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(共66張PPT)
DIERZHANG
第二章
3　渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動
1.了解感生電場的概念，了解電子感應(yīng)加速器的工作原理。
2.理解渦流的產(chǎn)生原理，了解渦流在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用(重點(diǎn))。
3.理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理，了解其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用(重難點(diǎn))。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
二、渦流
內(nèi)容索引
三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動
課時對點(diǎn)練
電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
一
1.麥克斯韋認(rèn)為　　　的磁場能在周圍空間激發(fā)一種電場，這種電場叫作感生電場。
2.由　　　　　產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢。
3.電子感應(yīng)加速器是利用　　　　　使電子加速的設(shè)備，當(dāng)線圈中_____的大小、方向發(fā)生變化時，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。
4.感生電場的方向根據(jù)楞次定律用右手螺旋定則判斷，感生電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律E=n計算。
變化
感生電場
感生電場
電流
如圖所示，B增強(qiáng)時，就會在空間激發(fā)一個感生電場E。如果E處空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會發(fā)生定向移動，而產(chǎn)生感應(yīng)電流。
(1)感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)系？如何判斷感生電場的方向？
思考與討論
答案　感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向相同，感生電場的方向可以用楞次定律來判定。
(2)在上述情況下，哪種力扮演了非靜電力的角色？
答案　感生電場對自由電荷的作用力。
(1)只要磁場變化，即使沒有電路，在空間也將產(chǎn)生感生電場。
(　　)
(2)處于變化磁場中的導(dǎo)體，其內(nèi)部自由電荷定向移動，是由于受到感生電場的作用。(　　)
√
√
　現(xiàn)代科學(xué)研究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使電子加速的設(shè)備。如圖所示，圖甲為側(cè)視圖，上、下為電磁鐵的兩個磁極；圖乙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針方向做圓周運(yùn)動，改變電磁鐵線圈中電流的大小可使電子加速。則下列判斷正確的是
A.真空室中產(chǎn)生的感生電場沿逆時針方向
B.通入電磁鐵線圈的電流在增強(qiáng)
C.電子在軌道中加速的驅(qū)動力是洛倫茲力
D.電子在軌道中做圓周運(yùn)動的向心力是由靜電力提供的
例1
√
電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的設(shè)備，電子帶負(fù)電，電場方向與電子運(yùn)動的方向相反，所以真空室中產(chǎn)生的感生電場沿順時針方向，A錯誤；
電磁鐵線圈中電流變大，產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，由楞次定律可知，產(chǎn)生的感生電場方向是順時針方向，電子受感生電場的力與運(yùn)動方向相同，電子的速度增大，B正確；
由于電磁鐵線圈中電流可以變化，可在真空室中產(chǎn)生感應(yīng)磁場，電子在洛倫茲力的作用下做圓周運(yùn)動，D錯誤；由于感生電場使電子加速，即電子在軌道中加速的驅(qū)動力是非靜電力，C錯誤。
　　 如圖所示，內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上，環(huán)內(nèi)有一帶負(fù)電的小球，整個裝置處于豎直向下的磁場中，當(dāng)磁場突然增強(qiáng)時，小球?qū)?br/>A.沿順時針方向運(yùn)動
B.沿逆時針方向運(yùn)動
C.在原位置附近往復(fù)運(yùn)動
D.仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)
針對訓(xùn)練
√
磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向豎直向下，當(dāng)磁場突然增強(qiáng)時，由楞次定律和安培定則可知，感生電場沿逆時針方向，由于小球帶負(fù)電，所以小球?qū)⒀仨槙r針方向運(yùn)動，A正確。
閉合回路(假定其存在)的感應(yīng)電流方向就表示感生電場的方向。判斷思路如下：
總結(jié)提升
返回
二
渦流
1.渦流：當(dāng)某線圈中的　　　隨時間變化時，由于電磁感應(yīng)，這個線圈附近的任何導(dǎo)體，如果穿過它的磁通量發(fā)生變化，導(dǎo)體內(nèi)都會產(chǎn)生_______
______，用圖表示這樣的感應(yīng)電流，就像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流，簡稱渦流。
2.渦流的應(yīng)用與防止
(1)應(yīng)用：　　　　　　、　　　　、　　　　等。
(2)防止：為了減小電動機(jī)、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的______做材料，或者用互相絕緣的　　　　疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。
電流
感應(yīng)
電流
真空冶煉爐
探雷器
安檢門
硅鋼
硅鋼片
