2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第二册

本讲义聚焦涡流、电磁阻尼和电磁驱动核心知识点，从麦克斯韦感生电场理论切入，系统梳理涡流的产生原理与应用，再到电磁阻尼和电磁驱动的现象分析，构建“理论-现象-应用”的完整学习支架。 资料以题型为导向，通过典例（如电子感应加速器、电磁炉）和高考题渗透科学思维，结合探究归纳培养模型建构能力，课中辅助教师突破重难点，课后培优练与高考题助力学生查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电磁感应现象中的感生电场 1 题型2 涡流 5 题型3 电磁阻尼 9 题型4 电磁驱动 13 【能力培优练】 16 【链接高考】 24 【重难题型讲解】 题型1 电磁感应现象中的感生电场 1、感生电场：麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场。 2、感生电动势：如果感应电动势是由感生电场产生的，它也叫作感生电动势。其非静电力是感生电场的电场力。 3、电子感应加速器：电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 工作原理：如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，如图乙，电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动。电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。根据楞次定律，为使电子加速，电磁铁线圈中的电流应该由小变大。 ★特别提醒 感生电场与静电场相同之处是电荷在电场中会受到力的作用：F=qE。不同之处除了场源不同，另外感生电场的电场线是闭合的。 【探究归纳】感生电场是变化的磁场在其周围空间激发的涡旋电场，它能驱动导体中的自由电荷定向移动产生感生电动势。 【典例1-1】关于下列四幅图的说法中正确的是（　　） A．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之逆时针转动 B．为使电子感应加速器真空中产生顺时针方向的感生电场，电磁铁线圈中的电流应该由强到弱 C．探雷器是利用涡流工作的，探测时是地下的金属感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警 D．电磁炉是利用电流的热效应工作的 【答案】C 【详解】A．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，根据楞次定律推论“来拒去留”可知，磁铁受到逆时针的磁场力，则铝框受到顺时针的磁场力，铝框会随之顺时针转动，故A错误； B．图中上面电磁铁的下端是N极，下面电磁铁的上端是S极，所以电磁铁在真空室中产生的磁感应强度方向向上，若电磁铁线圈中的电流由强到弱，由楞次定律可知，电子感应加速器真空中产生逆时针方向的感生电场，故B错误； C．探雷器是利用涡流工作的，探测时是地下的金属感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警，故C正确； D．电磁炉是利用电磁感应产生的涡流工作的，故D错误。 故选C。 【典例1-2】（多选）电子感应加速器基本原理如图所示，图甲中上、下两个电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使真空室中的电子加速。如图乙所示，从上向下看电子沿逆时针方向加速运动。下列说法正确的是（    ） A．电磁铁线圈中通入恒定直流电流也能使电子加速 B．变化的磁场在真空室中激发出的电场与静电场完全相同 C．若线圈中的电流方向如图甲所示，则电流正在增大 D．若电子运动的轨道半径不变，则电子轨道处的磁感应强度随电子速度的增大而增大 【答案】CD 【详解】A．电磁铁线圈中通入恒定直流电流时激发恒定的磁场，所以无法产生感生电场，无法上电子加速，故A错误； B．变化的磁场在真空室中激法的电场为无源场，电场线为封闭曲线，与静电场不同，故B错误； C．若线圈中的电流方向如图甲所示时，原磁场与感应电流的磁场方向相反，所以磁通量增加，电流在增大，故C正确； D．若电子运动的轨道半径不变，粒子在磁场中洛伦兹力提供向心力，故 解得 所以电子轨道处的磁感应强度随电子速度的增大而增大，故D正确。 故选CD。 跟踪训练1现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图所示，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（　　） A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 B．通入电磁体线圈的电流在增强 C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力 【答案】B 【详解】A．电子沿逆时针方向加速，则电子所受电场力沿逆时针方向，所以感生电场的方向沿顺时针方向，A错误； B．当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，若电流增大，根据楞次定律，可知涡旋电场的方向为顺时针方向，电子将沿逆时针方向做加速运动，B正确； C．由于感生电场使电子加速，即电子在轨道中加速的驱动力是电场力，C错误； D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是洛伦兹力，D错误。 跟踪训练2（多选）对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法正确的是（     ） A．甲图中，当两极板间距增大时静电计的指针张角将减小 B．乙图中，电子感应加速器是利用感生电场对电子进行加速 C．丙图中，高频变化的磁场使炉内金属中产生涡流从而熔化金属 D．丁图中，两条话筒线外面包裹着金属外衣是为了减小电阻，从而减小电信号损失 【答案】BC 【详解】A．在静电计中，电荷量保持不变，两极板间距增大时根据 可知电容减小，再根据 可知两极板间电压增大，静电计的指针张角将增大。故A错误； B．电子感应加速器是利用交变磁场激发感生电场，从而进行加速，故B正确； C．丙图中，高频变化的磁场使炉内金属中产生涡流，产生大量的热从而熔化金属。故C正确。 D．丁图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理，故D错误。 故选BC。 题型2 涡流 1、涡流的定义与产生原理：将一金属块放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就会产生感应电流，这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像漩涡一样，我们把这种感应电流称为涡电流，简称涡流。 ★特别提醒 由于整块金属的电阻很小，所以涡电流常常很大．涡电流会引起铁心发热，这不仅损耗了大量的电能，而且还可能烧坏设备。 2、涡流的两种效应及应用 （1）涡流的热效应：利用涡流在回路中产生的热量冶炼金属的高频炉；家庭中使用的电磁灶。 （2）涡流的磁效应：利用涡流所产生的磁场进行电磁阻尼和电磁驱动。 3、涡流的本质：在理解涡流时，要注意涡流的本质是由于电磁感应而产生的，它的产生仍然符合感应电流产生的条件（有磁通量的改变，具体形式是有磁场的变化或导体切割磁感线），特殊之处在于感应电流不是在线状回路中产生的，而是在块状金属中产生的。 4、对涡流的理解：要注意到涡流产生的特点，从而理解涡流的两种效应的应用．涡流是在金属块内部产生的，因而加热电路无需和被加热材料直接接触，起到感应加热的作用．另外金属的电阻率一般较低，故而涡电流的强度一般很大，因而热效应和磁效应很明显，所以在应用时要特别重视。 5、涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路（产生涡流）时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P=I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。 6、涡流中的能量转化：涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。若金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；若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。 ★特别提醒 （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）磁场变化越快（越大）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。 7、涡流对金属在磁场中运动的影响：涡流具有热效应，金属导体在磁场中运动时，因为涡流的存在，将金属导体的机械能转化成电能，进一步转化成内能，金属导体的机械能会逐渐减小。 8、涡流的应用 （1）利用涡流的热效应：真空冶炼炉、电磁炉等。 （2）利用涡流的磁效应：探雷器、机场与车站和重要活动场所的安检门、高考考场的探测器等。 9、涡流的防止：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，减小涡流的方法为，用电阻率较大且涂有绝缘材料的硅钢板材叠加做成铁芯。 【探究归纳】涡流是变化的磁场穿过块状导体时，在导体内部激发的感生电场驱动自由电荷形成的闭合涡旋状感应电流。 【典例2-1】（24-25高一上·福建·开学考试）《梦溪笔谈》中记录了一次罕见的雷击事件：房屋被雷击后，屋内的银饰、宝刀等金属熔化了，但是漆器、刀鞘等非金属却完好（原文为：有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然）。导致金属熔化而非金属完好的原因可能为（　　） A．摩擦生热 B．雷声振幅大 C．电磁感应产生涡流 D．雷光亮度大 【答案】C 【详解】A．摩擦生热对金属和非金属都可能产生影响，但题目中仅金属熔化，故A错误； B．雷声振幅大（声波能量）通常不足以使金属快速熔化，且应同时影响所有物体，故B错误； C．金属是导体，在雷击的强变化磁场中会产生涡流，导致发热熔化；非金属不导电，无法形成涡流，故C正确； D．雷光亮度大（光能）可能被非金属吸收更多，但金属反射大部分光，与现象矛盾，故D错误。 故选C。 【典例2-2】（多选）图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁体（与飞轮不接触），人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁体会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁体与飞轮间的距离。下列说法正确的有（　　） A．飞轮受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力 B．飞轮转速一定时，磁体越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小 C．磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小 D．磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强 【答案】AD 【详解】A．飞轮在磁场中做切割磁感线运动，所以会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，故A正确； B．磁铁越靠近飞轮，飞轮处的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，故B错误； C．磁铁和飞轮间的距离一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮转速越大，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，故C错误； D．磁铁和飞轮间的距离一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮转速越大，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，内部的涡流越强，故D正确。 故选AD。 跟踪训练1（24-25高二下·广东韶关·期末）下列四幅图中，不是利用电磁感应原理的是（　　） A．甲：电机驱动风扇转动 B．乙：用高频炉炼钢 C．丙：用手持金属探测仪进行安检 D．丁：在门禁系统中刷卡 【答案】A 【详解】A．电机驱动风扇转动，利用的是通电线圈受到了安培力的作用，不是利用电磁感应原理，故A符合题意； BCD．用高频炉炼钢、用手持金属探测仪进行安检、在门禁系统中刷卡均利用了电磁感应原理，故BCD不符合题意。 故选A。 跟踪训练2（多选）图甲为无线磁力搅拌杯，其工作原理如图乙所示，杯体底部安装通电线圈，相关电路控制线圈电流从而产生一个逆时针旋转的磁场（俯视图），杯内中心放置一搅拌金属粒，在旋转磁场作用下金属粒也产生旋转，从而达到搅拌杯内溶液的效果。通电搅拌时，以下说法正确的是（　　） A．金属粒中会产生感应电流 B．金属粒内不会产生焦耳热 C．金属粒旋转方向与磁场旋转方向相反 D．加大磁场旋转速度，则金属粒旋转速度也加大 【答案】AD 【详解】AB．根据电磁感应原理，当金属粒处于变化的磁场中时会产生感应电动势，进而形成感应电流，产生焦耳热，故A正确，B错误； C．金属粒在旋转磁场的作用下，其内部产生的感应电流会受到安培力的作用，从而驱动金属粒跟随磁场旋转，金属粒旋转方向与磁场旋转方向一致，故C错误； D．当加快磁场旋转速度时，由于感应电流增大、作用力和力矩增大，金属粒也会加快旋转，故D正确。 故选AD。 题型3 电磁阻尼 1、电磁阻尼的定义：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的运动的现象。 2、电磁阻尼的原理：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用。 3、能量转化：导体克服安培力做功，其他形式能转化为电能，最终转化为内能。 4、应用：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数。由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼，以使线圈迅速稳定在所示值的位置。电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的。 【探究归纳】电磁阻尼是导体在磁场中运动时，感应电流受安培力作用，安培力方向阻碍导体相对磁场运动的现象。 某电磁缓冲装置的结构简图如图所示，该装置总质量为5kg，线圈和其所连设备质量为2.5kg，线圈到磁铁底端的距离为，线圈所在处辐向磁场磁感应强度大小恒为，单匝线圈电阻，半径。某次测试时该装置以1m/s的速度在水平面上运动，某时刻磁铁底端与竖直挡板发生弹性碰撞（时间极短），不计一切摩擦，若线圈相对磁铁运动过程恰能不与磁铁底部接触，则线圈匝数大概为（　　） A．125 B．255 C．510 D．725 【答案】B 【详解】碰撞时，磁铁与挡板发生弹性碰撞，则碰后磁铁速度反向，而线圈速度方向不变，线圈向左运动，磁感线与运动方向垂直，则线圈切割磁感线的有效长度 碰后水平方向系统初动量为 则线圈恰运动到磁铁底部时，两部分速度均为零，则线圈可视为以的初速度切割磁感线。某时刻，线圈产生的感应电动势为 线圈中的电流为 受到的安培力为 整个运动过程安培力的冲量为 解得，故B正确。 【典例3-2】（多选）如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，以下说法不正确的是（       ） A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 C．若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 【答案】CD 【详解】A．把圆盘看成沿半径方向紧密排列的“辐条”，由右手定则知，靠近圆心处电势高，故A正确，不符合题意； B．所加磁场越强，感应电流越强，安培力越大，对圆盘转动的阻碍越大，故B正确，不符合题意； C．如果磁场反向，由楞次定律可知，安培力仍阻碍圆盘转动，故C错误，符合题意； D．若将整个圆盘置于磁场中，辐条仍会切割磁场产生感应电动势，从而形成涡流，使得圆盘减速运动，故D错误，符合题意。 故选CD。 【典例3-3】一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动。当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动。 (1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？ (2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度什么关系？ 【详解】（1）蹄形磁铁转动时，与线圈之间有相对运动，故穿过线圈的磁通量变化。 （2）线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。