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

该高中物理学历案围绕“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”课题，设置感生电场认知、涡流原理及应用、电磁阻尼与驱动分析三大学习任务，通过温故知新填空、思考讨论、易错辨析及例题训练等支架，帮助学生掌握核心知识点。 资料特色在于结合电磁炉、金属探测器等生活实例，通过磁体下落、铝框转动等实验情境，引导学生运用楞次定律推理分析，培养科学思维与物理观念，学生自主思考与教师总结提升结合，有效提升解决实际问题的能力。

学部/学科 高二、物理 课题 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课时 第5课时/共1课时 课型 新授课 授课日期 上课时长 40分钟 授课班级 授课教师 学习目标 1.了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理。 2.理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用(重点)。 3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，了解其在生产和生活中的应用(重难点)。 评价任务 任务一指向学习目标1 任务二指向学习目标2 学习过程 学习活动一：温故知新（指向目标1） 1. 感生电场：（1）麦克斯韦认为_____的磁场能在周围空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场。感生电场的方向就是感应电流的方向，用楞次定律判断。 （2）由_________产生的电动势叫感生电动势。 （3）感生电场的应用--电子感应加速器 2. 电子感应加速器是利用_________使电子加速的设备，当线圈中_____的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 3. 感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E=nΔΦ/Δt计算。 思考与讨论 （1）如图所示，B增强时，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发生定向移动，而产生感应电流。 (2)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？ (3)在上述情况下，哪种力扮演了非静电力的角色？ 易错辨析 (1)只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场。(　　) (2)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用。(　　) 例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，图甲为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极；图乙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，改变电磁铁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.通入电磁铁线圈的电流在增强 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由静电力提供的 针对训练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 总结提升：闭合回路(假定其存在)的感应电流方向就表示感生电场的方向。判断思路如下： 学习活动二：涡流 1.涡流：当某线圈中的______随时间变化时，由于电磁感应，这个线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生__________，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 2.涡流的应用与防止 (1)应用：___________、_______、_______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_____做材料，或者用互相绝缘的______叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 思考与讨论 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？ 易错辨析 (1)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。(　　) (2)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。(　　) (3)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。(　　) (4)涡流有热效应，但没有磁效应。(　　) 例2 (多选)“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，它的工作原理是：在封口机工作时，套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过，致使靠近线圈(但与线圈绝缘)的铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在被封容器的瓶口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是（ ） 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，可适当减小所通电流的频率来解决 D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器 学习活动三：电磁阻尼和电磁驱动 (1)如图甲所示，将两条形磁体在同一高度释放，下方放有闭合线圈的磁体很快停止振动，而下方不放闭合线圈的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？ 梳理与总结 1.电磁阻尼 当_________________时，感应电流会使导体受到安培力作用，安培力总是_____导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 2.电磁驱动 (1)如果___________________，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到_______的作用，_______使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。 (2)交流感应电动机是利用________的原理工作的，把____转化成______。 某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。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且能很快停止。你能解释其中的原因吗？ 例3 (2023·北京市房山区高二期中)如图，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极之间。铝框可以绕支点自由转动，先使铝框和磁体静止，转动磁体，观察铝框的运动，可以观察到( ) A.铝框与磁体转动方向相反 B.铝框始终与磁体转动的一样快 C.铝框是因为受到安培力而转动的 D.当磁体停止转动后，如果没有空气阻力和摩擦阻力,铝框将保持匀速转动 例4(2024·云南师范大学附属中学高二期末)电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的减震悬架等。某车型的减震系统由两部分组成：一部分是机械弹簧主减震系统；另一部分是电磁辅助减震系统。装置示意图如图所示，强磁体固定在汽车底盘上，阻尼线圈固定在轮轴上，轮轴与底盘通过弹簧主减震系统相连，在震动过程中磁体可在线圈内上下移动。则（ ） A.对调磁体的磁极，电磁辅助减震系统就起不到减震效果 B.增多线圈匝数，不影响安培力的大小 C.只要产生震动，电磁辅助减震系统就能起到减震效果 D.震动过程中，线圈中有感应电流，且感应电流方向不变 总结提升   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 3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动课后作业 1.(多选)下列说法正确的是(　　) A.感生电场由变化的磁场产生 B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C.感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定 D.感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向 2.如图所示为著名物理学家费曼设计的一个实验装置：水平绝缘圆板可绕通过其中心的竖直光滑轴自由转动，圆盘边缘固定着若干金属小球，在圆盘的中部有一个导电线圈。在线圈接通电源的瞬间发现圆板发生了转动，则下列说法正确的是(　　) A.圆盘上的金属小球一定带正电 B.圆盘上的金属小球不带电 C.线圈接通电源的瞬间在圆盘上的金属小球所在处产生了电场 D.线圈接通电源的瞬间在圆盘上的金属小球所在处只产生了磁场 3.(2024·杭州外国语学校高二期末)考生入场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场。探测器内有通电线圈，当探测器靠近任何金属材料物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化，报警器就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器工作原理，下列说法正确的是(　　) A.探测器利用的是静电感应现象 B.探测器利用的是磁场对金属的吸引作用 C.探测器利用发射和接收电磁波进行工作的 D.当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化 4.如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的是（　　） A．提高交流电源的频率 B．将金属杯换为陶瓷杯 C．减少线圈的匝数 D．增大交流电的周期 5.(2023·南京市金陵中学高二期中)如图所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(　　) A.交流电的频率越高，焊缝处的电阻越大 B.交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 6.1824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．圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动 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．圆盘中的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 D．若圆盘可以绕中心轴自由转动，则转动小磁针，圆盘也会跟着转动 7.(2024·银川一中高二期末)物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴自由转动，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，以下说法正确的是(　　) A.法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电动势，无感应电流 B.阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动 C.阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘 D.法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现 8.(2023·北京市西城区高二期末)如图所示，一根长1 m左右的空心铝管竖直放置，把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。让磁体从管口处由静止下落，磁体在管内运动时，没有跟铝管内壁发生碰撞及摩擦。有关磁体在铝管中下落的过程，下列说法可能正确的是(　　) A.磁体做自由落体运动 B.磁体受到铝管中涡流的作用力方向先向上后向下 C.磁体受到的合力方向一直向下 D.磁体的机械能先增大后减小 9.(2023·无锡市高二期末)某研究小组制作了一仪表，发现指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难。在指针转轴上装上扇形铝板或扇形铝框，在合适区域加上磁场，可以解决此困难。下列方案合理的是(　　) 10.(2024·常州市高二期中)高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下：将磁体的N极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向里，铝盘随即减速，如图所示。图中磁体左方铝盘的甲区域(虚线区域)朝磁体方向运动，磁体右方铝盘的乙区域(虚线区域)朝离开磁体方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是(　　) A.铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场 B.铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场 C.磁体与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速 D.若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁体对空洞铝盘的作用力变大 11.（选练）(多选)(2023·天津市第四十二中学高二期末)如图甲所示，一半径为r的光滑绝缘细圆管固定在水平面上，一质量为m、电荷量为q的带负电小球在细圆管中运动。垂直细圆管平面存在方向竖直向上的匀强磁场，其磁感应强度大小随时间的变化规律如图乙所示(取竖直向上为正，图中B0、t0为已知量)。已知当磁感应强度均匀变化时，在圆管内产生电场强度大小处处相等的感生电场(电场线闭合的涡旋电场)，原来静止的小球在管内做圆周运动，小球可看作点电荷且电荷量保持不变。则下列说法正确的是(　　) A.小球沿顺时针(从上往下看)方向运动 B.管内电场强度大小为 C.小球由静止开始运动第一周所用时间为t0 D.小球第2次回到出发点的速度大小为2r 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课后作业答案 1.AC　[磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律和安培定则判断，故A、C项正确。] 2.C　[线圈接通电源的瞬间，线圈中的电流增大，产生的磁场增强，变化的磁场产生电场，金属小球所在处产生了电场，导致带电小球受到力的作用而运动，但小球不一定带正电，故选C。] 3.D　[金属探测器利用的是电磁感应现象，故A错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流；故B错误；当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化，故C错误，D正确。] 4.【答案】A 【详解】A．当线圈中通以交变电流时，在金属杯中将产生感应电动势和感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势，提高交流电源的频率，磁感应强度的变化率变大，感应电动势变大，感应电流的功率增大，故A正确； B．将金属杯换为陶瓷杯后，由于陶瓷不是导体，因此陶瓷杯中不能产生感应电流，无法给水加热，故B错误； C．减少线圈的匝数会降低交流电产生的感应电动势，则感应电流的功率减小，使杯内的水沸腾所需的时间延长，故C错误； D．增大交流电的周期，磁感应强度的变化率变小，感应电动势变小，感应电流的功率减小，故D错误。 故选A。 5.D　[焊缝处的电阻与所接交流电的频率没有关系，故A错误；高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，故B错误；焊缝处电阻大，电流相同，焊缝处热功率大，温度升高得快，故C错误，D正确。] 6.【答案】AD 【详解】A．圆盘在磁针的磁场中旋转时，磁针的磁场会使圆盘的不同区域切割磁感线，圆盘内会产生涡流。 根据楞次定律可知，涡流产生的磁场会阻碍圆盘与磁针之间的相对运动，从而使磁针转动，故A正确； B．对于整个圆盘，穿入圆盘的磁通量与穿出圆盘的磁通量相互抵消，总磁通量始终为零，不会因为圆盘的转动而发生变化，故B错误； C．圆盘本身呈现电中性，圆盘转动不会产生电流，导致磁针转动的是涡流，而非自由电子随圆盘转动形成的电流，故C错误； D．力的作用是相互的，当转动小磁针时，其变化的磁场会在圆盘中感应出涡流，涡流产生的磁场会与小磁针相互作用，从而使圆盘跟着转动，故D正确。 故选AD。 7.C　[法拉第圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，故A错误；阿拉果圆盘实验中，转动圆盘或小磁针，都产生感应电流，因安培力的作用，另一个物体也会跟着转动，则转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘，故B错误，C正确；如果磁场相对于导体运动，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，这种作用就是电磁驱动，显然法拉第圆盘是机械能转化为电能的过程，并不是电磁驱动，故D错误。] 8.C　[磁体下落时，由于是无缝空心铝管，故会产生电磁感应，出现涡流，根据楞次定律可知会产生阻力阻碍小圆柱永磁体的下落。开始时，速度较小，阻力小于重力，合力向下，当速度逐渐增大时，磁体所受阻力也增大，加速度减小。当空心铝管足够长时，磁体会先做加速度逐渐减小的加速运动，最大速度时，磁体所受阻力等于重力，做匀速直线运动，因此磁体不可能做自由落体运动，且磁体受到铝管中涡流的作用力方向一直向上，故A、B错误；当铝管长度有限时，磁体可能达不到最大速度就穿过了铝管，即该过程中磁体受到的合力方向一直向下，故C正确；由于一直存在阻力做负功，因此磁体的机械能一直减小，故D错误。] 9.A　[A图中是铝板，磁场在铝板中间，指针向左偏转或向右偏转时，都会在铝板上产生涡流，起到电磁阻尼的作用，指针会很快稳定的停下，A方案合理；B、D图中当指针向左偏转时，铝框或铝板可能会离开磁场，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，B、D方案不合理；C图中是铝框，磁场在铝框中间，当指针偏转角度较小时，铝框不能切割磁感线，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，C方案不合理。故选A。] 10.C　[铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直铝盘向外，故A错误； 铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直铝盘向里，故B错误； 由“来拒去留”可知，磁体与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C正确； 若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁体对空洞铝盘的作用力变小，所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D错误。] 11.BD　[由楞次定律可知感生电场的方向为顺时针(从上往下看)，小球带负电，故小球沿逆时针(从上往下看)方向运动，A错误；产生的感生电场的电场强度E==，B正确；小球做加速度大小不变的加速曲线运动，当成匀加速直线运动处理，小球由静止开始运动第一周的过程，根据运动学公式2πr=×t2，解得t=，C错误；小球由静止开始到第2次回到出发点，由动能定理可得mv2=2qE·2πr=2q·，解得v=2r，D正确。] 学科网（北京）股份有限公司 $