在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發(fā)熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發(fā)熱。你知道這是為什么嗎？
思考與討論
答案　電磁爐的盤面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)線圈中通上變化極快的電流時，在線圈周圍產(chǎn)生迅速變化的磁場，變化的磁場使鍋底產(chǎn)生渦流，鐵鍋迅速發(fā)熱。
(1)渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流。
(　　)
(2)渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的。(　　)
(3)導(dǎo)體中有渦流時，導(dǎo)體沒有和其他元件組成閉合回路，故導(dǎo)體不會發(fā)熱。(　　)
(4)渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)。(　　)
×
√
×
×
　 (多選)“電磁感應(yīng)鋁箔封口機(jī)”被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中，它的工作原理是：在封口機(jī)工作時，套在瓶口上的封口頭內(nèi)的線圈有電流通過，致使靠近線圈(但與線圈絕緣)的鋁箔自行快速發(fā)熱，熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在被封容器的瓶口處，達(dá)到迅速封口的目的。下列有關(guān)說法正確的是
A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔
B.該封口機(jī)可用干電池作為電源以方便攜帶
C.封口過程中溫度過高，可適當(dāng)減小所通電流的頻率來解決
D.該封口機(jī)適用于玻璃、塑料等多種材質(zhì)的容器封口，但不適用于金屬
　容器
例2
√
√
由于封口機(jī)利用了電磁感應(yīng)原理，故封口材料必須是金屬類材料，而且電源必須是交流電源，A、B錯誤；
減小內(nèi)置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產(chǎn)生的熱量，可解決溫度過高的問題，C正確；
封口材料應(yīng)是金屬類材料，但對應(yīng)被封口的容器不能是金屬，否則同樣會被加熱，只能是玻璃、塑料等材質(zhì)，D正確。
返回
三
電磁阻尼和電磁驅(qū)動
(1)如圖甲所示，將兩條形磁體在同一高度釋放，下方放有閉合線圈的磁體很快停止振動，而下方不放閉合線圈的磁體能振動較長時間，如何解釋這個現(xiàn)象？
答案　圖甲中下方放有閉合線圈的磁體振動時除了受空氣阻力外，還受到線圈的磁場阻力，所以很快停下來。
(2)如圖乙所示，當(dāng)順時針或逆時針轉(zhuǎn)動蹄形磁體時線圈怎樣轉(zhuǎn)動？使線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什么？
答案　當(dāng)蹄形磁體順時針轉(zhuǎn)動時，線圈也順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)蹄形磁體逆時針轉(zhuǎn)動時，線圈也逆時針轉(zhuǎn)動。線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來。
梳理與總結(jié)
1.電磁阻尼
當(dāng)　　　　　　　　　時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力作用，安培力總是　　　導(dǎo)體的運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。
2.電磁驅(qū)動
(1)如果　　　　　　　　　　，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到　　　　的作用，　　　　使導(dǎo)體運(yùn)動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動。
(2)交流感應(yīng)電動機(jī)是利用　　　　　的原理工作的，把　　　轉(zhuǎn)化成________。
導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動
阻礙
磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動
安培力
安培力
電磁驅(qū)動
電能
機(jī)械能
某同學(xué)搬運(yùn)如圖所示的磁電式電流表時，發(fā)現(xiàn)表針晃動劇烈且不易停止。按照老師建議，該同學(xué)在兩接線柱間接一根導(dǎo)線后再次搬運(yùn)，發(fā)現(xiàn)表針晃動明顯減弱且能很快停止。你能解釋其中的原因嗎？
思考與討論
答案　電流表正負(fù)接線柱短接后與線圈組成閉合電路，由于表針和線圈是固定在一起的，所以表針擺動時會帶動線圈在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，而感應(yīng)電流會產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的效果，從而有效減弱了表針的擺動。
　 (2023·北京市房山區(qū)高二期中)如圖，一個鋁框放在蹄形磁體的兩個磁極之間。鋁框可以繞支點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動，先使鋁框和磁體靜止，轉(zhuǎn)動磁體，觀察鋁框的運(yùn)動，可以觀察到
A.鋁框與磁體轉(zhuǎn)動方向相反
B.鋁框始終與磁體轉(zhuǎn)動的一樣快
C.鋁框是因為受到安培力而轉(zhuǎn)動的
D.當(dāng)磁體停止轉(zhuǎn)動后，如果沒有空氣阻力和摩擦阻力，
　鋁框?qū)⒈３謩蛩俎D(zhuǎn)動
例3
√
根據(jù)楞次定律的推論“來拒去留”可知，轉(zhuǎn)動磁體時，鋁框會跟著轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動方向與磁體轉(zhuǎn)動方向一致，故A錯誤；
鋁框轉(zhuǎn)動的本質(zhì)是磁體轉(zhuǎn)動過程中，導(dǎo)致穿過鋁框的磁通量發(fā)生了變化，所以在鋁框中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，
