第2章 3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

本高中物理讲义聚焦涡流、电磁阻尼和电磁驱动核心内容，以感生电场的产生与方向判断为基础，衔接涡流的成因、应用及防止措施，进而对比电磁阻尼与电磁驱动的原理和能量转化，构建连贯知识支架。 资料通过“交流讨论-归纳总结”探究环节培养科学探究能力，结合电子感应加速器、电磁炉等实例深化物理观念，设“核心素养·思维升华”模块强化科学思维，课中辅助教师高效授课，课后练习题助力学生巩固知识、查漏补缺。

3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 [学业要求] 1．了解感生电场，知道感生电动势产生的原因，会判断感生电场的方向及感生电动势的大小。 2．知道涡流的产生原因及涡流的防止和应用。 3．知道电磁阻尼和电磁驱动的原理和应用。 [对应学生用书P66] 一、电磁感应现象中的感生电场 阅读教材，并回答： 1．在电磁感应现象中，只要闭合回路中有感应电流，这个回路就一定有感应电动势。 2．变化的磁场能在闭合导线环中产生感应电流，对应的就有感应电动势，就有电源，谁是电源？充当非静电力的是什么力？麦克斯韦是怎样解释的？ 答：见教材 [概念·规律] 1．感生电场 (1)定义：__麦克斯韦__认为，磁场__变化__会在空间激发一种电场，这种电场叫感生电场。 (2)感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路)中感应电流的方向确定。 2．感生电动势：由__感生电场__产生的感应电动势。 3．电子感应加速器是利用__变化__磁场产生__感生电场__的电场力对电子做功使电子加速的设备。 二、涡流 1．定义：在变化的磁场中的导体内产生的__感应电流__，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 2．涡流大小的决定因素：磁场变化越__快__，导体的横截面积S越__大__，导体材料的电阻率越__小__，形成的涡流就越大。 3．应用 (1)涡流__热效应__的应用：如真空冶炼炉。 (2)涡流__磁效应__的应用：如探雷器、安检门。 4．防止 电动机、变压器等设备中为防止铁芯中__涡流__而导致浪费能量、损坏电器，应采取如下措施： (1)途径一：增大铁芯材料的__电阻率__。 (2)途径二：用相互绝缘的__硅钢片叠成__的铁芯代替整块硅钢铁芯。 三、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，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是__阻碍__导体运动的现象。 (2)应用：磁电式仪表中利用__电磁阻尼__使指针迅速停下来，便于读数。 2．电磁驱动 (1)定义：磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到__安培力__的作用，__安培力__使导体运动起来的现象。 (2)应用：交流感应电动机。 (1)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。(　　) (2)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。(　　) (3)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化。(　　) (4)电磁驱动中有感应电流产生，电磁阻尼中没有感应电流产生。(　　) (5)磁场可以对电荷做功。(　　) (6)感生电场可以对电荷做功。(　　) (7)磁场越强，磁场变化时产生的感生电场越强。(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)× [对应学生用书P67] 探究点一　对感生电场的理解 [交流讨论] 如图所示，B增强，那么就会在空间激发一个感生电场E。如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流。 (1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？ (2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？ 答：(1)感应电流的方向与正电荷定向移动的方向相同。感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向与感应电流的方向相同，感生电场的方向可以用楞次定律来判定。 (2)感生电场对自由电荷的作用。 [归纳总结] 1．产生：如图所示，变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关。如果在变化磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动。 2．方向：闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就表示感应电场的电场方向。依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律判定感应电场的方向。 