2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 讲义-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

本高中物理讲义聚焦涡流、电磁阻尼和电磁驱动核心知识点，从电磁感应现象中的感生电场切入，系统梳理涡流的产生条件及应用，进而对比电磁阻尼与电磁驱动的原理差异，构建从基础概念到实际应用的递进式学习支架。 资料通过典例与变式题结合的设计，强化科学思维中的模型建构与科学推理，如感生电场相关题目引导学生分析场的性质，电磁阻尼与驱动的对比表格培养科学论证能力。课中助力教师引导学生深度理解，课后随堂检测帮助学生查漏补缺，巩固物理观念。

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（知识解读）（解析版） •知识点1 电磁感应现象中的感生电场 •知识点2 涡流 •知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 •作业 随堂检测 知识点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：由感生电场产生的电动势叫感生电动势。 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。 注意：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。 【典例1】麦克斯韦从场的观点出发，认为变化的磁场会激发感生电场。如图甲所示，半径为r的绝缘光滑真空管道（内径远小于半径r）固定在水平面上，管内有一质量为m、带电量为的小球，直径略小于管道内径。真空管处在匀强磁场中，磁感应强度B随时间变化如图乙所示，规定竖直向上为正方向。时刻无初速释放小球。下列说法正确的是（　　） A．俯视真空管道，感生电场的方向是逆时针 B．感生电场对小球的作用力大小为 C．小球绕环一周，感生电场做功为 D．时刻管道对小球的作用力大小 【答案】C 【详解】A．根据楞次定律判断，感生电场为顺时针，故A项错误； B．由法拉第电磁感应定律可得 由于 面积公式为 整理有 由题图可知，有 产生的感生电场强度为E，由于 整理有 感生电场对小球的作用力 故B项错误； C．小球绕一圈电场力做功 故C项正确； D．小球在感生电场中的加速度 时刻小球的速度 在水平方向上由 解得 所以管道对小球的作用力的大小为 故D项错误。 故选C。 【变式1-1】英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场，如图所示，一个半径为r的绝缘光滑细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一带电荷量为的小球，已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，则小球在环上运动一周动能的增加量是（　　） A．0 B． C． D． 【答案】D 【详解】根据法拉第电磁感应定律可知感生电场的电动势 小球在环上运动一周感生电场对小球的作用力所做功的大小是 即小球在环上运动一周动能的增加量。 故选D。 【变式1-2】（多选）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。电子感应加速器主要由上、下为电磁铁的两个磁极和环形真空室组成。当电磁铁线圈通以变化的电流时，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生电场，电子在感生电场的作用下得到加速。如图所示（上部分为侧视图，下部分为真空室的俯视图），若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁线圈通有图中所示的电流时（　　） A．若线圈中电流增大，初始状态静止的电子在轨道上逆时针运动 B．若电子沿逆时针方向运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 C．若电子沿逆时针方向运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速 D．电子被加速时做圆周运动的周期不变 【答案】AB 【详解】AB．当线圈中的电流增大时，磁场增强，根据楞次定律，感生电场产生的磁场要阻碍它增强，所以感生电场为顺时针方向，所以初始状态静止的电子沿逆时针方向运动，在电场力作用下加速运动，故AB正确； CD．当电流减小时，磁场减弱，根据楞次定律，可知感生电场的方向为逆时针方向，电子将沿逆时针方向做减速运动。在电子被加速的过程中，由于磁场的变化，导致电子做圆周运动的周期变化，故CD错误。 故选AB。 【变式1-3】（多选）关于电磁感应现象中的感生电场，下列说法正确的是（　　） A．感生电场不同于静电场，其电场线是闭合曲线 B．由感生电场产生的感生电动势的表达式为 C．感生电场产生感生电动势中的非静电力是洛伦兹力 D．