第二章 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【高中必刷题】2025-2026学年高中物理选择性必修2同步课件(人教版 江苏专用)

物理 选择性必修 第二册 江苏专用 1 3 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 刷基础 2 1.［山东枣庄三中2024高二下质量检测］如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆管内，有一 直径略小于管内径的带正电的小球，正以速率 沿逆时针方向匀速运动（从上往下看）.若在此空 间突然加上方向竖直向上、磁感应强度 随时间成正比例增大的变化磁场，设运动过程中小球的 带电荷量不变，则( ) C A.洛伦兹力对小球做功 B.小球受到的洛伦兹力不断增大 C.小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做 加速运动 D.小球受到的洛伦兹力不变 题型1 感生电场的特点 3 解析 洛伦兹力始终与小球运动方向垂直,因此洛伦兹力对小球一直不做功,故A错误；磁场方向竖 直向上,磁感应强度随时间成正比增加,由楞次定律和安培定则可知,变化的磁场产生的感生电场沿 顺时针方向（从上往下看）,小球带正电,小球所受的电场力沿顺时针方向（从上往下看）,与小球 的运动方向相反,小球做减速运动,当小球速度减小到零后,将沿顺时针方向（从上往下看）做加速 运动,故C正确；由 可知,刚施加磁场时小球受到的洛伦兹力不为零,小球速度减小到零时, 所受洛伦兹力为零,小球受到的洛伦兹力不是一直增大的,故B、D错误. 题型1 感生电场的特点 4 2.［安徽滁州九校2025高二上联考］半径为的圆环电阻为， 为圆环的一条 直径.如图所示，在 的一侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在 平面向里，磁感应强度大小随时间的变化关系为 ，则( ) C A.圆环中产生顺时针方向的感应电流 B.圆环具有扩张的趋势 C.圆环中感应电流的大小为 D.图中、两点间的电压 题型2 感生电动势的判断与计算 5 解析 由于磁感应强度均匀增大,穿过圆环的磁通量变大,根据楞次定律和安培定则可知,圆环中产 生的感应电流沿逆时针方向,同时为了阻碍磁通量的变化,圆环具有收缩的趋势,故A、B错误；根据 法拉第电磁感应定律得,感生电动势,圆环的电阻为 ,所以圆环中感应电流 的大小为,故C正确；、两点间的电压 ,故D错误. 题型2 感生电动势的判断与计算 6 易错分析 本题有两个易错点：一是求感生电动势时误认为面积为圆环的面积；二是求、 两点间的电压时 误求成电动势. 题型2 感生电动势的判断与计算 7 3.当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，线圈附近的导体中都会产生感应电流.如图所示， 将绝缘导线绕在圆柱形铁块上，导线内通以随时间变化的电流，铁块内就会产生虚线所示的感应 电流，即涡流.当线圈中的电流方向如图所示且正在减小时，下列判断正确的是( ) D A.线圈内部空间的磁感线方向竖直向下 B.从上往下看，铁块内沿虚线圆的涡流方向为顺时针方向 C.为减小涡流，可以把铁块沿横向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 D.为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 题型3 涡流的应用及防止 8 解析 线圈内部的磁场由通过线圈的电流产生,根据安培定则可知,线圈内部的磁感线方向竖直向上, 故A错误；因为线圈中的电流正在减小,则线圈中电流产生的磁场减弱,根据楞次定律和安培定则可 知,从上往下看,涡流的方向为逆时针方向,故B错误；由于产生的感应电动势的大小一定,而要减小 涡流,应增大铁块的电阻,根据电阻定律可知,可减小铁块的横截面积,故可以把铁块沿纵向切成很薄 的铁片,涂上绝缘层后叠放起来,故C错误,D正确. 题型3 涡流的应用及防止 9 4.［江苏苏州2024高二下期中］电磁炉（或电磁灶）是家家户 户常见的电器，如图所示.关于电磁炉，以下说法中正确的是 ( ) B A.烹调锅换成陶瓷的也可以正常加热食物 B.电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使铁质锅底迅速升温， 进而对锅内食物加热的 C.