受到磁體周圍的磁場對它的安培力作用轉(zhuǎn)動了起來，又因為感應(yīng)電流的磁場只是阻礙磁通量的變化，并不是阻止，所以鋁框轉(zhuǎn)動的速度要比磁體轉(zhuǎn)動速度慢，故B錯誤，C正確；
當(dāng)磁體停止轉(zhuǎn)動后，鋁框由于慣性會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，鋁框轉(zhuǎn)動過程中仍然能產(chǎn)生感應(yīng)電流，鋁框受到安培力的阻礙，所以鋁框會減速直至停止運(yùn)動，故D錯誤。
　(2024·云南師范大學(xué)附屬中學(xué)高二期末)電磁阻尼現(xiàn)象在日常生活中得到廣泛應(yīng)用，如汽車的減震懸架等。某車型的減震系統(tǒng)由兩部分組成：一部分是機(jī)械彈簧主減震系統(tǒng)；另一部分是電磁輔助減震系統(tǒng)。裝置示意圖如圖所示，強(qiáng)磁體固定在汽車底盤上，阻尼線圈固定在輪軸上，輪軸與底盤通過彈簧主減震系統(tǒng)相連，在震動過程中磁體可在線圈內(nèi)上下移動。則
A.對調(diào)磁體的磁極，電磁輔助減震系統(tǒng)就起不到減震效果
B.增多線圈匝數(shù)，不影響安培力的大小
C.只要產(chǎn)生震動，電磁輔助減震系統(tǒng)就能起到減震效果
D.震動過程中，線圈中有感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流方向不變
例4
√
對調(diào)磁體的磁極，震動過程線圈仍會產(chǎn)生感應(yīng)電
流，不影響減震效果，故A錯誤，C正確；
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n，線圈匝數(shù)越多，
產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，線圈電流越大，電磁阻尼現(xiàn)象越明顯，故增多線圈匝數(shù)會影響安培力的大小，故B錯誤；
震動過程中，線圈中磁通量的變化情況會根據(jù)磁體的靠近或者遠(yuǎn)離而不同，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向也會隨之改變，故D錯誤。
總結(jié)提升
返回
電磁阻尼 電磁驅(qū)動
不 同 點(diǎn) 成因 由導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動形成的 由磁場運(yùn)動而形成的
效果 安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，為阻力 安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同，為動力
能量 轉(zhuǎn)化 克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 磁場能轉(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
共同點(diǎn) 兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體受到的安培力都是阻礙導(dǎo)體與磁場間的相對運(yùn)動
四
課時對點(diǎn)練
基礎(chǔ)對點(diǎn)練
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考點(diǎn)一　電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
1.(多選)下列說法正確的是
A.感生電場由變化的磁場產(chǎn)生
B.恒定的磁場也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場
C.感生電場的方向可以用楞次定律和安培定則來判定
D.感生電場的電場線是閉合曲線，其方向一定是沿逆時針方向
√
√
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磁場變化時在空間激發(fā)感生電場，其方向與所產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同，可由楞次定律和安培定則判斷，故A、C項正確。
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2.如圖所示為著名物理學(xué)家費(fèi)曼設(shè)計的一個實(shí)驗裝置：水平絕緣圓板可繞通過其中心的豎直光滑軸自由轉(zhuǎn)動，圓盤邊緣固定著若干金屬小球，在圓盤的中部有一個導(dǎo)電線圈。在線圈接通電源的瞬間發(fā)現(xiàn)圓板發(fā)生了轉(zhuǎn)動，則下列說法正確的是
A.圓盤上的金屬小球一定帶正電
B.圓盤上的金屬小球不帶電
C.線圈接通電源的瞬間在圓盤上的金屬小球所在
　處產(chǎn)生了電場
D.線圈接通電源的瞬間在圓盤上的金屬小球所在處只產(chǎn)生了磁場
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線圈接通電源的瞬間，線圈中的電流增大，產(chǎn)生的磁場增強(qiáng)，變化的磁場產(chǎn)生電場，金屬小球所在處產(chǎn)生了電場，導(dǎo)致帶電小球受到力的作用而運(yùn)動，但小球不一定帶正電，故選C。
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考點(diǎn)二　渦流
3.(2024·杭州外國語學(xué)校高二期末)考生入場時，監(jiān)考老師要用金屬探測器對考生進(jìn)行安檢后才允許其進(jìn)入考場。探測器內(nèi)有通電線圈，當(dāng)探測器靠近任何金屬材料物體時，就會引起探測器內(nèi)線圈中電流變化，報警器就會發(fā)出警報；靠近非金屬物體時則不發(fā)出警報。關(guān)于探測器工作原理，下列說法正確的是
A.探測器利用的是靜電感應(yīng)現(xiàn)象
B.探測器利用的是磁場對金屬的吸引作用
C.探測器利用發(fā)射和接收電磁波進(jìn)行工作的
D.當(dāng)探測器靠近金屬物體時，能在金屬中形成渦流，進(jìn)而引起線圈中電流的變化
√
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金屬探測器利用的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故A錯誤；
金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應(yīng)出渦流；故B錯誤；
當(dāng)探測器靠近金屬物體時，能在金屬中形成渦流，進(jìn)而引起線圈中電流的變化，故C錯誤，D正確。