感生电动势对应的非静电力对自由电荷不做功 【答案】AB 【详解】A．根据麦克斯韦理论认为：感生电动势产生的原因是变化的磁场周围会产生封闭的感生电场，A正确； B．根据法拉第电磁感应定律，则感生电场产生的感生电动势的表达式为 B正确； C．感生电场产生感生电动势中的非静电力是洛伦兹力一个分力，C错误； D．感生电动势对应的非静电力对自由电荷做功，D错误。 故选AB。 知识点2 涡流 1、涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，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(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。 注意：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。 【典例2】对于下列教材中所列的和生活中的实例，说法正确的是（　　） A．图甲在门禁系统中刷卡，利用了电流的磁效应原理 B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属产生涡流发热，从而冶炼金属 C．图丙电路将开关断开时，灯泡A中的电流由a指向b，一定闪亮一下后再熄灭 D．摇动图丁中的手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会以相同的角速度同向转动 【答案】B 【详解】A．在门禁系统中刷卡利用了电磁感应原理，故A错误； B．当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属产生涡流发热，从而冶炼金属，故B正确； C．灯泡A中的电流由指向，当线圈的直流电阻和灯泡电阻满足时，开关断开，灯泡A闪亮一下后再熄灭，故C错误； D．摇动图中的手柄使得蹄形磁铁转动，导致穿过铝框的磁通量发生变化，铝框产生感应电流，根据楞次定律可知，蹄形磁铁的磁场对感应电流的安培力使得铝框以小于蹄形磁铁转动的角速度同向转动，故D错误。 故选B。 【变式2-1】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．小磁体做自由落体动 B．小磁体的加速度可能大于重力加速度 C．小磁体动能的增加量小于重力势能的减少量 D．铝管对桌面的压力小于铝管的重力 【答案】C 【详解】AB．磁体在铝管中运动的过程中，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，加速度向下，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A、B错误； C．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，部分转化为动能外，还要产生内能，故机械能不守恒，则磁体动能的增加量小于重力势能的减少量，故C正确； D．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中受到向下的磁场力，所以铝管对桌面的压力大于铝管的重力，D错误。 故选C。 【变式2-2】（多选）关于以下四幅课本上的插图，下列说法正确的是（　　） A．如图甲，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后弹簧上下振动 B．图乙是速度选择器示意图，带电粒子能够从N向M沿直线匀速通过 C．图丙是真空冶炼炉，耐火材料制成的冶炼锅外的线圈通入高频交流电时，被冶炼的金属内部产生很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化 D．图丁中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动 【答案】ACD 【详解】A．当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场，根据安培定则知，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，各圈导线之间失去了相互吸引力，弹簧又恢复原长，使得弹簧下端又与水银接触，弹簧中又有了电流，开始重复上述过程，弹簧上下振动，故A正确； B．图乙中假设粒子带正电，从N向M运动，电场力的方向向下，洛伦兹力方向也向下，无法平衡，则不能做匀速直线运动，故B错误； C．图丙是真空冶炼炉，耐火材料制成的冶炼锅外的线圈通入高频交流电时，被冶炼的金属内部产生很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化，故C正确； D．根据电磁驱动原理，图丁中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，磁铁比铝框转得快，故D正确。 故选ACD。 