线圈的转动速度小于磁铁的转动速度。 跟踪训练1如图所示，用绝缘轻质细线将一个金属圆环悬于O点，水平虚线以下存在垂直纸面向外的匀强磁场。将金属圆环从图中所示的位置由静止释放，圆环在摆动过程中始终与磁场垂直，忽略空气阻力，则金属圆环（　　） A．进入磁场的过程中产生逆时针方向的电流 B．第一次刚要进入和完全离开磁场时，速度大小相等 C．摆动幅度逐渐减小，最终停止在最低点 D．摆动幅度先逐渐减小，后保持不变 【答案】D 【详解】A．进入磁场的过程中，磁通量向外增大，根据楞次定律，可知圆环产生顺时针方向的电流，故A错误； B．进入和离开磁场的过程中一部分机械能转化为电能，则圆环第一次进入磁场时的速度大于第一次离开磁场时的速度，故B错误； CD．进入磁场和离开磁场的过程中机械能减小，故摆动幅度逐渐减小，当不再出磁场时，机械能不变，摆动幅度保持不变，故C错误，D正确。 故选D。 跟踪训练2（多选）2024年9月，高达632米的上海中心大厦在图甲所示的“上海慧眼”阻尼器的作用下，抵挡住超级台风的影响。图乙为阻尼器的简化示意图，重达1000吨的质量块由吊索悬挂，质量块下方圆盘状的永磁体与楼体导体地板正对。在大厦受到风力作用摇晃时，质量块发生受迫振动，能够使大厦减振减摆。下列说法正确的是（　　） A．质量块的摆动方向总与大厦摇晃方向相同 B．质量块摆动的频率等于大厦摇晃的频率 C．质量块随大厦摇晃时，在质量块内产生涡流 D．质量块下方正对的地板必须是导体，才能实现减振 【答案】BD 【详解】A．阻尼器起到减震减摆作用，由于惯性，质量块的振动方向相对大厦摆动方向相反，故A错误； B．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，故B正确； C．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内能，故C错误； D．由题意可知，该阻尼器依靠电磁感应原理产生涡流实现减振，地板必须是导体才行，故D正确。 故选BD。 跟踪训练3(1)如图甲所示，将磁体在同一高度释放，下端放有闭合线圈的那块磁体很快停止振动，而另一个磁体能振动较长时间，如何解释这个现象？ (2)如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁体时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么力？ 【答案】(1)见解析 (2)见解析 【详解】（1）甲图中下端放有闭合线圈的磁体振动时除了受空气阻力，还受到线圈的磁场阻力，所以很快停止振动。 （2）当蹄形磁体顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁体逆时针转动时，线圈也逆时针转动。线圈内产生感应电流，线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。 题型4 电磁驱动 1、电磁驱动的定义：磁场相对于导体转动时，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，使导体运动起来。 2、电磁驱动的原理：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，导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动。 3、电磁驱动的能量转化：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，而对外做功。 4、电磁驱动的应用：交流感应电动机。 ★特别提醒 电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，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。 5、电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的 效果 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力方向与导体运动方向相同，为动力 能量 转化 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 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 共同点 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动 【探究归纳】电磁驱动是磁场相对导体运动时，导体中产生感应电流，电流受安培力推动导体随磁场同向运动的现象。 【典例4-1】电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被视为将带来交通工具大革命。在日常生活中，摩托车和汽车上装有的磁性转速表就是利用了电磁驱动原理。如图所示是磁性转速表及其原理图，永久磁铁随车轮系统的转轴转动，铝盘固定在指针轴上，与永久磁铁不固定。关于磁性式转速表的电磁驱动原理，下列说法正确的是（    ） A．铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动 B．永久磁体随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力而转动 C．铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反 D．由于铝盘和永久磁体被同转轴带动，所以两者转动是完全同步的 【答案】B 【详解】AB．当永久磁铁随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中会产生感应电流，这时永久磁铁的磁场会对铝盘上的感应电流有力的作用，而产生一个转动的力矩，使指针转动，由于弹簧游丝的反力矩，会使指针稳定指在某一刻度上，故A错误，B正确； C．该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘磁场总是阻碍永久磁铁转动，要使减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁铁转动方向与铝盘转动方向相同，故C错误； D．永久磁铁固定在转轴上，铝盘固定在指针轴上，铝盘和永久磁铁不是同转轴带动，所以两者转动不是同步的，故D错误。 故选B。 【典例4-2】（多选）飞机在航母上弹射起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动的原理如图所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈附近的金属环会被弹射出去。现在固定线圈左侧的同一位置，先后放置两个分别由铜和铝制成的闭合金属环。已知两环横截面积相等，形状、大小相同，且电阻率，合上开关S瞬间（　　） A．铜环受到的安培力等于铝环受到的安培力 B．若将铜环放置在线圈右方，环将向右运动 C．从左侧看，环中感应电流的方向沿顺时针方向 D．电池正负极调换后，金属环不能向左弹射 【答案】BC 【详解】A.铜环和铝环中产生的感应电动势相同，由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环，故A错误； B．若环放在线圈右方，根据楞次定律判断线圈中产生从右边看逆时针方向的电流，则原线圈对环有向右的安培力，即环将向右运动，故B正确； C.线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，感应电流由左侧看为顺时针，故C正确； D．由增反减同可知，电池正负极调换后，放在左边的金属环仍受力向左，故仍将向左弹出，故D错误。 故选BC。 跟踪训练1如图所示，截去一半的塑料瓶周围贴上三块强磁铁，用木棍从内部撑起塑料瓶，它的两边有用木棍支撑起倒立的铝质的易拉罐，当从上往下看顺时针转动中间的塑料瓶时，那么两边的易拉罐转动情况是（　　） A．两边的易拉罐不动 B．两边的易拉罐都是逆时针转动 C．两边的易拉罐都是顺时针转动 D．稳定时，易拉罐转动的角速度等于塑料瓶转动的角速度 【答案】B 【详解】由于塑料瓶带动磁铁转动过程中，穿过易拉罐的磁通量不断变化，从而产生感应电流，易拉罐将受到安培力作用而转动，属于电磁驱动，所以若塑料瓶顺时针旋转，则左右两边的易拉罐都是逆时针转动，易拉罐转动的角速度小于塑料瓶转动的角速度，B选项符合题意。 故B正确。 跟踪训练2（多选）如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。从上向下看，若磁铁逆时针转动，则（　　） A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C．