3．感生电场可用电场线形象描述。感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合。 　现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空室空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下得到加速。如图所示(上方为侧视图，下方为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，则当电磁铁绕组通以图中所示的电流时(　　) A．电子在轨道上顺时针运动 B．保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速 C．保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 D．被加速时电子做圆周运动的周期不变 [解析]　当电磁铁绕组通有图中所示的电流时，由安培定则知，将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空室空间内将产生顺时针方向的涡旋电场，电子沿逆时针方向运动，电子将加速；同理可判断知，当电流减小时，电子将沿逆时针方向减速，故A、B错误，C正确；由于电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，由T＝知，电子加速后，电子做圆周运动的周期减小，故D错误。 [答案]　C ●核心素养·思维升华 判断感生电场方向的思路 1．(多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是(　　) A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B．沿AB方向磁场在迅速增强 C．沿BA方向磁场在迅速增强 D．沿BA方向磁场在迅速减弱 解析　由安培定则知，感应电流的磁场向下，所以磁场向下减弱或向上增强，A、C正确。 答案　AC 探究点二　涡流 1．对涡流的理解 本质 电磁感应现象 条件 穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身可自行构成闭合回路 特点 整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大 2．产生涡流的两种情况 (1)块状金属放在变化的磁场中。 (2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。 3．产生涡流时的能量转化：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。 (1)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。 (2)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。 4．涡流的应用与防止 (1)应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等。 (2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯。 　电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具，如图所示是电磁炉的工作示意图，它不用明火或传导式加热而让热量直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。下列关于电磁炉的说法正确的是(　　) A．提高励磁线圈中电流变化的频率，可提高电磁炉的加热效果 B．炊具中的涡流是由励磁线圈中的恒定电流的磁场产生的 C．利用陶瓷材料制成的炊具可以在电磁炉上正常加热 D．电磁炉工作时，炉面板中将产生强大的涡流 [解析]　提高励磁线圈中电流变化的频率，可以提高产生交变磁场变化的频率，从而提高穿过炊具底面磁通量的变化率，进而增大涡流，提高电磁炉的加热效果，故A正确；炊具中的涡流是由励磁线圈中的交变电流的磁场产生的，故B错误；陶瓷是绝缘体，无法形成涡流，所以利用陶瓷材料制成的炊具无法在电磁炉上正常加热，故C错误；电磁炉工作时，炊具底面将产生强大的涡流，故D错误。 [答案]　A ●核心素养·思维升华 涡流问题的三点注意 (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。 (2)金属能够自身形成闭合回路，形成涡流。 (3)磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越强。 2．(2025·河南卷)如图所示，一金属薄片在力F作用下自左向右从两磁极之间通过。当金属薄片中心运动到N极的正下方时，沿N极到S极的方向看，下列图中能够正确描述金属薄片内涡电流绕行方向的是(　　) 解析　根据题意当金属薄片中心运动到N极正下方时，薄片右侧的磁通量在减小，左侧磁通量在增加，由于两极间的磁场竖直向下，根据楞次定律可知此时薄片右侧的涡电流方向为顺时针，薄片左侧的涡电流方向为逆时针。故选C。 