【变式2-3】涡流 （1）涡流：当线圈中的___________随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作___________，简称___________。 （2）金属块中的涡流会产生___________，利用涡流产生的___________可以冶炼金属。 【答案】 电流 涡电流 涡流 热量 热量 知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 1、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，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 2、电磁驱动：若磁场相对于导体转动，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，这种作用常常称为电磁驱动。 3、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 注意：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。 【典例3】磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，比靠摩擦力刹车更稳定。如图为该新型装置的原理图（从后面朝前看），过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时，铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。下列说法正确的是（　　） A．磁力刹车属于电磁驱动现象 B．磁力刹车的过程中电能转化为动能 C．磁力刹车过程需要给车通入合适的电流 D．过山车的速度越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大 【答案】D 【详解】A．磁力刹车过程会产生涡流，属于电磁感应现象，不属于电磁驱动现象，故A错误； BC．磁力刹车的过程中，铜片穿过磁铁时产生涡流，在磁场中受到安培力作用，阻碍过山车的运动，故磁力刹车的过程中动能转化为电能，最终转化成内能，故BC错误； D．过山车的速度越大，铜片穿过磁铁时产生涡流越大，在磁场中受到安培力越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大，故D正确。 故选D。 【变式3-1】甲、乙、丙原为三个相同的铝管，甲、乙两管的侧壁分别开有图示的横槽和竖槽，丙管未开槽，将一个磁性小球分别由甲、乙、丙上端管口处静止释放，对小球穿过三个铝管的时间进行比较，结果为（　　） A．甲最短 B．乙最短 C．丙最短 D．三者相同 【答案】B 【详解】铝管穿过强磁铁过程中，磁通量发生变化，产生感应电流，而感应电流在磁场中受安培力阻碍铝管的运动，也可以根据楞次定律来拒去留的特点可知丙管受到的阻力最大，时间最长； 而甲管是水平开槽，乙管是竖直开槽，由于感应电流是水平环形电流，所以开槽部分相当于断路，即竖直方向开槽以外的部分才有感应电流，这样乙管有效宽度最窄，感应电流最小，阻力最小，下落最快，故乙管下落时间最短。 故选B。 【变式3-2】（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。 【变式3-3】半圆形光滑曲面固定在竖直平面内，如图所示，最低点位于坐标原点处，下半部处在一个水平方向的垂直纸面向里匀强磁场中，磁场的上边界是y=a的直线（图中的虚线所示），一小金属块从圆弧顶端处以某一初速度沿圆轨道下滑。以x轴所在平面为重力势能零点，不计空气阻力，小金属块___________（填“可能”或“一定”）会从另外一侧飞出轨道；最终小金属块___________（填“静止在圆弧底端”或“在y=a以下来回摆动”）。 【答案】 可能 在y=a以下来回摆动 【详解】开始时金属块在进出磁场的过程中有电磁阻尼，能量有损耗，大小不确定，所以小金属块会不会飞出轨道不确定，但在另一侧上升的高度一定变小，若干次来回摆动后，当金属块到达y=a以下时不再有机械能的损耗，最终小金属块在y=a以下来回摆动，机械能守恒。 1．以下说法正确的是（　　） A．高温物体辐射电磁波，低温物体不辐射电磁波 B．实验表明，两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变 C．探测地雷的探雷器是利用超声波工作的 D．奥斯特把磁针放在通电导线的延长线上，发现了电流的磁效应 【答案】B 【详解】A．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，低温物体同样会辐射电磁波，只是辐射的电磁波强度较低，故A错误； B．根据库仑定律，两个点电荷之间的作用力只与它们的电荷量和距离有关，与第三个点电荷是否存在无关，故B正确； C．探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，故C错误； D．