线圈转动时将产生感应电流 D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda 【答案】BC 【详解】C．当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生感应电流，故C正确； D．当线圈相对磁铁转过90°时，电流方向不再是abcda，故D错误； AB．由楞次定律可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度，故A错误，B正确。 故选BC。 【能力培优练】 1．涡流探伤是工业探测金属表面层内部是否存在缺陷的一种技术，其原理如图示，载流线圈可使物件内产生涡电流，据涡电流的变化，可获得物件内部是否存在缺陷及缺陷的位置。某次探伤，若线圈中通以如图示方向的电流时，物件内产生逆时针方向的涡电流（从上往下看），则此时载流线圈中的电流（　　） A．保持不变 B．正在减小 C．正在增大 D．无法确定 【答案】C 【详解】由安培定则可判断出此时线圈产生的磁场方向向下，涡流对应的磁场方向向上，则由楞次定律可知，线圈中的电流正在增大，故C正确。 故选C。 2．我国空间站的机械臂在捕获人造金属探测器时，为了使其在真空环境中迅速无接触减速，机械臂内部设计磁系统。当探测器靠近机械臂时，探测器切割磁感线产生电流，从而实现减速。这一现象属于（　　） A．静电感应现象 B．电流磁效应 C．电磁阻尼现象 D．电磁驱动现象 【答案】C 【详解】当探测器靠近机械臂时，探测器切割磁感线产生电流，从而实现减速。这一现象属于电磁阻尼现象，故选C。 3．电磁炉（如图所示）的炉盘下有一组线圈，电磁炉工作时，炉盘上的铁锅会发热，为使铁锅迅速发热，线圈应接怎样的电源（　　） A．直流高压 B．直流低压 C．迅速变化的电流 D．缓慢变化的电流 【答案】C 【详解】线圈中的电流变化，在附近的导体中（主要是铁锅的底部）产生感应电流，从而在导体中产生大量的热，这种涡流现象也是电磁感应；而迅速变化的电流，产生的感应电流较大，产生的热量越多。 故选C。 4．法拉第发现电磁感应现象，不仅推动了电磁理论的发展，还推动了电磁技术的进步，引领人类进入了电气时代。下列哪一个器件工作时利用了电磁感应现象（　　） A．指南针 B．电磁炉 C．速度选择器 D．回旋加速器 【答案】B 【详解】A．指南针依靠地磁场使磁针定向，不涉及电磁感应，故A错误； B．电磁炉通过交变电流产生变化的磁场，使金属锅底产生涡流（电磁感应现象）而发热，故B正确； C．速度选择器利用电场力与洛伦兹力平衡筛选粒子速度，与电磁感应无关，故C错误； D．回旋加速器通过磁场偏转和电场加速粒子，未利用电磁感应，故D错误。 故选B。 5．关于以下四幅图说法正确的是（　　） A．图甲，将开关断开时，灯泡A立刻熄灭 B．图乙，断开开关S后，弹簧K不会立刻将衔铁D拉起而断电 C．图丙，真空冶炼炉接高频交流电源后能在炉体内产生涡流发热加热金属使金属熔化 D．图丁，毫安表的表头运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，利用了电磁驱动原理 【答案】B 【详解】A．开关断开时，由于电感线圈的自感作用，在电感线圈与灯泡组成的回路中感应电流会持续一小段时间，所以灯泡A不会立刻熄灭，故A错误； B．将S断开，导致穿过线圈B的磁通量减小，线圈B中产生感应电流，线圈B中磁场缓慢变小，有延时释放D的作用，故B正确； C．真空冶炼炉的工作原理是炉中金属产生涡流使炉内金属熔化，不是炉体产生涡流，故C错误； D．毫安表的表头运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，由于电磁感应现象中的“阻碍”作用，阻碍线圈的偏转，这是电磁阻尼原理，故D错误。 故选B。 6．法拉第和麦克斯韦分别用电场线来描述静电场和感生电场。关于电场线，下列说法正确的是（　　） A．静电场的电场线可以平行不等间距 B．静电场的电场线方向是由高电势指向低电势 C．感生电场的电场线是不闭合的 D．感生电场的电场线越密的地方，感生电场强度越小 【答案】B 【详解】A．电场线的间距反映了电场强度的大小，若电场线平行不等间距，则在这样的电场中试探电荷沿一个矩形回路运动一周，电场力对其做功不为零，显然与实际不符，所以静电场的电场线不可能平行不等间距，故A错误； B．顺着电场线电势不断降低，根据电场线和等势面的关系知，电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，故B正确； C．感生电场是由变化的磁场产生的电场，是涡旋场，其电场线是闭合的，类似于磁感线，故C错误； D．电场线密的地方，电场强度大，故D错误。 故选B。 7．如图甲为利用电磁驱动原理制作的交流感应电动机。三个线圈连接到三相电源上，电流形成的磁场可等效为以角速度ω0转动的辐向磁场。边长为l、总电阻为R的单匝正方形线框ABCD可绕其中心轴OO′旋转，图乙为这种驱动装置的俯视图，线框的两条边AB、CD所处位置的磁感应强度大小均为B。当线框由静止开始转动时，AB、CD两条边受到的阻力均为Ff=kv，其中比例系数，v为AB、CD两条边的线速度大小。不计其他阻力。则当线框达到稳定转动时（　　） A．线框的转动方向与辐向磁场的转动方向相反 B．线框的角速度大小为 C．线框的感应电动势大小为 D．线框AB边所受安培力大小为 【答案】C 【详解】A．线框的转动方向与辐向磁场的转动方向相同，A错误； BCD．设线框稳定时转动的角速度大小为ω AB边与磁场的相对速度为 AB、CD两条边产生的感应电动势为 感应电流大小为 AB边所受安培力大小为 稳定运行时根据平衡条件得 根据题意 解得，，，BD错误，C正确。 故选C。 8．如图所示，足够长铝管竖直放置在水平桌面上，把一小磁体从铝管上端管口放入，小磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。小磁体在铝管内下落的过程中（　　） A．小磁体受合外力一直向下 B．小磁体做自由落体运动 C．铝管对桌面的压力大于铝管的重力 D．小磁体动能的增加量大于重力势能的减少量 【答案】C 【详解】AB．磁体在铝管运动的过程中，虽不计空气阻力，但在下落过程中，受到方向向上的安培力，从而磁体的加速度小于重力加速度，所以磁体的运动不是自由落体运动，开始时重力大于安培力，合力向下；随着速度增加，向上的安培力变大，当重力等于安培力时合力为零，此时加速度为零，小磁体匀速下落，故AB错误； C．根据电磁阻尼原理可知，小磁体下落过程中受到的磁场力向上，由牛顿第三定律可知，铝管在磁体下落过程受到向下的磁场力，所以铝管对桌面的压力大于铝管的重力，故C正确。 D．磁体在整个下落过程中，除重力做功外，还有产生感应电流对应的安培力做功，导致减小的重力势能，部分转化动能外，还要产生内能，故机械能不守恒，且磁体动能的增加量小于重力势能的减少量，故D错误。 故选C。 9．（多选）法拉第发现电磁感应现象，不仅推动了电磁理论的发展，而且推动了电磁技术的发展，引领人类进入了电气时代，下列哪一个器件工作时利用了电磁感应现象（　　） A．回旋加速器 B．电磁炉 C．金属探测仪 D．指南针 【答案】BC 【详解】A．回旋加速器利用磁场偏转，利用电场进行加速，与电磁感应无关，A错误； B．电磁炉是通过电磁感应现象产生感应电流对锅进行加热的，利用了电磁感应现象，B正确； C．金属探测器利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场；这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流；涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声，利用了电磁感应的原理，C正确； D．指南针是受到地磁场作用力而偏转指示南北方向的，与电磁感应无关，D错误； 故选BC。 10．（多选）如图所示，让一铝制圆盘靠近U形磁铁的两级，但不接触，且磁铁的中心轴线与圆盘的中心在同一竖直线上．现让磁铁按照图示的方向转动，则下列说法正确的是 （    ） A．磁铁不能吸引铝，因此圆盘不会随磁铁转动而转动 B．圆盘跟随磁铁转动的原因是内部产生的涡流引起的 C．磁铁停止转动后，由于电磁阻尼作用圆盘很快也会停止转动 D．磁铁转动时，圆盘内磁通量并未发生了变化，因此圆盘不会随磁铁转动而转动 【答案】BC 【详解】ABD．在磁铁转动过程中，穿过整个圆盘的磁通量不发生变化，以圆盘盘面的其中一条直径为界，两侧穿过圆盘的磁感线的方向不同，当磁铁转动时，穿过圆盘两侧局部的磁通量发生变化，从而在圆盘上的不同位置产生涡流，由楞次定律可知，涡流会阻碍磁铁与圆盘间的相对运动，因此圆盘会跟随磁铁一起转动，故B正确；AD错误； C．磁铁停止转动后，由于电磁阻尼作用圆盘很快也会停止转动，故C正确； 故选BC。 11．