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4.(2024·青島市高二期末)為了研究電磁爐的工作原理，某個同學(xué)制作了一個簡易裝置，如圖所示，將一根電線纏繞在鐵芯外部，接通交流電源，放置在鐵芯上方的不銹鋼鍋具開始發(fā)熱，下述可以增大鍋具的發(fā)熱功率的辦法，可行的是
A.增大交流電源的頻率
B.把不銹鋼鍋換成陶瓷鍋
C.將電源換成電動勢更大的直流電源
D.把線圈內(nèi)部鐵芯去掉
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當(dāng)下方線圈通入交流電時，在不銹鋼
鍋具中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成渦流
而產(chǎn)生熱量，因感應(yīng)電動勢與通入線
圈電流的變化率成正比，增大交流電源的頻率，感應(yīng)電動勢增大，渦流增大，熱功率增大，故A正確；
銅不是磁性材料，把不銹鋼鍋換成陶瓷鍋，則不會產(chǎn)生渦流，則不發(fā)熱，故B錯誤；
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換成直流電源，恒定電流產(chǎn)生恒定的磁
場，鍋具中不會有感應(yīng)電流，熱功率為
0，故C錯誤；
把線圈內(nèi)部鐵芯去掉，則磁場減弱，感應(yīng)電動勢減小，感應(yīng)電流減小，熱功率變小，故D錯誤。
5.(2023·南京市金陵中學(xué)高二期中)如圖所示是高頻焊接原理示意圖。線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫處產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是
A.交流電的頻率越高，焊縫處的電阻越大
B.交流電的頻率越低，焊縫處的溫度升高得
　越快
C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻小
D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻大
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焊縫處的電阻與所接交流電的頻率沒有關(guān)
系，故A錯誤；
高頻焊接利用高頻交變電流產(chǎn)生高頻交變
磁場，在焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律分析可知，電流變化的頻率越高，磁通量變化頻率越高，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，感應(yīng)電流越大，焊縫處的溫度升高得越快，故B錯誤；
焊縫處電阻大，電流相同，焊縫處熱功率大，溫度升高得快，故C錯誤，D正確。
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考點(diǎn)三　電磁阻尼和電磁驅(qū)動
6.(2023·湖州市高二期末)如圖所示，有一銅盤被輕輕撥動后會繞轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動，如果轉(zhuǎn)動時把蹄形磁體的兩極放在銅盤的邊緣，但不與銅盤接觸。則下列說法正確的是
A.銅盤轉(zhuǎn)得越來越快
B.銅盤中會有渦流產(chǎn)生
C.這是電磁驅(qū)動現(xiàn)象
D.上下交換磁極銅盤會轉(zhuǎn)得越來越快
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由于電磁阻尼作用導(dǎo)致銅盤轉(zhuǎn)得越來越慢，故A、C錯誤；
可以將銅盤分成很多部分，銅盤轉(zhuǎn)動時穿過銅盤的各個部分的磁通量發(fā)生變化，故產(chǎn)生渦流，故B正確；
上下交換磁極同樣會由于電磁阻尼作用導(dǎo)致銅盤轉(zhuǎn)得越來越慢，故D錯誤。
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7.(2024·銀川一中高二期末)物理學(xué)中有很多關(guān)于圓盤的實(shí)驗，第一個是法拉第圓盤，圓盤全部處于磁場區(qū)域，可繞中心軸轉(zhuǎn)動，通過導(dǎo)線將圓盤圓心和邊緣與外面電阻相連。第二個是阿拉果圓盤，將一銅圓盤水平放置，圓盤可繞中心軸自由轉(zhuǎn)動，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，
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以下說法正確的是
A.法拉第圓盤在轉(zhuǎn)動過程中，圓盤中磁通
　量不變，無感應(yīng)電動勢，無感應(yīng)電流
B.阿拉果圓盤實(shí)驗中，轉(zhuǎn)動圓盤，小磁針
　會同向轉(zhuǎn)動，反之，轉(zhuǎn)動小磁針，圓盤則不動
C.阿拉果圓盤實(shí)驗中，轉(zhuǎn)動圓盤，小磁針會同向轉(zhuǎn)動，但會滯后于圓盤
D.法拉第圓盤和阿拉果圓盤都是電磁驅(qū)動的表現(xiàn)
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法拉第圓盤運(yùn)動過程中，半徑方向的
金屬條在切割磁感線，在圓心和邊緣
之間產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，故A錯誤；
阿拉果圓盤實(shí)驗中，轉(zhuǎn)動圓盤或小磁
針，都產(chǎn)生感應(yīng)電流，因安培力的作用，另一個物體也會跟著轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)動圓盤，小磁針會同向轉(zhuǎn)動，但會滯后于圓盤，故B錯誤，C正確；如果磁場相對于導(dǎo)體運(yùn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動起來，這種作用就是電磁驅(qū)動，顯然法拉第圓盤是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程，并不是電磁驅(qū)動，故D錯誤。
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8.(2023·北京市西城區(qū)高二期末)如圖所示，一根長1 m左右的空心鋁管豎直放置，把一枚磁性比較強(qiáng)的小圓柱形永磁體從鋁管上端放入管口，圓柱直徑略小于鋁管的內(nèi)徑。讓磁體從管口處由靜止下落，磁體在管內(nèi)運(yùn)動時，沒有跟鋁管內(nèi)壁發(fā)生碰撞及摩擦。有關(guān)磁體在鋁管中下落的過程，下列說法可能正確的是