奥斯特把通电导线放在磁针的上方，发现了电流的磁效应，故D错误。 故选B。 2．关于下面四幅图涉及的物理知识，下列说法正确的是（   ） A．图甲中磁铁若不动，开关S闭合瞬间，电流计指针发生偏转 B．图乙中动圈式扬声器发声时，其工作原理是电磁感应 C．图丙中摇动手柄使磁铁旋转，铝框也会跟着转动的现象叫电磁阻尼 D．图丁中家用电磁炉加热食物是利用涡流工作的 【答案】D 【详解】A．图甲中磁铁不动，开关S闭合瞬间，穿过线圈的磁通量不变，电流计指针不发生偏转，A错误； B．图乙中动圈式扬声器发声时，其工作原理是通电线圈在磁场中受力，不是电磁感应，B错误； C．图丙中摇动手柄使磁铁旋转，铝框也会跟着转动的现象叫电磁驱动，C错误； D．图丁中家用电磁炉加热食物是利用交变电流产生变化的磁场，变化的磁场在锅壁内产生涡流发热，从而加热食物，D正确。 故选D。 3．有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把U形磁铁放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，则铜盘（　　） A．不受影响，和原先一样转动 B．很快停下来 C．比原先需要更长时间停下来 D．比原先更快地转动 【答案】B 【详解】当铜盘转动时，切割磁感线，产生感应电动势，由于电路闭合，则出现感应电流，处于磁场中受到安培力作用，此力阻碍铜盘转动，使铜盘很快停下来。 故选B。 4．下列关于电磁感应现象的说法中，正确的是（  ） A．铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力是由于磁铁对铜片的吸引 B．搬运电流表时将正负接线柱用导线连接可以避免指针剧烈晃动而损坏 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．摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会和磁铁同向转动且转得比磁铁快 【答案】B 【详解】A．铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力，是因为铜片在磁场中运动时产生了涡流，涡流受到磁场的安培力阻碍铜片的运动，并非是磁铁对铜片的吸引，故A错误； B．搬运电流表时将正负接线柱用导线连接，电流表内部会形成闭合回路，当指针晃动时会因电磁感应产生感应电流，感应电流的安培力会阻碍指针的晃动，可以避免指针剧烈晃动而损坏，故B正确； C．真空冶炼炉接高频交流电源后能在金属中产生涡流，金属中产生大量热量，从而使金属熔化，故C错误； D．摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会因电磁感应产生感应电流，感应电流受到磁场力作用会和磁铁同向转动，但根据楞次定律，铝框转得比磁铁慢，故D错误。 故选B。 5．如图1所示。一个可以自由转动的铝框放在U形磁铁的两个磁极间，铝框和磁铁均静止，其截面图如图2所示。转动磁铁，下列说法正确的是（　　） A．铝框与磁铁的转动方向相同，阻碍磁通量的变化 B．铝框与磁铁转动方向一致，转速相同 C．磁铁从图2位置开始转动时，铝框截面感应电流的方向为 D．磁铁停止转动后，如果没有空气阻力和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动 【答案】A 【详解】AB．磁铁转动的过程中通过铝框截面的磁通量发生变化，因此在铝框内产生感应电流，根据楞次定律可知铝框受到安培力作用，导致铝框转动，阻碍磁通量的变化，铝框与磁铁转动方向相同，但不能阻止故快慢不相同，铝框的转速一定比磁铁的转速小，故A正确，B错误； C．磁铁从图乙位置开始转动时，导致通过铝框截面的磁通量增加，根据楞次定律可知感应电流方向为a→b→c→d→a，故C错误； D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，由于铝框转动的过程中仍然能产生感应电流，所以铝笼会受到反方向安培力作用逐渐减速直到停止运动，故D错误。 故选 A。 6．以下四幅图片：图甲中闭合线圈平面垂直于磁场，线圈在磁场中旋转；图乙是真空冶炼炉；图丙是在匀强磁场内运动的闭合线框；图丁是匀速转动的法拉第圆盘发电机。下列说法正确的是（　　） A．图甲中，线圈在磁场中旋转会产生感应电流 B．图乙中，真空冶炼炉是利用交流电直接来熔化金属的装置 C．图丙中，线框bc两点电势差等于ac两点电势差 D．图丁中，法拉第圆盘发电机产生的是交变电流 【答案】C 【详解】A．图甲中，线圈旋转时通过线圈的磁通量是不变的，不会产生感应电流，故A错误； B．图乙中，冶炼炉在交流电的作用下产生涡流效应来发热，从而熔化金属，故B错误； C．图丙中，通过旋转切割磁感线使导线两端产生电势差，由于回路中的磁通量一直为0，不会产生感应电流。其中ac边转动切割磁感线的有效长度与bc边长度相同，故产生的电势差也相同，故C正确； D．图丁中，法拉第圆盘切割磁感线产生的感应电动势大小为 电动势大小恒定，不是交变电流，故D错误。 