（多选）如图所示，右端为N极的磁铁置于光滑水平桌面上并与轻质弹簧相连，弹簧另一端固定在竖直墙面上，当弹簧处于原长时，磁铁的中心恰好是接有一盏小灯泡的竖直固定线圈的圆心，用力将磁铁向右拉到某一位置后释放，磁铁穿过线圈来回振动，有关这个振动过程，以下说法正确的是（　　） A．磁铁接近线圈时，线圈对磁铁产生排斥力 B．线圈中的电流方向发生变化 C．灯泡的亮暗不会发生变化 D．由于桌面光滑，所以磁铁振动的幅度不变 【答案】AB 【详解】A．根据楞次定律，感应电流的效果总要阻碍引起感应电流的原因，磁铁接近线圈时穿过线圈的磁通量增大，感应电流激发的磁场对磁铁必定产生排斥力，以阻碍磁通量的增大，故A正确； B．由图可知穿过线圈的磁场的方向向右。当磁铁靠近时，穿过线圈向右磁通量增大，感应电流激发出的磁场方向向左，根据安培定则，从右往左看，感应电流沿顺时针方向；当磁铁远离时，穿过线圈向右的磁通量减小，感应电流激发出的磁场方向向右，根据安培定则，从右往左看，感应电流沿逆时针方向，可知线圈中的电流方向发生变化，故B正确； C．磁铁穿过线圈来回振动，速度大小在不停变化，则磁通量的变化率也在变化，感应电动势大小发生改变，感应电流大小也发生改变，灯泡的亮暗会发生变化，故C错误； D．磁铁在运动过程中，线圈中产生感应电流，灯泡产生焦耳热，弹性势能一定减小，即磁铁振动的幅度逐渐减小，故D错误。 故选AB。 12．（多选）1820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．圆盘转动时，可看成沿半径方向的金属条切割磁感线，从而在圆心和边缘之间产生了感应电动势 B．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 C．圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动 D．圆盘中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】AC 【详解】AC．圆盘转动时，磁针也转动，说明圆盘产生了磁场，即圆盘内有感应电流，圆盘产生了感应电动势，可看成沿半径方向的金属条切割磁感线，从而在圆心和边缘之间产生了感应电动势，故AC正确； B．在圆盘转动过程中，圆盘位置，圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，故B错误； D．圆盘呈电中性，所以圆盘中的电流并不是由于圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的，故D错误。 故选AC。 13．在现代家庭的厨房中，电磁炉（如图所示）是人们非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点。你知道电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是什么吗？ 【详解】电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，利用变化的磁场产生涡流，进行加热的原理工作。当通上交替变化极快的电流时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当磁场内的磁感线通过铁质锅底时会产生无数的涡流，使锅体本身自行快速发热，就放出大量的热量，然后再作用于锅内食物，将饭菜煮熟。而陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生感应电流，从而不能加热锅内食物。 【链接高考】 1．（2025·河南·高考真题）如图，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（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】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。 2．（2024·湖北·高考真题）《梦溪笔谈》中记录了一次罕见的雷击事件：房屋被雷击后，屋内的银饰、宝刀等金属熔化了，但是漆器、刀鞘等非金属却完好（原文为：有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然）。导致金属熔化而非金属完好的原因可能为（　　） A．摩擦 B．声波 C．涡流 D．光照 【答案】C 【详解】在雷击事件中金属和非金属都经历了摩擦，声波和光照的影响，而金属能够因电磁感应产生涡流非金属不能，因此可能原因为涡流。 故选C。 3．（2023·全国乙卷·高考真题）一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（　　）       A．图（c）是用玻璃管获得的图像 B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动 C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短 【答案】A 【详解】A．强磁体在铝管中运动，铝管会形成涡流，玻璃是绝缘体故强磁体在玻璃管中运动，玻璃管不会形成涡流。强磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态，做匀速直线运动，而玻璃管中的磁体则一直做加速运动，故由图像可知图（c）的脉冲电流峰值不断增大，说明强磁体的速度在增大，与玻璃管中磁体的运动情况相符，A正确； B．在铝管中下落，脉冲电流的峰值一样，磁通量的变化率相同，故小磁体做匀速运动，B错误； C．在玻璃管中下落，玻璃管为绝缘体，线圈的脉冲电流峰值增大，电流不断在变化，故小磁体受到的电磁阻力在不断变化，C错误； D．强磁体分别从管的上端由静止释放，在铝管中，磁体在线圈间做匀速运动，玻璃管中磁体在线圈间做加速运动，故用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的长，D错误。 故选A。 4．（2023·全国甲卷·高考真题）（多选）一有机玻璃管竖直放在水平地面上，管上有漆包线绕成的线圈，线圈的两端与电流传感器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布，下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离。如图（a）所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图（b）所示。则（    ）      A．小磁体在玻璃管内下降速度越来越快 B．下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次 C．下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D．与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大 【答案】AD 【详解】AD．电流的峰值越来越大，即小磁铁在依次穿过每个线圈的过程中磁通量的变化率越来越大，因此小磁体的速度越来越大，AD正确； B．假设小磁体是N极向下穿过线圈，则在穿入靠近每匝线圈的过程中磁通量向下增加，根据楞次定律可知线圈中产生逆时针的电流，而在穿出远离每匝线圈的过程中磁通量向下减少产生顺时针的电流，即电流方向相反，与题干图中描述的穿过线圈的过程电流方向变化相符，S极向下同理；所以磁铁穿过8匝线圈过程中会出现8个这样的图像，并且随下落速度的增加，感应电流的最大值逐渐变大，所以磁体下落过程中磁极的N、S极没有颠倒，选项B错误； C．线圈可等效为条形磁铁，线圈的电流越大则磁性越强，因此电流的大小是变化的小磁体受到的电磁阻力是变化的，不是一直不变的，C错误。 故选AD。 5．（2025·广东·高考真题）科技小组制作的涡流制动演示装置由电磁铁和圆盘控制部分组成。 图（a）是电磁铁磁感应强度的测量电路。所用器材有：电源E（电动势15V，内阻不计）；电流表A（量程有0.6A和3A，内阻不计）；滑动变阻器RP（最大阻值100Ω）；定值电阻R0（阻值10Ω）；开关S；磁传感器和测试仪；电磁铁（线圈电阻16Ω）；导线若干。图（b）是实物图，图中电机和底座相固定，圆形铝盘和电机转轴相固定。 请完成下列实验操作和计算。 (1)量程选择和电路连接。 ①由器材参数可得电路中的最大电流为 A（结果保留2位有效数字），为减小测量误差，电流表的量程选择0.6A挡。 ②图（b）中已正确连接了部分电路，请在虚线框中完成RP、R0和A间的实物图连线 。 (2)磁感应强度B和电流I关系测量。 ①将图（a）中的磁传感器置于电磁铁中心，滑动变阻器RP的滑片P置于b端。置于b端目的是使电路中的电流 ，保护电路安全。 ②将滑片P缓慢滑到某一位置，闭合S。