A.磁體做自由落體運(yùn)動
B.磁體受到鋁管中渦流的作用力方向先向上后向下
C.磁體受到的合力方向一直向下
D.磁體的機(jī)械能先增大后減小
√
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磁體下落時，由于是無縫空心鋁管，故會產(chǎn)生電磁感應(yīng)，
出現(xiàn)渦流，根據(jù)楞次定律可知會產(chǎn)生阻力阻礙小圓柱永
磁體的下落。開始時，速度較小，阻力小于重力，合力
向下，當(dāng)速度逐漸增大時，磁體所受阻力也增大，加速
度減小。當(dāng)空心鋁管足夠長時，磁體會先做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，最大速度時，磁體所受阻力等于重力，做勻速直線運(yùn)動，因此磁體不可能做自由落體運(yùn)動，且磁體受到鋁管中渦流的作用力方向一直向上，故A、B錯誤；
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當(dāng)鋁管長度有限時，磁體可能達(dá)不到最大速度就穿過了鋁管，即該過程中磁體受到的合力方向一直向下，故C正確；
由于一直存在阻力做負(fù)功，因此磁體的機(jī)械能一直減小，故D錯誤。
9.(2024·常州市高二期中)高速鐵路列車通常使用磁力剎車系統(tǒng)。磁力剎車工作原理可簡述如下：將磁體的N極靠近一塊正在以逆時針方向旋轉(zhuǎn)的圓形鋁盤，使磁感線垂直鋁盤向里，鋁盤隨即減速，如圖所示。圖中磁體左方鋁盤的甲區(qū)域(虛線區(qū)域)朝磁體方向運(yùn)動，磁體右方鋁盤的乙區(qū)域(虛線區(qū)域)朝離開磁體方向運(yùn)動。下列有關(guān)鋁盤剎車的說法正確的是
A.鋁盤甲區(qū)域的感應(yīng)電流產(chǎn)生垂直鋁盤向里的磁場
B.鋁盤乙區(qū)域的感應(yīng)電流產(chǎn)生垂直鋁盤向外的磁場
C.磁體與甲、乙兩區(qū)域的感應(yīng)電流之間的作用力，都會
　使鋁盤減速
D.若將實(shí)心鋁盤換成布滿小空洞的鋁盤，則磁體對空洞鋁盤的作用力變大
√
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鋁盤甲區(qū)域中的磁通量增大，由楞次定律可知，
甲區(qū)域感應(yīng)電流方向為逆時針方向，則此感應(yīng)電
流的磁場方向垂直鋁盤向外，故A錯誤；
鋁盤乙區(qū)域中的磁通量減小，由楞次定律可知，
乙區(qū)域感應(yīng)電流方向為順時針方向，則此感應(yīng)電流的磁場方向垂直鋁盤向里，故B錯誤；
由“來拒去留”可知，磁體與感應(yīng)電流之間有相互阻礙的作用力，則會使鋁盤減速，故C正確；
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若將實(shí)心鋁盤換成布滿小空洞的鋁盤，這樣會導(dǎo)致渦流產(chǎn)生的磁場減弱，則磁體對空洞鋁盤的作用力變小，所產(chǎn)生的減速效果明顯低于實(shí)心鋁盤，故D錯誤。
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10.(2023·無錫市高二期末)某研究小組制作了一儀表，發(fā)現(xiàn)指針在示數(shù)附近的擺動很難停下，使讀數(shù)變得困難。在指針轉(zhuǎn)軸上裝上扇形鋁板或扇形鋁框，在合適區(qū)域加上磁場，可以解決此困難。下列方案合理的是
√
A圖中是鋁板，磁場在鋁板中間，指針向左偏轉(zhuǎn)或向右偏轉(zhuǎn)時，都會在鋁板上產(chǎn)生渦流，起到電磁阻尼的作用，指針會很快穩(wěn)定的停下，A方案合理；
B、D圖中當(dāng)指針向左偏轉(zhuǎn)時，鋁框或鋁板可能會離開磁場，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，B、D方案不合理；
C圖中是鋁框，磁場在鋁框中間，當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)角度較小時，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，C方案不合理。故選A。
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11.(2024·北京市東城區(qū)高二期中)磁場相對于導(dǎo)體運(yùn)動，會出現(xiàn)電磁驅(qū)動現(xiàn)象。磁懸浮列車是一種高速運(yùn)載工具，其驅(qū)動系統(tǒng)的基本原理為：在沿軌道安裝的固定繞組(線圈)中通以變化的勵磁電流，勵磁電流在軌道上方產(chǎn)生等效的向前運(yùn)動的磁場，該磁場可以讓固定在車體下部的金屬線框產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使金屬線框受到安培力的作用向前運(yùn)動。我們給出如下的簡化模型，圖甲是磁懸浮實(shí)驗車與軌道示意圖。圖乙是固定在車底部單匝金屬線框(車廂與金屬線框絕緣)與軌道上運(yùn)動磁場的示意圖。
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在圖乙中，水平地面上有兩根很長的平行直導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間有豎直(垂直紙面)方向等距離間隔的勻強(qiáng)磁場B1和B2，二者大小相等、方向相反，車底部平行導(dǎo)軌的金屬線框?qū)挾扰c磁場間隔相等。沿導(dǎo)軌分布的“條帶狀”磁場的各部分同時以恒定速度v0沿導(dǎo)軌水平向前運(yùn)動時，金屬線框?qū)艿窖貙?dǎo)軌向前的安培力而帶動實(shí)驗車沿導(dǎo)軌運(yùn)動。設(shè)金屬線框垂直導(dǎo)軌的邊長L=0.40 m、總電阻R=2.0 Ω，實(shí)驗車和金屬線框的總質(zhì)量m=2.0 kg，磁場B1=B2=B=1.0 T，磁場運(yùn)動速度v0=5 m/s，線框向前運(yùn)動時所受阻力Ff的大小與線框速率成正比，即Ff=kv，k=0.08。
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(1)設(shè)t=0時刻，金屬線框的速度為零，求此時線框回路的電流大小I0；
答案　2 A
當(dāng)金屬線框的速度為零時，線框相對于磁場的速度大小為v0，線框中左右兩邊都切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，則有E0=2BLv0=4 V
產(chǎn)生的感應(yīng)電流I0==2 A
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(2)設(shè)某時刻，金屬線框的速度v1=2 m/s，求此時金屬線框的加速度大小a
答案　0.4 m/s2　
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當(dāng)金屬線框的速度v1=2 m/s，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1=2BL(v0-v1)=2.4 V，產(chǎn)生的感應(yīng)電流I1==1.2 A
根據(jù)牛頓第二定律得2BI1L-kv1=ma
解得a=0.4 m/s2
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(3)求該金屬線框所能達(dá)到的最大速率v2。
答案　4 m/s
該金屬線框所能達(dá)到的最大速率v2時所受安培力為F=，
此時安培力與阻力平衡F=Ff=kv2
解得v2=4 m/s。
12.(多選)(2023·天津市第四十二中學(xué)高二期末)如圖甲所示，一半徑為r的光滑絕緣細(xì)圓管固定在水平面上，一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電小球在細(xì)圓管中運(yùn)動。垂直細(xì)圓管平面存在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示(取豎直向上為正，圖中B0、
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t0為已知量)。已知當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化時，在圓管內(nèi)產(chǎn)生電場強(qiáng)度大小處處相等的感生電場(電場線閉合的渦旋電場)，原來靜止的小球在管內(nèi)做圓周運(yùn)動，小球可看作點(diǎn)電荷且電荷量保持不變。
則下列說法正確的是
A.小球沿順時針(從上往下看)方向運(yùn)動
B.管內(nèi)電場強(qiáng)度大小為
C.小球由靜止開始運(yùn)動第一周所用時間為t0
D.小球第2次回到出發(fā)點(diǎn)的速度大小為2r
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由楞次定律可知感生電場的方向為順時
針(從上往下看)，小球帶負(fù)電，故小球沿
逆時針(從上往下看)方向運(yùn)動，A錯誤；
產(chǎn)生的感生電場的電場強(qiáng)度E==，B正確；
小球做加速度大小不變的加速曲線運(yùn)動，當(dāng)成勻加速直線運(yùn)動處理，小球由靜止開始運(yùn)動第一周的過程，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式2r=×t2，解得t=，C錯誤；
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小球由靜止開始到第2次回到出發(fā)點(diǎn)，由動能定理可得mv2=2qE·2πr=2q·，解得v=2r，D正確。
返回3　渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解感生電場的概念，了解電子感應(yīng)加速器的工作原理。2.理解渦流的產(chǎn)生原理，了解渦流在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用(重點(diǎn))。3.理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理，了解其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用(重難點(diǎn))。
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
1.麥克斯韋認(rèn)為　　　　的磁場能在周圍空間激發(fā)一種電場，這種電場叫作感生電場。
2.由　　　　　　　　產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢。
3.電子感應(yīng)加速器是利用　　　　　　　　使電子加速的設(shè)備，當(dāng)線圈中　　　　的大小、方向發(fā)生變化時，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。
4.感生電場的方向根據(jù)楞次定律用右手螺旋定則判斷，感生電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律E=n計算。
如圖所示，B增強(qiáng)時，就會在空間激發(fā)一個感生電場E。如果E處空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會發(fā)生定向移動，而產(chǎn)生感應(yīng)電流。
(1)感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)系？如何判斷感生電場的方向？
(2)在上述情況下，哪種力扮演了非靜電力的角色？
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(1)只要磁場變化，即使沒有電路，在空間也將產(chǎn)生感生電場。 (　　)
(2)處于變化磁場中的導(dǎo)體，其內(nèi)部自由電荷定向移動，是由于受到感生電場的作用。 (　　)
例1　現(xiàn)代科學(xué)研究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使電子加速的設(shè)備。如圖所示，圖甲為側(cè)視圖，上、下為電磁鐵的兩個磁極；圖乙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針方向做圓周運(yùn)動，改變電磁鐵線圈中電流的大小可使電子加速。則下列判斷正確的是 (　　)
A.真空室中產(chǎn)生的感生電場沿逆時針方向
B.通入電磁鐵線圈的電流在增強(qiáng)
C.電子在軌道中加速的驅(qū)動力是洛倫茲力
D.電子在軌道中做圓周運(yùn)動的向心力是由靜電力提供的