故选C。 7．电磁感应在生产生活中有广泛的应用，如工业生产中使用的高频感应炉、金属探测器等。如图所示是电磁炉的原理图，下列关于电磁炉说法正确的是（　　） A．电磁炉可加热玻璃器皿 B．电磁炉的锅体需选用铁、不锈钢等导磁金属材质 C．电磁炉是通过线圈电流的热效应直接加热锅体的 D．电磁炉工作时，线圈中的恒定电流能产生涡流实现加热 【答案】B 【详解】A．玻璃是绝缘体，无法产生涡流，故A错误； B．铁、不锈钢等导磁金属能在交变磁场中产生涡流，利用涡流的热效应实现加热，是电磁炉锅体的合适材质，故B正确； C．电磁炉是利用电磁感应产生的涡流热效应加热，并非线圈电流的热效应，二者原理不同，故C错误； D．恒定电流产生的是恒定磁场，无法使锅体中产生感应电动势和涡流，只有变化的电流才可以，故D错误。 故选B。 8．1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“阿拉果圆盘实验”，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．因为穿过圆盘的磁通量不变，圆盘上没有感应电流 B．穿过整个圆盘的磁通量发生了变化从而产生沿圆盘边缘的环形电流 C．圆盘内局部面积的磁通量变化产生感应电流，从而产生磁场导致磁针转动 D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了环形电流，此电流产生的磁场导致磁针转动 【答案】C 【详解】A．穿过圆盘的磁通量不变，但是圆盘局部面积的磁通量发生变化，所以在圆盘上有不同的感应电流，从而产生涡流，所以A错误； B．穿过整个圆盘的磁通量没有发生了变化，所以沿圆盘边缘没有产生环形电流，所以B错误； C．圆盘内局部面积的磁通量变化产生感应电流，从而产生磁场导致磁针转动，所以C正确； D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了环形电流而产生的磁场，由安培定则可判断出磁场的方向在中心方向竖直向下，其它位置关于中心对称，则此电流产生的磁场不会导致磁针转动，所以D错误； 故选C。 9．（多选）根据所学知识判断下列哪些是对涡流的应用（　　） A．电磁炉 B．微波炉 C．冶炼金属的感应炉 D．变压器的硅钢片铁芯 【答案】AC 【详解】A．电磁炉是利用涡流的热效应工作的，故A正确； B．微波炉的工作原理可知，利用微波使水分子产生高频率震动，并摩擦，产生大量的热量，达到运动式加热或烹饪食物的目的，故B错误； C．冶炼金属的感应炉，是利用在金属中产生涡流，产生大量热量达到冶炼金属的目的，故C正确； D．变压器的硅钢片铁芯是为了减小涡流，故D错误。 故选AC。 10．（多选）如图所示，铜板放在绝缘地面上，铜板的正上方悬挂着用绝缘材料制成的轻弹簧，劲度系数为k，弹簧下端吊着质量为m的条形磁铁。重力加速度为g．当弹簧处于原长时，由静止释放条形磁铁，弹簧的形变在弹性限度内。不计空气阻力，则（    ） A．条形磁铁再次上升到最高点时，弹簧仍处于原长 B．条形磁铁向下运动过程中，弹簧向上的拉力等于条形磁铁的重力时条形磁铁速度最大 C．在条形磁铁向下加速运动的过程中，条形磁铁减小的重力势能大于磁铁增加的动能与弹簧增加的弹性势能的和 D．当条形磁铁最后静止时，弹簧向上的拉力等于条形磁铁的重力 【答案】CD 【详解】A．由于条形磁铁振动过程中，铜板中会产生涡流，产生热量，因此条形磁铁和弹簧组成的系统机械能会减小，因此再次上升到最高点，弹簧一定不在原长处，在原长处下方，故A错误； B．磁铁向下运动过程中，弹簧向上的拉力与铜板中感应电流磁场对磁铁向上的磁场力之和等于磁铁重力时速度最大，故B错误； C．当条形磁铁向下加速运动时，条形磁铁减小的重力势能等于磁铁增加的动能、弹簧增加的弹性势能及铜板中产生的内能之和，故C正确； D．条形磁铁静止后，铜板中没有涡流产生，磁铁的重力和弹簧的弹力平衡，故D正确。 故选CD。 11．（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同 D．加大磁场旋转速度，则金属粒旋转速度也加大 【答案】ACD 【详解】AB．根据电磁感应原理，当金属粒处于变化的磁场中时，磁通量发生变化，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，根据楞次定律：感应电流磁场阻碍导体与磁场间相对运动，可知金属粒旋转方向与磁场旋转方向一致，故C正确； D．当加快磁场旋转速度时，由于感应电流增大、安培力和力矩增大，金属粒也会加快旋转，故D正确。 故选ACD。 12．（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。 13．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱。接上导线后，表内线圈_________（选填“受到”或“不受”）安培力的作用；未接导线时，表内线圈_________（选填“产生”或“不产生”）感应电动势。 