此时A的示数如图所示，读数为 A。分别记录测试仪示数B和I，断开S。 ③保持磁传感器位置不变，重复步骤②。 ④下图是根据部分实验数据描绘的B−I图线，其斜率为 mT/A（结果保留2位有效数字）。 （3）制动时间t测量。 利用图（b）所示装置测量了t，结果表明B越大，t越小。 【答案】(1) 0.58 (2) 最小 0.48 30 【详解】（1）①[1]由题知，电源内阻不计、电流表内阻不计，则当滑动变阻器的阻值为零时，电路中有最大电流 ②[2]由于电路中最大电流为0.58A，则电流表应选择0 ~ 0.6A量程，根据电路图实物图连线如下 （2）①[1]滑动变阻器RP的滑片P置于b端时滑动变阻器的电阻最大，电路中的电流最小，保护电路安全。 ②[2]电流表读数为0.48A。 ③[3]根据题图中数据可知B−I图线斜率为 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电磁感应现象中的感生电场 1 题型2 涡流 4 题型3 电磁阻尼 6 题型4 电磁驱动 9 【能力培优练】 11 【链接高考】 15 【重难题型讲解】 题型1 电磁感应现象中的感生电场 1、感生电场：麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场。 2、感生电动势：如果感应电动势是由感生电场产生的，它也叫作感生电动势。其非静电力是感生电场的电场力。 3、电子感应加速器：电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 工作原理：如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，如图乙，电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动。电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。根据楞次定律，为使电子加速，电磁铁线圈中的电流应该由小变大。 ★特别提醒 感生电场与静电场相同之处是电荷在电场中会受到力的作用：F=qE。不同之处除了场源不同，另外感生电场的电场线是闭合的。 【探究归纳】感生电场是变化的磁场在其周围空间激发的涡旋电场，它能驱动导体中的自由电荷定向移动产生感生电动势。 【典例1-1】关于下列四幅图的说法中正确的是（　　） A．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之逆时针转动 B．为使电子感应加速器真空中产生顺时针方向的感生电场，电磁铁线圈中的电流应该由强到弱 C．探雷器是利用涡流工作的，探测时是地下的金属感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警 D．电磁炉是利用电流的热效应工作的 【典例1-2】（多选）电子感应加速器基本原理如图所示，图甲中上、下两个电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使真空室中的电子加速。如图乙所示，从上向下看电子沿逆时针方向加速运动。下列说法正确的是（    ） A．电磁铁线圈中通入恒定直流电流也能使电子加速 B．变化的磁场在真空室中激发出的电场与静电场完全相同 C．若线圈中的电流方向如图甲所示，则电流正在增大 D．若电子运动的轨道半径不变，则电子轨道处的磁感应强度随电子速度的增大而增大 跟踪训练1现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图所示，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（　　） A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 B．通入电磁体线圈的电流在增强 C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力 跟踪训练2（多选）对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法正确的是（     ） A．甲图中，当两极板间距增大时静电计的指针张角将减小 B．乙图中，电子感应加速器是利用感生电场对电子进行加速 C．丙图中，高频变化的磁场使炉内金属中产生涡流从而熔化金属 D．丁图中，两条话筒线外面包裹着金属外衣是为了减小电阻，从而减小电信号损失 题型2 涡流 1、涡流的定义与产生原理：将一金属块放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就会产生感应电流，这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像漩涡一样，我们把这种感应电流称为涡电流，简称涡流。 ★特别提醒 由于整块金属的电阻很小，所以涡电流常常很大．涡电流会引起铁心发热，这不仅损耗了大量的电能，而且还可能烧坏设备。 2、涡流的两种效应及应用 （1）涡流的热效应：利用涡流在回路中产生的热量冶炼金属的高频炉；家庭中使用的电磁灶。 （2）涡流的磁效应：利用涡流所产生的磁场进行电磁阻尼和电磁驱动。 3、涡流的本质：在理解涡流时，要注意涡流的本质是由于电磁感应而产生的，它的产生仍然符合感应电流产生的条件（有磁通量的改变，具体形式是有磁场的变化或导体切割磁感线），特殊之处在于感应电流不是在线状回路中产生的，而是在块状金属中产生的。 4、对涡流的理解：要注意到涡流产生的特点，从而理解涡流的两种效应的应用．涡流是在金属块内部产生的，因而加热电路无需和被加热材料直接接触，起到感应加热的作用．另外金属的电阻率一般较低，故而涡电流的强度一般很大，因而热效应和磁效应很明显，所以在应用时要特别重视。 5、涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路（产生涡流）时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P=I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。 6、涡流中的能量转化：涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。若金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；若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。 ★特别提醒 （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）磁场变化越快（越大）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。 7、涡流对金属在磁场中运动的影响：涡流具有热效应，金属导体在磁场中运动时，因为涡流的存在，将金属导体的机械能转化成电能，进一步转化成内能，金属导体的机械能会逐渐减小。 8、涡流的应用 （1）利用涡流的热效应：真空冶炼炉、电磁炉等。 （2）利用涡流的磁效应：探雷器、机场与车站和重要活动场所的安检门、高考考场的探测器等。 9、涡流的防止：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，减小涡流的方法为，用电阻率较大且涂有绝缘材料的硅钢板材叠加做成铁芯。 【探究归纳】涡流是变化的磁场穿过块状导体时，在导体内部激发的感生电场驱动自由电荷形成的闭合涡旋状感应电流。 【典例2-1】（24-25高一上·福建·开学考试）《梦溪笔谈》中记录了一次罕见的雷击事件：房屋被雷击后，屋内的银饰、宝刀等金属熔化了，但是漆器、刀鞘等非金属却完好（原文为：有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然）。导致金属熔化而非金属完好的原因可能为（　　） A．摩擦生热 B．雷声振幅大 C．电磁感应产生涡流 D．雷光亮度大 【典例2-2】（多选）图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁体（与飞轮不接触），人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁体会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁体与飞轮间的距离。下列说法正确的有（　　） A．飞轮受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力 B．飞轮转速一定时，磁体越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小 C．磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小 D．磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强 跟踪训练1（24-25高二下·广东韶关·期末）下列四幅图中，不是利用电磁感应原理的是（　　） A．甲：电机驱动风扇转动 B．乙：用高频炉炼钢 C．丙：用手持金属探测仪进行安检 D．丁：在门禁系统中刷卡 跟踪训练2（多选）图甲为无线磁力搅拌杯，其工作原理如图乙所示，杯体底部安装通电线圈，相关电路控制线圈电流从而产生一个逆时针旋转的磁场（俯视图），杯内中心放置一搅拌金属粒，在旋转磁场作用下金属粒也产生旋转，从而达到搅拌杯内溶液的效果。通电搅拌时，以下说法正确的是（　　） A．金属粒中会产生感应电流 B．金属粒内不会产生焦耳热 C．金属粒旋转方向与磁场旋转方向相反 D．加大磁场旋转速度，则金属粒旋转速度也加大 题型3 电磁阻尼 1、电磁阻尼的定义：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的运动的现象。 2、电磁阻尼的原理：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用。 3、能量转化：导体克服安培力做功，其他形式能转化为电能，最终转化为内能。 4、应用：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数。由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼，以使线圈迅速稳定在所示值的位置。电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的。 【探究归纳】电磁阻尼是导体在磁场中运动时，感应电流受安培力作用，安培力方向阻碍导体相对磁场运动的现象。 某电磁缓冲装置的结构简图如图所示，该装置总质量为5kg，线圈和其所连设备质量为2.5kg，线圈到磁铁底端的距离为，线圈所在处辐向磁场磁感应强度大小恒为，单匝线圈电阻，半径。某次测试时该装置以1m/s的速度在水平面上运动，某时刻磁铁底端与竖直挡板发生弹性碰撞（时间极短），不计一切摩擦，若线圈相对磁铁运动过程恰能不与磁铁底部接触，则线圈匝数大概为（ ） A．125 B．255 C．510 D．725 【典例3-2】（多选）如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，以下说法不正确的是（       ） A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 C．若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 【典例3-3】一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动。当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动。 (1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？ (2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度什么关系？ 跟踪训练1如图所示，用绝缘轻质细线将一个金属圆环悬于O点，水平虚线以下存在垂直纸面向外的匀强磁场。将金属圆环从图中所示的位置由静止释放，圆环在摆动过程中始终与磁场垂直，忽略空气阻力，则金属圆环（　　） A．进入磁场的过程中产生逆时针方向的电流 B．第一次刚要进入和完全离开磁场时，速度大小相等 C．摆动幅度逐渐减小，最终停止在最低点 D．摆动幅度先逐渐减小，后保持不变 跟踪训练2（多选）2024年9月，高达632米的上海中心大厦在图甲所示的“上海慧眼”阻尼器的作用下，抵挡住超级台风的影响。图乙为阻尼器的简化示意图，重达1000吨的质量块由吊索悬挂，质量块下方圆盘状的永磁体与楼体导体地板正对。在大厦受到风力作用摇晃时，质量块发生受迫振动，能够使大厦减振减摆。下列说法正确的是（　　） A．质量块的摆动方向总与大厦摇晃方向相同 B．质量块摆动的频率等于大厦摇晃的频率 C．质量块随大厦摇晃时，在质量块内产生涡流 D．质量块下方正对的地板必须是导体，才能实现减振 跟踪训练3(1)如图甲所示，将磁体在同一高度释放，下端放有闭合线圈的那块磁体很快停止振动，而另一个磁体能振动较长时间，如何解释这个现象？ (2)如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁体时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么力？ 题型4 电磁驱动 1、电磁驱动的定义：磁场相对于导体转动时，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，使导体运动起来。 2、电磁驱动的原理：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，导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动。 3、电磁驱动的能量转化：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，而对外做功。 4、电磁驱动的应用：交流感应电动机。 ★特别提醒 电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，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。 5、电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的 效果 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力方向与导体运动方向相同，为动力 能量 转化 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 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 共同点 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动 【探究归纳】电磁驱动是磁场相对导体运动时，导体中产生感应电流，电流受安培力推动导体随磁场同向运动的现象。 【典例4-1】电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被视为将带来交通工具大革命。在日常生活中，摩托车和汽车上装有的磁性转速表就是利用了电磁驱动原理。如图所示是磁性转速表及其原理图，永久磁铁随车轮系统的转轴转动，铝盘固定在指针轴上，与永久磁铁不固定。关于磁性式转速表的电磁驱动原理，下列说法正确的是（    ） A．铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动 B．永久磁体随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力而转动 C．铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反 D．由于铝盘和永久磁体被同转轴带动，所以两者转动是完全同步的 【典例4-2】（多选）飞机在航母上弹射起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动的原理如图所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈附近的金属环会被弹射出去。现在固定线圈左侧的同一位置，先后放置两个分别由铜和铝制成的闭合金属环。已知两环横截面积相等，形状、大小相同，且电阻率，合上开关S瞬间（　　） A．铜环受到的安培力等于铝环受到的安培力 B．若将铜环放置在线圈右方，环将向右运动 C．从左侧看，环中感应电流的方向沿顺时针方向 D．电池正负极调换后，金属环不能向左弹射 跟踪训练1如图所示，截去一半的塑料瓶周围贴上三块强磁铁，用木棍从内部撑起塑料瓶，它的两边有用木棍支撑起倒立的铝质的易拉罐，当从上往下看顺时针转动中间的塑料瓶时，那么两边的易拉罐转动情况是（　　） A．两边的易拉罐不动 B．两边的易拉罐都是逆时针转动 C．两边的易拉罐都是顺时针转动 D．稳定时，易拉罐转动的角速度等于塑料瓶转动的角速度 跟踪训练2（多选）如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。