針對訓(xùn)練　如圖所示，內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上，環(huán)內(nèi)有一帶負(fù)電的小球，整個裝置處于豎直向下的磁場中，當(dāng)磁場突然增強(qiáng)時，小球?qū)?(　　)
A.沿順時針方向運(yùn)動
B.沿逆時針方向運(yùn)動
C.在原位置附近往復(fù)運(yùn)動
D.仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)
閉合回路(假定其存在)的感應(yīng)電流方向就表示感生電場的方向。判斷思路如下：
二、渦流
1.渦流：當(dāng)某線圈中的　　　　隨時間變化時，由于電磁感應(yīng)，這個線圈附近的任何導(dǎo)體，如果穿過它的磁通量發(fā)生變化，導(dǎo)體內(nèi)都會產(chǎn)生　　　　　　　　，用圖表示這樣的感應(yīng)電流，就像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流，簡稱渦流。
2.渦流的應(yīng)用與防止
(1)應(yīng)用：　　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　等。
(2)防止：為了減小電動機(jī)、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的　　　　做材料，或者用互相絕緣的　　　　　　疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。
在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發(fā)熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發(fā)熱。你知道這是為什么嗎？
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(1)渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流。 (　　)
(2)渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的。 (　　)
(3)導(dǎo)體中有渦流時，導(dǎo)體沒有和其他元件組成閉合回路，故導(dǎo)體不會發(fā)熱。 (　　)
(4)渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)。 (　　)
例2　(多選)“電磁感應(yīng)鋁箔封口機(jī)”被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中，它的工作原理是：在封口機(jī)工作時，套在瓶口上的封口頭內(nèi)的線圈有電流通過，致使靠近線圈(但與線圈絕緣)的鋁箔自行快速發(fā)熱，熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在被封容器的瓶口處，達(dá)到迅速封口的目的。下列有關(guān)說法正確的是 (　　)
A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔
B.該封口機(jī)可用干電池作為電源以方便攜帶
C.封口過程中溫度過高，可適當(dāng)減小所通電流的頻率來解決
D.該封口機(jī)適用于玻璃、塑料等多種材質(zhì)的容器封口，但不適用于金屬容器
三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動
(1)如圖甲所示，將兩條形磁體在同一高度釋放，下方放有閉合線圈的磁體很快停止振動，而下方不放閉合線圈的磁體能振動較長時間，如何解釋這個現(xiàn)象？
(2)如圖乙所示，當(dāng)順時針或逆時針轉(zhuǎn)動蹄形磁體時線圈怎樣轉(zhuǎn)動？使線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什么？


1.電磁阻尼
當(dāng)　　　　　　　　　　時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力作用，安培力總是　　　　導(dǎo)體的運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。
2.電磁驅(qū)動
(1)如果　　　　　　　　　　　　，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到　　　　　　的作用，　　　　　　使導(dǎo)體運(yùn)動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動。
(2)交流感應(yīng)電動機(jī)是利用　　　　　　　的原理工作的，把　　　轉(zhuǎn)化成　　　　。
某同學(xué)搬運(yùn)如圖所示的磁電式電流表時，發(fā)現(xiàn)表針晃動劇烈且不易停止。按照老師建議，該同學(xué)在兩接線柱間接一根導(dǎo)線后再次搬運(yùn)，發(fā)現(xiàn)表針晃動明顯減弱且能很快停止。你能解釋其中的原因嗎？
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例3　(2023·北京市房山區(qū)高二期中)如圖，一個鋁框放在蹄形磁體的兩個磁極之間。鋁框可以繞支點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動，先使鋁框和磁體靜止，轉(zhuǎn)動磁體，觀察鋁框的運(yùn)動，可以觀察到 (　　)
A.鋁框與磁體轉(zhuǎn)動方向相反
B.鋁框始終與磁體轉(zhuǎn)動的一樣快
C.鋁框是因為受到安培力而轉(zhuǎn)動的
D.當(dāng)磁體停止轉(zhuǎn)動后，如果沒有空氣阻力和摩擦阻力，鋁框?qū)⒈３謩蛩俎D(zhuǎn)動
例4　(2024·云南師范大學(xué)附屬中學(xué)高二期末)電磁阻尼現(xiàn)象在日常生活中得到廣泛應(yīng)用，如汽車的減震懸架等。某車型的減震系統(tǒng)由兩部分組成：一部分是機(jī)械彈簧主減震系統(tǒng)；另一部分是電磁輔助減震系統(tǒng)。裝置示意圖如圖所示，強(qiáng)磁體固定在汽車底盤上，阻尼線圈固定在輪軸上，輪軸與底盤通過彈簧主減震系統(tǒng)相連，在震動過程中磁體可在線圈內(nèi)上下移動。則 (　　)
A.對調(diào)磁體的磁極，電磁輔助減震系統(tǒng)就起不到減震效果
B.增多線圈匝數(shù)，不影響安培力的大小
C.只要產(chǎn)生震動，電磁輔助減震系統(tǒng)就能起到減震效果