【答案】 受到 产生 【详解】[1][2]接上导线后，根据楞次定律，表内线圈受到安培力产生阻尼作用，而使表针晃动减弱；未接导线时，表针晃动过程中表内线圈都切割磁感线，都会产生感应电动势。 14．如图所示，某同学将一根长铜管静置于灵敏电子秤上，此时电子秤示数为。将一个直径略小于管内径的磁性小球，从铜管上端由静止释放，下落过程小球与管内壁无接触，在其落到铜管底部前，观察到电子秤的示数从开始逐渐增大到某一数值后保持不变，回答以下问题： (1)若将磁性小球换成大小相同的小铁球，从铜管上端由静止释放，在其落到铜管底部前，电子秤的示数变化情况如何？ (2)请分析电子秤的示数从开始逐渐增大的原因，以及到某一数值后保持不变的原因。 (3)试分析磁性小球在铜管内下落过程中的能量转化关系。 【详解】（1）小铁球落到铜管底部前，电子秤示数始终为（或“始终不变”）。 （2）磁性小球在下落过程中，铜管的磁通量发生改变，产生感应电流（涡流），钢管受到向下的安培力，磁性小球受到向上的安培力，刚开始运动速度较小，安培力小于重力，小球加速，安培力增大，电子秤示数增大；当安培力与重力平衡时，小球将保持匀速，此时安培力大小不变，电子秤示数不变。 （3）小球的重力势能转化为小球的动能以及电能，电能最终转化为系统的内能，或“小球的一部分机械能转化成电能，电能最终转化为系统的内能。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（知识解读）（原卷版） •知识点1 电磁感应现象中的感生电场 •知识点2 涡流 •知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 •作业 随堂检测 知识点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：由感生电场产生的电动势叫感生电动势。 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。 注意：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。 【典例1】麦克斯韦从场的观点出发，认为变化的磁场会激发感生电场。如图甲所示，半径为r的绝缘光滑真空管道（内径远小于半径r）固定在水平面上，管内有一质量为m、带电量为的小球，直径略小于管道内径。真空管处在匀强磁场中，磁感应强度B随时间变化如图乙所示，规定竖直向上为正方向。时刻无初速释放小球。下列说法正确的是（　　） A．俯视真空管道，感生电场的方向是逆时针 B．感生电场对小球的作用力大小为 C．小球绕环一周，感生电场做功为 D．时刻管道对小球的作用力大小 【变式1-1】英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场，如图所示，一个半径为r的绝缘光滑细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一带电荷量为的小球，已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，则小球在环上运动一周动能的增加量是（　　） A．0 B． C． D． 【变式1-2】（多选）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。电子感应加速器主要由上、下为电磁铁的两个磁极和环形真空室组成。当电磁铁线圈通以变化的电流时，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生电场，电子在感生电场的作用下得到加速。如图所示（上部分为侧视图，下部分为真空室的俯视图），若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁线圈通有图中所示的电流时（　　） A．若线圈中电流增大，初始状态静止的电子在轨道上逆时针运动 B．若电子沿逆时针方向运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 C．若电子沿逆时针方向运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速 D．电子被加速时做圆周运动的周期不变 【变式1-3】（多选）关于电磁感应现象中的感生电场，下列说法正确的是（　　） A．感生电场不同于静电场，其电场线是闭合曲线 B．由感生电场产生的感生电动势的表达式为 C．感生电场产生感生电动势中的非静电力是洛伦兹力 D．感生电动势对应的非静电力对自由电荷不做功 知识点2 涡流 1、涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，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(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。 注意：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。 