电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的 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 题型3 涡流的应用及防止 10 解析 由题意知,电磁炉的原理是利用涡流加热的,交变电流通过线圈产生变化的磁场,在铁质锅底 部产生涡流,锅被加热,从而加热锅内食物,故烹调锅换成陶瓷的不可以正常加热食物,A、C错误,B正 确；电磁炉工作依靠变化的磁场传递能量,在锅和电磁炉中间放一纸板,仍然能产生涡流,电磁炉依 然能起到加热的作用,D错误. 关键点拨涡流的产生：导体内磁通量变化 感应电动势 感应电流 题型3 涡流的应用及防止 11 5.［天津河西区2024高二上期末］“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，如图所示为一手持式封口机，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的瞬间产生大量小涡流，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，达到迅速封口的目的.下列有关说法正确的 是( ) C 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，可通过适当减小所通电流的频率来解决 D.该封口机不只适用于玻璃、塑料等材质的容器封口，也适用于金属容器 题型3 涡流的应用及防止 12 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,故A、 B错误；根据、 可知,减小内置线圈中所通电流的频率可以减小磁通量的变化率, 减小感应电动势 ,在相同时间内减少封口过程中产生的热量,即控制温度,故C正确；封口材料应是 金属类材料,但被封口的容器不能是金属,否则同样会被熔化,被封口的可以是玻璃、塑料等材质的 容器,故D错误. 题型3 涡流的应用及防止 13 6.［江苏南京2024高二上期末］安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈， 右边门框中有一接收线圈.若工作过程中某段时间内通电线圈中存在顺时针方向 （左视图）均匀增大的电流，则（判断电流方向均从左向右观察）( ) A A.有金属片通过时，金属片中会感应出涡流 B.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向可能改变 C.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向为顺时针 D.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流可能逐渐减小 题型3 涡流的应用及防止 14 解析 通电线圈中的电流均匀增大,则产生的磁场均匀增大,有金属片通过时,穿过金属片的磁通量 发生变化,金属片中会感应出涡流,A正确；金属片中涡流的磁场与通电线圈中产生的磁场方向相反, 虽然会对接收线圈中磁通量的增大有一定的阻碍作用,但不能阻止接收线圈中磁通量增大,所以接 收线圈中的感应电流的方向不会改变,B错误；无金属片通过时,接收线圈中的磁通量由左向右均匀 增大,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流的方向为逆时针（从左向右观察）,根据法拉第电磁 感应定律可知,接收线圈中的感应电动势不变,感应电流不变,C、D错误. 题型3 涡流的应用及防止 15 7.如图所示，在一块绝缘圆盘上中部安一个线圈，并接有电源，圆盘的四周固定有许多 带负电的小球，将整个装置支撑起来.忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关于 圆盘的说法中正确的是( ) A A.将逆时针转动（俯视） B.将顺时针转动（俯视） C.不会转动 D.先逆时针转再顺时针转（俯视） 题型4 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 16 解析 电源接通的瞬间,由安培定则可知,线圈内的磁场方向向上,线圈中的电流增大将产生增强的 磁场,根据电磁场理论可知,变化的磁场会产生电场,根据楞次定律和安培定则可知,线圈周围产生顺 时针方向的电场（俯视）,负电荷受到的电场力与电场方向相反,则带负电的小球会受到逆时针方 向的电场力（俯视）,故圆盘将逆时针转动（俯视）,A正确,B、C、D错误. 题型4 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 17 8.［山东淄博2024高二下期末］如图甲所示为某市科技馆的“磁阻尼摆”，支架中间设置永磁体 构成的磁场，磁场中分别悬挂着由铝片和塑料片制成的摆，其示意图如图乙所示，将铝摆拉到某 一位置由静止释放，发现铝摆很快就停下来.下列说法正确的是( ) B 甲 乙 A.同样条件下，用塑料摆做实验比用铝摆能够更快停下来 B.铝摆摆动过程中，摆片中产生涡流，受到阻碍其运动的安培力作用，使之很快停下来 C.塑料摆摆动过程中，摆片中也会产生涡流 D.若所加磁场反向，铝摆摆片将受到安培力的驱动，摆动加快 题型4 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 18 解析 将铝摆拉到某一位置由静止释放,发现铝摆很快就停下来是因为电磁阻尼的作用,原理为铝摆 摆动过程中,摆片中产生涡流,受到阻碍其运动的安培力作用,使之很快停下来,塑料摆摆动过程中,由 于塑料不是导体,不能产生涡流,所以用塑料摆做实验不会比用铝摆能够更快停下来,B正确,A、C错 误；所加磁场反向,仍存在电磁阻尼现象,铝摆摆片仍然受到阻碍其运动的安培力作用,会很快停下 来,D错误. 题型4 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 19 关键点拨 电磁阻尼：当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力总是阻碍导体的运动. 题型4 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 20 9.［广东部分学校2025高二上联考］如图所示是“电涡流摆设式调谐质量阻尼器”.这款阻尼器由 我国自主研发，重达1 000吨，在大厦受到风力作用摇晃时，阻尼器质量块由于惯性产生反向摆 动，在质量块下方圆盘状的永磁体与楼体地板正对，由于电磁感应产生涡流，从而使大厦减振减 摆，其简化示意图如图所示.下列关于该阻尼器的说法正确的是( ) D A.质量块下方相对的地板可以是导体也可以是绝缘体，对减振效果没有影响 B.阻尼器的振动频率取决于自身的固有频率 C.大厦受到风力作用摇晃时，阻尼器质量块的振动频率小于大厦的摇晃频率 D.地板随大厦摇晃时，在地板内产生涡流，使大厦摇晃的机械能最终转化为热能 题型4 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 21 解析 在质量块下方圆盘状的永磁体与楼体地板正对,大厦震动时,地板由于电磁感应产生涡流,从 而使大厦减振减摆,则该阻尼器为电磁阻尼器,故只有下方地板是导体时,才会起作用,A错误；大厦 受到风力作用摇晃时,阻尼器做受迫振动,阻尼器质量块的振动频率等于大厦的摇晃频率,B、C错误； 地板随大厦摆动时,在地板内产生涡流,地板导体内有电阻,使大厦摆动的机械能最终转化为热能逐 渐耗散掉,符合电磁阻尼原理,D正确. 题型4 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 22 3 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 刷提升 23 1. ［江苏无锡2025高二下开学考］如图甲所示，一根足够长的空心铜管竖直放置，将一 枚横截面直径略小于铜管内径、质量为 的圆柱形强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，强磁铁 在铜管内下落的最大速度为，强磁铁与铜管内壁的摩擦和空气阻力可以忽略，重力加速度为 . 强磁铁下落过程中，可以认为铜管中的感应电动势大小与强磁铁下落的速度成正比，下列分析错 误的是( ) 甲 乙 24 A.若把空心铜管切开一条竖直狭缝，如图乙所示，还将强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，发 现强磁铁做自由落体运动 B.若把空心铜管切开一条竖直狭缝，如图乙所示，还将强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，发 现强磁铁的下落会慢于自由落体运动 C.图甲中，强磁铁达到最大速度后，铜管的热功率等于 D.如果在图甲中强磁铁的上面粘一个质量为 的绝缘橡胶块，则强磁铁下落的最大速度为 √ 25 解析 若把空心铜管切开一条竖直狭缝,此时铜管内仍然会形成涡流,涡流的磁场对强磁铁有阻碍作 用,所以将强磁铁从铜管上端管口处由静止释放,发现强磁铁的下落会慢于自由落体运动,A错误,B正 确；题图甲中,强磁铁达到最大速度后做匀速运动,在匀速下落的过程中,可以认为减少的重力势能 全部转化为热量,则有,可得铜管的热功率 ,C正确；由于强磁铁下落过 程中铜管中的感应电动势大小与强磁铁下落的速度成正比,且强磁铁周围铜管的有效电阻 是恒 定的,可知任一时刻的热功率为,强磁铁上面粘一个质量为 的绝缘橡胶块一起匀速下 落时,有,可得,解得 ,D正确.故A符合题意. 26 教材变式 本题目由教材P39第3题演变而来,本题延伸考查了强磁铁达到最大速度后,铜管的热功率.解答本题 需要明确强磁铁达到最大速度后做匀速运动,则在匀速下落的过程中,减少的重力势能全部转化为 热量,可得出铜管的热功率. 27 2.［浙江钱塘联盟2024高二下期中］如图是高速列车上使用的电磁制动装置示意图.与传统的制动 方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损.电磁制动的原理是当金 属圆盘 在磁场中运动时，会产生涡流，使圆盘受到阻碍运动的制动力.下列说法正确的是( ) C A.制动过程中，圆盘不会产生热量 B.制动力的大小与圆盘运动的速度无关 C.换用更强的磁场，制动效果更好 D.如果改变磁场的方向，可以使圆盘获得促进它运动的动力 28 解析 制动过程中,当金属圆盘 在磁场中运动时,会产生涡流,电流流过电阻时会产生热量,A错误； 圆盘运动的速度越大,磁通量变化越快,产生的感应电流越大,制动器对圆盘的制动力越大,故制动力 的大小与圆盘运动的速度有关,B错误；换用更强的磁场,圆盘在磁场中运动时产生的感应电流更大, 受到的安培阻力更大,则制动效果更好,C正确；如果改变磁场的方向,产生的涡流方向也相反,由左 手定则可知,安培力方向不变,故圆盘还是受到阻碍运动的制动力,D错误. 29 一题多解 D选项,也可以根据楞次定律,“来拒去留”,得出圆盘受到的是阻力. 30 3.［安徽皖北县中联盟2024高二下联考］如图1，取两个完全相同的金属铝球、，将 球切割为 两个半球，并用绝缘材料粘合到一起，忽略粘合剂的质量和厚度.如图2，一通电长直导线竖直放 置，先后将、球以相同的初速度从离地面足够高的同一点水平抛出，球、 落地速度大小分别 为、，离抛出点的水平距离分别为、，运动时间分别为、，产生的热量分别为 、 ，不计空气阻力，两球运动轨迹与导线处于同一竖直平面.下列选项正确的是( ) C 图1 图2 A. B. C. D. 31 解析 长直导线产生的磁场中,与长直导线相同距离处的磁感应强度大小相等,距离越远,磁感应强 度越弱,两金属球在运动的过程中磁通量均发生变化，产生涡流,受到水平方向的电磁阻力,竖直方 向只受重力,下落时间相等,故C正确；由于抛出点离地足够高,落地前水平分速度会减为零,只有竖 直分速度,故,故A错误； 球被切割成两部分,相同情况下涡流较小,电磁阻力较小,两球落地 时水平速度均已经减为零,运动时间相同,故 ,故B错误；两球初、末速度均相同,重力做功相 同,所以下落过程产生的热量也相同,故D错误. 32 4.［湖北云学联盟2025高二上联考］如图甲所示，用金属裸导线制作大小两个圆环，已知大圆半 径为，小圆半径为，两圆环接触相切于点.大圆环上端、和切点 处留有一非 常小缺口.空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场，从 时刻起磁感应强度按图乙规律变化，设 磁场垂直纸面向里为正方向.以下说法中正确的是( ) D 甲 乙 A.在过程中，大圆环上、两点电势 B.若将小缺口闭合，在 过程中小圆环上有如图甲中箭头所示方向的电流 C.若将小缺口闭合，在 前后瞬间回路中的电流不同 D.在过程中，将理想电压表正确接在大圆环上的、两点之间，电压表读数约为 33 思路导引 对题图甲进行分析，阴影部分为圆环所围成的回路. 34 解析 根据楞次定律,在过程中,磁感应强度 不断增大,在两环之间区域产生逆时针方向的感 应电动势,点相当于电源正极,点相当于是电源负极,,A错误；若将 小缺口闭合,由楞次 定律可知,在过程中小圆环上的电流方向与题图甲中箭头所示方向相反,B错误；若将 小缺 口闭合，在过程中,磁感应强度的变化率不变,可知在 前后瞬间回路中感应电动势不 变,则电流也不变,C错误；在 过程中，由法拉第电磁感应定律有 ,即理想电压表读数约为 ,D正确. 35 $$