答案　C 探究点三　电磁阻尼与电磁驱动 [交流讨论] 如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。 (1)如果将磁铁拿走，轻转线圈，观察线圈的转动，若安装上磁铁，用同样的力转动线圈，你会观察到两次现象有什么不同？为什么？ (2)让线圈静止，转动磁铁，观察线圈有什么现象发生，为什么？ 答：(1)观察到没有磁铁时，线圈转动的时间比有磁铁时转动的时间长很多。有磁铁时，线圈转动会产生感应电流，感应电流的安培力阻碍线圈的转动。 (2)观察到线圈随着磁铁的转动会慢慢转动起来。线圈中产生感应电流，感应电流的安培力阻碍线圈相对磁铁的运动，即使线圈慢慢随磁铁转动起来。 [归纳总结] 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 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力 效果 安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍物体运动 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 角度1　电磁驱动 　(多选)某健身车上装有金属电磁阻尼飞轮，飞轮附近固定一个电磁铁，示意图如图所示。人在健身时带动飞轮转动，则(　　) A．其他条件一定时，飞轮转速越大，阻尼越大 B．其他条件一定时，电磁铁所接电压越大，阻尼越大 C．其他条件一定时，飞轮材料电阻率越大，阻尼越小 D．其他条件一定时，飞轮材料密度越大，阻尼越小 [解析]　其他条件一定时，飞轮转速越大，切割磁感线产生的感应电动势越大，感应电流越大，所受安培力越大，阻尼越大，故A正确；其他条件一定时，电磁铁所接电压越大，电磁铁产生的磁场越强，飞轮所受安培力越大，阻尼越大，故B正确；其他条件一定时，飞轮材料电阻率越大，阻值越大，感应电流越小，所受安培力越小，阻尼越小，故C正确；阻尼与飞轮材料密度无关，故D错误。 [答案]　ABC ●核心素养·思维升华 (1)由楞次定律的推广含义知，线圈的运动可以阻碍两者间的相对运动，所以其角速度必小于磁铁转动的角速度。 (2)电磁驱动和电磁阻尼的联系：电磁驱动和电磁阻尼现象中安培力的作用效果均为阻碍导体间的相对运动。 角度2　电磁阻尼 　(教材本节练习与应用第2题变式)绝缘的轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁从弹簧原长位置由静止释放，磁铁开始振动，由于空气阻力的影响，振动最终停止。现将一个闭合铜线圈固定在磁铁正下方的桌面上(如图所示)，仍将磁铁从弹簧原长位置由静止释放，振动最终也停止。则(　　) A．有无线圈，磁铁经过相同的时间停止运动 B．磁铁靠近线圈时，线圈有扩张趋势 C．磁铁离线圈最近时，线圈受到的安培力最大 D．有无线圈，磁铁和弹簧组成的系统损失的机械能相同 [解析]　有线圈时，磁铁受到电磁阻尼的作用，振动更快停止，故A错误；根据楞次定律，磁铁靠近线圈时，线圈的磁通量增大，此时线圈有缩小的趋势，故B错误；磁铁离线圈最近时，此时磁铁与线圈的相对速度为零，感应电动势为零，感应电流为零，线圈受到的安培力为零，故C错误；由上述分析可知有无线圈时，根据平衡条件可知最后磁铁静止后弹簧的伸长量相同，由于磁铁和弹簧组成的系统损失的机械能为磁铁减小的重力势能减去此时弹簧的弹性势能，故系统损失的机械能相同，故D正确。 [答案]　D [对应学生用书P70] 1．如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增强时，小球将(　　) A．沿顺时针方向运动 B．沿逆时针方向运动 C．在原位置附近往复运动 D．仍然保持静止状态 解析　当磁场增强时，由楞次定律知环所在处的闭合电路中感应电流沿逆时针方向，即感生电场沿逆时针方向，带负电的小球在电场力作用下沿顺时针方向运动。 答案　A 2．如图所示，A是三个一样的强磁体，B、C和D均是一样的紫铜管，在紫铜管C和D上锯去一部分(白色区域)，如图中的乙和丙所示。现将强磁体释放，强磁体在B、C和D中下落的时间分别是t1、t2和t3，则关于下落时间说法正确的是(　　) A．t1＝t2＝t3　　　　　　　 B．t1＝t2>t3 C．t1>t2>t3 D．t1<t2<t3 解析　由题图可知三根紫铜管中能够形成闭合回路的区域长度关系为l1>l2>l3，紫铜管中能够形成闭合回路的区域长度越长，强磁体下落过程中，在紫铜管中形成的感应电流的磁场对强磁体的阻碍时间越长，则强磁体下落时间越长，因此t1>t2>t3，故选C。 答案　C 3．(多选)如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法正确的是(　　) 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，选项A、D正确。 答案　AD 4．如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是(　　) A．两环都向右运动 B．两环都向左运动 C．环1静止，环2向右运动 D．两环都静止 解析　条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动。 答案　C 学科网（北京）股份有限公司 $