，使其很快停止搖擺，使得測(cè)量電流時(shí)更加靈敏，A錯(cuò)誤；因?yàn)榇艌?chǎng)是輻向磁場(chǎng)，所以框架在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中線圈平面總是與磁場(chǎng)平行，但磁通量變更率不為零，則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過框架的磁通量會(huì)發(fā)生變更，B錯(cuò)誤；框架在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中磁通量要發(fā)生變更，所以有感應(yīng)電流產(chǎn)生；因?yàn)橥饨珉娏魇咕€圈轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)又產(chǎn)生感應(yīng)電流，分別依據(jù)左手定則和右手定則可知，感應(yīng)電流方向與