【典例2】对于下列教材中所列的和生活中的实例，说法正确的是（　　） A．图甲在门禁系统中刷卡，利用了电流的磁效应原理 B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属产生涡流发热，从而冶炼金属 C．图丙电路将开关断开时，灯泡A中的电流由a指向b，一定闪亮一下后再熄灭 D．摇动图丁中的手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会以相同的角速度同向转动 【变式2-1】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．小磁体做自由落体动 B．小磁体的加速度可能大于重力加速度 C．小磁体动能的增加量小于重力势能的减少量 D．铝管对桌面的压力小于铝管的重力 【变式2-2】（多选）关于以下四幅课本上的插图，下列说法正确的是（　　） A．如图甲，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后弹簧上下振动 B．图乙是速度选择器示意图，带电粒子能够从N向M沿直线匀速通过 C．图丙是真空冶炼炉，耐火材料制成的冶炼锅外的线圈通入高频交流电时，被冶炼的金属内部产生很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化 D．图丁中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动 【变式2-3】涡流 （1）涡流：当线圈中的___________随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作___________，简称___________。 （2）金属块中的涡流会产生___________，利用涡流产生的___________可以冶炼金属。 知识点3 电磁阻尼和电磁驱动 1、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，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 2、电磁驱动：若磁场相对于导体转动，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，这种作用常常称为电磁驱动。 3、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 注意：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。 【典例3】磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，比靠摩擦力刹车更稳定。如图为该新型装置的原理图（从后面朝前看），过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时，铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。下列说法正确的是（　　） A．磁力刹车属于电磁驱动现象 B．磁力刹车的过程中电能转化为动能 C．磁力刹车过程需要给车通入合适的电流 D．过山车的速度越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大 【变式3-1】甲、乙、丙原为三个相同的铝管，甲、乙两管的侧壁分别开有图示的横槽和竖槽，丙管未开槽，将一个磁性小球分别由甲、乙、丙上端管口处静止释放，对小球穿过三个铝管的时间进行比较，结果为（　　） A．甲最短 B．乙最短 C．丙最短 D．三者相同 【变式3-2】（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 【变式3-3】半圆形光滑曲面固定在竖直平面内，如图所示，最低点位于坐标原点处，下半部处在一个水平方向的垂直纸面向里匀强磁场中，磁场的上边界是y=a的直线（图中的虚线所示），一小金属块从圆弧顶端处以某一初速度沿圆轨道下滑。以x轴所在平面为重力势能零点，不计空气阻力，小金属块___________（填“可能”或“一定”）会从另外一侧飞出轨道；最终小金属块___________（填“静止在圆弧底端”或“在y=a以下来回摆动”）。 1．以下说法正确的是（　　） A．高温物体辐射电磁波，低温物体不辐射电磁波 B．实验表明，两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变 C．探测地雷的探雷器是利用超声波工作的 D．奥斯特把磁针放在通电导线的延长线上，发现了电流的磁效应 2．关于下面四幅图涉及的物理知识，下列说法正确的是（   ） A．图甲中磁铁若不动，开关S闭合瞬间，电流计指针发生偏转 B．图乙中动圈式扬声器发声时，其工作原理是电磁感应 C．图丙中摇动手柄使磁铁旋转，铝框也会跟着转动的现象叫电磁阻尼 D．