D.震動過程中，線圈中有感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流方向不變
電磁阻尼 電磁驅(qū)動
不 同 點(diǎn) 成因 由導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動形成的 由磁場運(yùn)動而形成的
效果 安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，為阻力 安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同，為動力
能量 轉(zhuǎn)化 克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 磁場能轉(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
共同點(diǎn) 兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體受到的安培力都是阻礙導(dǎo)體與磁場間的相對運(yùn)動
答案精析
一、
1.變化　2.感生電場
3.感生電場　電流
思考與討論
(1)感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向相同，感生電場的方向可以用楞次定律來判定。
(2)感生電場對自由電荷的作用力。
易錯辨析(1)√　(2)√
例1　B　[電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的設(shè)備，電子帶負(fù)電，電場方向與電子運(yùn)動的方向相反，所以真空室中產(chǎn)生的感生電場沿順時針方向，A錯誤；電磁鐵線圈中電流變大，產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，由楞次定律可知，產(chǎn)生的感生電場方向是順時針方向，電子受感生電場的力與運(yùn)動方向相同，電子的速度增大，B正確；由于電磁鐵線圈中電流可以變化，可在真空室中產(chǎn)生感應(yīng)磁場，電子在洛倫茲力的作用下做圓周運(yùn)動，D錯誤；由于感生電場使電子加速，即電子在軌道中加速的驅(qū)動力是非靜電力，C錯誤。]
針對訓(xùn)練　A
二、
1.電流　感應(yīng)電流
2.(1)真空冶煉爐　探雷器　安檢門
(2)硅鋼　硅鋼片
思考與討論
電磁爐的盤面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)線圈中通上變化極快的電流時，在線圈周圍產(chǎn)生迅速變化的磁場，變化的磁場使鍋底產(chǎn)生渦流，鐵鍋迅速發(fā)熱。
易錯辨析(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
例2　CD　[由于封口機(jī)利用了電磁感應(yīng)原理，故封口材料必須是金屬類材料，而且電源必須是交流電源，A、B錯誤；減小內(nèi)置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產(chǎn)生的熱量，可解決溫度過高的問題，C正確；封口材料應(yīng)是金屬類材料，但對應(yīng)被封口的容器不能是金屬，否則同樣會被加熱，只能是玻璃、塑料等材質(zhì)，D正確。]
三、
(1)圖甲中下方放有閉合線圈的磁體振動時除了受空氣阻力外，還受到線圈的磁場阻力，所以很快停下來。
(2)當(dāng)蹄形磁體順時針轉(zhuǎn)動時，線圈也順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)蹄形磁體逆時針轉(zhuǎn)動時，線圈也逆時針轉(zhuǎn)動。線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來。
梳理與總結(jié)
1.導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動　阻礙
2.(1)磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動　安培力
安培力　(2)電磁驅(qū)動　電能
機(jī)械能
思考與討論
電流表正負(fù)接線柱短接后與線圈組成閉合電路，由于表針和線圈是固定在一起的，所以表針擺動時會帶動線圈在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，而感應(yīng)電流會產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的效果，從而有效減弱了表針的擺動。
例3　C　[根據(jù)楞次定律的推論“來拒去留”可知，轉(zhuǎn)動磁體時，鋁框會跟著轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動方向與磁體轉(zhuǎn)動方向一致，故A錯誤；鋁框轉(zhuǎn)動的本質(zhì)是磁體轉(zhuǎn)動過程中，導(dǎo)致穿過鋁框的磁通量發(fā)生了變化，所以在鋁框中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，受到磁體周圍的磁場對它的安培力作用轉(zhuǎn)動了起來，又因為感應(yīng)電流的磁場只是阻礙磁通量的變化，并不是阻止，所以鋁框轉(zhuǎn)動的速度要比磁體轉(zhuǎn)動速度慢，故B錯誤，C正確；當(dāng)磁體停止轉(zhuǎn)動后，鋁框由于慣性會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，鋁框轉(zhuǎn)動過程中仍然能產(chǎn)生感應(yīng)電流，鋁框受到安培力的阻礙，所以鋁框會減速直至停止運(yùn)動，故D錯誤。]
例4　C　[對調(diào)磁體的磁極，震動過程線圈仍會產(chǎn)生感應(yīng)電流，不影響減震效果，故A錯誤，C正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n，線圈匝數(shù)越多，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，線圈電流越大，電磁阻尼現(xiàn)象越明顯，故增多線圈匝數(shù)會影響安培力的大小，故B錯誤；震動過程中，線圈中磁通量的變化情況會根據(jù)磁體的靠近或者遠(yuǎn)離而不同，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向也會隨之改變，故D錯誤。]

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