从上向下看，若磁铁逆时针转动，则（　　） A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C．线圈转动时将产生感应电流 D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda 【能力培优练】 1．涡流探伤是工业探测金属表面层内部是否存在缺陷的一种技术，其原理如图示，载流线圈可使物件内产生涡电流，据涡电流的变化，可获得物件内部是否存在缺陷及缺陷的位置。某次探伤，若线圈中通以如图示方向的电流时，物件内产生逆时针方向的涡电流（从上往下看），则此时载流线圈中的电流（　　） A．保持不变 B．正在减小 C．正在增大 D．无法确定 2．我国空间站的机械臂在捕获人造金属探测器时，为了使其在真空环境中迅速无接触减速，机械臂内部设计磁系统。当探测器靠近机械臂时，探测器切割磁感线产生电流，从而实现减速。这一现象属于（　　） A．静电感应现象 B．电流磁效应 C．电磁阻尼现象 D．电磁驱动现象 3．电磁炉（如图所示）的炉盘下有一组线圈，电磁炉工作时，炉盘上的铁锅会发热，为使铁锅迅速发热，线圈应接怎样的电源（　　） A．直流高压 B．直流低压 C．迅速变化的电流 D．缓慢变化的电流 4．法拉第发现电磁感应现象，不仅推动了电磁理论的发展，还推动了电磁技术的进步，引领人类进入了电气时代。下列哪一个器件工作时利用了电磁感应现象（　　） A．指南针 B．电磁炉 C．速度选择器 D．回旋加速器 5．关于以下四幅图说法正确的是（　　） A．图甲，将开关断开时，灯泡A立刻熄灭 B．图乙，断开开关S后，弹簧K不会立刻将衔铁D拉起而断电 C．图丙，真空冶炼炉接高频交流电源后能在炉体内产生涡流发热加热金属使金属熔化 D．图丁，毫安表的表头运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，利用了电磁驱动原理 6．法拉第和麦克斯韦分别用电场线来描述静电场和感生电场。关于电场线，下列说法正确的是（　　） A．静电场的电场线可以平行不等间距 B．静电场的电场线方向是由高电势指向低电势 C．感生电场的电场线是不闭合的 D．感生电场的电场线越密的地方，感生电场强度越小 7．如图甲为利用电磁驱动原理制作的交流感应电动机。三个线圈连接到三相电源上，电流形成的磁场可等效为以角速度ω0转动的辐向磁场。边长为l、总电阻为R的单匝正方形线框ABCD可绕其中心轴OO′旋转，图乙为这种驱动装置的俯视图，线框的两条边AB、CD所处位置的磁感应强度大小均为B。当线框由静止开始转动时，AB、CD两条边受到的阻力均为Ff=kv，其中比例系数，v为AB、CD两条边的线速度大小。不计其他阻力。则当线框达到稳定转动时（　　） A．线框的转动方向与辐向磁场的转动方向相反 B．线框的角速度大小为 C．线框的感应电动势大小为 D．线框AB边所受安培力大小为 8．如图所示，足够长铝管竖直放置在水平桌面上，把一小磁体从铝管上端管口放入，小磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。小磁体在铝管内下落的过程中（　　） A．小磁体受合外力一直向下 B．小磁体做自由落体运动 C．铝管对桌面的压力大于铝管的重力 D．小磁体动能的增加量大于重力势能的减少量 9．（多选）法拉第发现电磁感应现象，不仅推动了电磁理论的发展，而且推动了电磁技术的发展，引领人类进入了电气时代，下列哪一个器件工作时利用了电磁感应现象（　　） A．回旋加速器 B．电磁炉 C．金属探测仪 D．指南针 10．（多选）如图所示，让一铝制圆盘靠近U形磁铁的两级，但不接触，且磁铁的中心轴线与圆盘的中心在同一竖直线上．现让磁铁按照图示的方向转动，则下列说法正确的是 （    ） A．磁铁不能吸引铝，因此圆盘不会随磁铁转动而转动 B．圆盘跟随磁铁转动的原因是内部产生的涡流引起的 C．磁铁停止转动后，由于电磁阻尼作用圆盘很快也会停止转动 D．磁铁转动时，圆盘内磁通量并未发生了变化，因此圆盘不会随磁铁转动而转动 11．（多选）如图所示，右端为N极的磁铁置于光滑水平桌面上并与轻质弹簧相连，弹簧另一端固定在竖直墙面上，当弹簧处于原长时，磁铁的中心恰好是接有一盏小灯泡的竖直固定线圈的圆心，用力将磁铁向右拉到某一位置后释放，磁铁穿过线圈来回振动，有关这个振动过程，以下说法正确的是（　　） A．磁铁接近线圈时，线圈对磁铁产生排斥力 B．线圈中的电流方向发生变化 C．灯泡的亮暗不会发生变化 D．由于桌面光滑，所以磁铁振动的幅度不变 12．（多选）1820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．圆盘转动时，可看成沿半径方向的金属条切割磁感线，从而在圆心和边缘之间产生了感应电动势 B．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 C．圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动 D．圆盘中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 13．在现代家庭的厨房中，电磁炉（如图所示）是人们非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点。你知道电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是什么吗？ 【链接高考】 1．（2025·河南·高考真题）如图，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（　　） A． B． C． D． 2．（2024·湖北·高考真题）《梦溪笔谈》中记录了一次罕见的雷击事件：房屋被雷击后，屋内的银饰、宝刀等金属熔化了，但是漆器、刀鞘等非金属却完好（原文为：有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然）。导致金属熔化而非金属完好的原因可能为（　　） A．摩擦 B．声波 C．涡流 D．光照 3．（2023·全国乙卷·高考真题）一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（　　）       A．图（c）是用玻璃管获得的图像 B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动 C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短 4．（2023·全国甲卷·高考真题）（多选）一有机玻璃管竖直放在水平地面上，管上有漆包线绕成的线圈，线圈的两端与电流传感器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布，下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离。如图（a）所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图（b）所示。则（    ）      A．小磁体在玻璃管内下降速度越来越快 B．下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次 C．下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D．与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大 5．（2025·广东·高考真题）科技小组制作的涡流制动演示装置由电磁铁和圆盘控制部分组成。 图（a）是电磁铁磁感应强度的测量电路。所用器材有：电源E（电动势15V，内阻不计）；电流表A（量程有0.6A和3A，内阻不计）；滑动变阻器RP（最大阻值100Ω）；定值电阻R0（阻值10Ω）；开关S；磁传感器和测试仪；电磁铁（线圈电阻16Ω）；导线若干。图（b）是实物图，图中电机和底座相固定，圆形铝盘和电机转轴相固定。 请完成下列实验操作和计算。 (1)量程选择和电路连接。 ①由器材参数可得电路中的最大电流为 A（结果保留2位有效数字），为减小测量误差，电流表的量程选择0.6A挡。 ②图（b）中已正确连接了部分电路，请在虚线框中完成RP、R0和A间的实物图连线 。 (2)磁感应强度B和电流I关系测量。 ①将图（a）中的磁传感器置于电磁铁中心，滑动变阻器RP的滑片P置于b端。置于b端目的是使电路中的电流 ，保护电路安全。 ②将滑片P缓慢滑到某一位置，闭合S。此时A的示数如图所示，读数为 A。分别记录测试仪示数B和I，断开S。 ③保持磁传感器位置不变，重复步骤②。 ④下图是根据部分实验数据描绘的B−I图线，其斜率为 mT/A（结果保留2位有效数字）。 （3）制动时间t测量。 利用图（b）所示装置测量了t，结果表明B越大，t越小。 / 学科网（北京）股份有限公司 $