图丁中家用电磁炉加热食物是利用涡流工作的 3．有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把U形磁铁放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，则铜盘（　　） A．不受影响，和原先一样转动 B．很快停下来 C．比原先需要更长时间停下来 D．比原先更快地转动 4．下列关于电磁感应现象的说法中，正确的是（  ） A．铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力是由于磁铁对铜片的吸引 B．搬运电流表时将正负接线柱用导线连接可以避免指针剧烈晃动而损坏 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．摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会和磁铁同向转动且转得比磁铁快 5．如图1所示。一个可以自由转动的铝框放在U形磁铁的两个磁极间，铝框和磁铁均静止，其截面图如图2所示。转动磁铁，下列说法正确的是（　　） A．铝框与磁铁的转动方向相同，阻碍磁通量的变化 B．铝框与磁铁转动方向一致，转速相同 C．磁铁从图2位置开始转动时，铝框截面感应电流的方向为 D．磁铁停止转动后，如果没有空气阻力和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动 6．以下四幅图片：图甲中闭合线圈平面垂直于磁场，线圈在磁场中旋转；图乙是真空冶炼炉；图丙是在匀强磁场内运动的闭合线框；图丁是匀速转动的法拉第圆盘发电机。下列说法正确的是（　　） A．图甲中，线圈在磁场中旋转会产生感应电流 B．图乙中，真空冶炼炉是利用交流电直接来熔化金属的装置 C．图丙中，线框bc两点电势差等于ac两点电势差 D．图丁中，法拉第圆盘发电机产生的是交变电流 7．电磁感应在生产生活中有广泛的应用，如工业生产中使用的高频感应炉、金属探测器等。如图所示是电磁炉的原理图，下列关于电磁炉说法正确的是（　　） A．电磁炉可加热玻璃器皿 B．电磁炉的锅体需选用铁、不锈钢等导磁金属材质 C．电磁炉是通过线圈电流的热效应直接加热锅体的 D．电磁炉工作时，线圈中的恒定电流能产生涡流实现加热 8．1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“阿拉果圆盘实验”，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．因为穿过圆盘的磁通量不变，圆盘上没有感应电流 B．穿过整个圆盘的磁通量发生了变化从而产生沿圆盘边缘的环形电流 C．圆盘内局部面积的磁通量变化产生感应电流，从而产生磁场导致磁针转动 D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了环形电流，此电流产生的磁场导致磁针转动 9．（多选）根据所学知识判断下列哪些是对涡流的应用（　　） A．电磁炉 B．微波炉 C．冶炼金属的感应炉 D．变压器的硅钢片铁芯 10．（多选）如图所示，铜板放在绝缘地面上，铜板的正上方悬挂着用绝缘材料制成的轻弹簧，劲度系数为k，弹簧下端吊着质量为m的条形磁铁。重力加速度为g．当弹簧处于原长时，由静止释放条形磁铁，弹簧的形变在弹性限度内。不计空气阻力，则（    ） A．条形磁铁再次上升到最高点时，弹簧仍处于原长 B．条形磁铁向下运动过程中，弹簧向上的拉力等于条形磁铁的重力时条形磁铁速度最大 C．在条形磁铁向下加速运动的过程中，条形磁铁减小的重力势能大于磁铁增加的动能与弹簧增加的弹性势能的和 D．当条形磁铁最后静止时，弹簧向上的拉力等于条形磁铁的重力 11．（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同 D．加大磁场旋转速度，则金属粒旋转速度也加大 12．（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 13．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱。接上导线后，表内线圈_________（选填“受到”或“不受”）安培力的作用；未接导线时，表内线圈_________（选填“产生”或“不产生”）感应电动势。 14．如图所示，某同学将一根长铜管静置于灵敏电子秤上，此时电子秤示数为。将一个直径略小于管内径的磁性小球，从铜管上端由静止释放，下落过程小球与管内壁无接触，在其落到铜管底部前，观察到电子秤的示数从开始逐渐增大到某一数值后保持不变，回答以下问题： (1)若将磁性小球换成大小相同的小铁球，从铜管上端由静止释放，在其落到铜管底部前，电子秤的示数变化情况如何？ (2)请分析电子秤的示数从开始逐渐增大的原因，以及到某一数值后保持不变的原因。 (3)试分析磁性小球在铜管内下落过程中的能量转化关系。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $