3. 电磁阻尼和电磁驱动、涡流（同步讲义）物理人教版选择性必修第二册

3. 电磁阻尼和电磁驱动、涡流 【知识梳理】 1 一、 电磁感应现象中的感生电场 1 二、 涡流 2 三、 电磁阻尼 2 四、 电磁驱动 3 【重难探究】 3 探究1 　电磁感应现象中的感生电场带电粒子在匀强磁场中的运动 4 探究2 涡流 5 探究3 　电磁阻尼 6 探究4 电磁驱动 7 【课堂自测·基础练】 12 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场： （1）感生电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场。 （2）由于磁场的强弱变化，在电路中形成了感生电场，其电场线是与磁场方向垂直的曲线。电路中的自由电荷在感生电场的作用下定向移动形成感应电流。 （3）判断感生电场方向的方法：楞次定律、安培定则。 （4）注意：感生电场不是静电场。 ①静止的电荷激发的电场叫静电场。静电场的电场线由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的。 ②感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。 ③感生电场施加的电场力不是静电力，感生电场施加的电场力做功是非静电力做功。 2．电子感应加速器 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、下两个电磁铁的磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。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。 图中的磁场方向由下向上，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。所以为使电子加速，电磁铁在真空室中产生的感生电场应沿顺时针方向。为此，根据楞次定律，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁线圈中的电流应该由小变大 知识点2 涡流 （1）定义：导体中的自由电子在感生电场的作用下定向移动而产生的漩涡状的感应电流叫涡电流，简称涡流。 （2）涡流的应用： ①真空冶炼炉：冶炼炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。 ②电磁炉：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的。 ③安检设备、扫雷设备：这些设备中都有变化的电流。如果在其检测区域中有金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使设备报警。 （3）涡流的防止： ①涡流的危害：金属器件中感应产生的涡流能使金属器件发热，浪费了能量，还可能损坏电器。 ②涡流的防止：途径一，增大铁芯材料的电阻率。常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。 途径二，用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 知识点3 电磁阻尼 （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）应用：磁式电流表的铝框骨架： 知识点4 电磁驱动 （1）电磁驱动：磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体跟着磁场转动，这种现象称为电磁驱动。 （2）应用：交流感应电动机 交流感应电动机利用电磁驱动的原理工作。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似前面实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。 （3）电磁驱动与电磁阻尼的关系： 电磁驱动与电磁阻尼都是导体与磁场之间存在相对运动，导体的磁通量因相对运动而发生变化，使导体中产生感应电流。因安培力的方向与相对运动的方向相反，阻碍相对运动，所以实现了驱动或阻尼的效果。 电磁驱动是磁场相对于导体运动，导体原本静止或速度较小，安培力起到动力作用，使导体随磁场一起运动。电磁阻尼是导体相对于磁场运动，导体原本速度较大，安培力起到阻力作用，阻碍导体原本的运动。 【重难探究】 探究1 　探究电磁感应现象中的感生电场 【探究导入】 在实验室中，电子感应加速器被用来产生高速电子，广泛应用于医学成像和基础研究。这种装置不需要直接接触电子，却能让它们不断加速。这与我们常见的用电池驱动电流的方式完全不同。它利用的是变化的磁场在空间中激发的一种特殊电场，使电子获得能量。 问题 1为什么没有电源直接连接到真空室，电子仍能被加速？ 提示：电子在真空室中运动时并未与任何电源相连，说明加速力并非来自静电场或直接电路驱动。但电子速度增加，说明存在非静电力对其做功。这种力只能来源于空间中某种电场的作用。 2.这种使电子加速的电场是由电荷产生的吗？ 提示：静电场由电荷激发，而此处并无明显电荷分布。麦克斯韦理论指出，变化的磁场会在空间激发一种新的电场——感生电场，它不是由电荷产生，而是由激发 3.如果电子带负电且沿逆时针方向运动，要使其加速，感生电场的方向应该是怎样的？ 提示：电子带负电，所受电场力方向与电场方向相反。若电子逆时针运动，要使其加速，电场力必须沿逆时针方向，因此感生电场方向应为顺时针。 4.根据楞次定律，什么样的磁场变化才能产生顺时针方向的感生电场？ 提示： 根据楞次定律，感生电场的方向总是阻碍引起它的磁通量变化。要产生顺时针方向的感生电场（即感应电流方向），需增强向上的磁通量，故磁场应由弱变强，即电磁铁电流由小变大。 【探究归纳】 1. 感生电场定义：变化的磁场在空间激发的电场，称为感生电场。 2. 感生电场来源：不是由电荷激发，而是由变化的磁场激发。 3. 感生电场作用：对导体中的自由电荷施加电场力，使其定向运动，产生感应电动势和感应电流。 4. 电子感应加速器原理：利用增强的磁场产生顺时针感生电场，使逆时针运动的电子持续加速。 【典例赏析】 [例1]（多选题）电子感应加速器是加速电子的一类常见加速器，结构示意主视图、俯视图如甲所示，上下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈中电流的大小、方向变化，产生的感生电场使电子加速，规定图甲中所示电流产生的磁场方向为正方向。磁极在真空室区域内产生磁感应强度大小为B=kt（k>0）的变化磁场，使电子逆时针加速，已知磁场随时间均匀变化时感生电场的大小，其中R为此时电子做圆周运动的轨迹半径，元电荷电晕为e，则下列说法正确的是（　　） A．电子绕真空室一圈，动能增量为 B．磁感应强度随时间线性减小时，电子也能被加速 C．若磁感应强度随时间按图丙所示规律变化，电子在加速器中全程均可被加速 D．若磁感应强度随时间按图丙所示规律变化，电子在加速器中仅在周期内可被加速 【答案】AD 【详解】A．该过程中感生电场 该过程属于变力做功，则由动能定理有 则 A正确； B．使电子被逆时针加速，涡旋电场方向应为顺时针方向，当俯视时，若原磁场方向垂直向内、大小线性减小时，产生的感应电场为顺时针，但此时电子所受洛伦兹力背离圆心，无法提供向心力，电子会撞上真空室壁，B错误； CD．变化时对应的电场方向如图所示（俯视） 发现电子只可能在第一个、第三个周期内被加速，但第三个周期时，电子所受洛伦兹力背离圆心，无法提供向心力，所以电子在该加速器中仅在第一个周期内可被加速，C错误；D正确。 故选AD。 　【针对训练】 1（多选题）电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。若将其中的环形真空管内外不均匀的磁场，整体换成匀强磁场，如图所示，磁场方向垂直于真空管，磁感应强度随时间变化的关系式为（为大于0的常数），在真空管内产生如虚线所示的感生电场，虚线上各点电场强度大小相等。电子从距离环形真空管圆心的位置静止释放，若加速电子未达到高速，下列说法正确的是（　　） A．电子将沿逆时针方向加速 B．电子释放点处的电场强度大小是 C．电子可能做加速圆周运动 D．电子一定做加速近心运动 【答案】ABD 【详解】AB．根据楞次定律可知，真空管内产生的感生电场的方向为顺时针方向，大小为 故电子由静止释放后将沿逆时针方向加速，故AB正确； CD．假设电子发射后沿虚线圆轨道运动，则有， 洛伦兹力 所需的向心力 联立上式可知 因此假设不成立，电子做加速近心运动，故C错误，D正确。 故选ABD。 2．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。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室。图乙为真空室的俯视图，电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生变化的磁场，变化的磁场在环形真空室内感生出同心环状的感生电场，电子在感生电场的作用下被加速，并在洛伦兹力的作用下做圆周运动。已知电子的质量为、电荷量为，做圆周运动的轨道半径为。某段时间内，电磁体线圈产生的磁场方向向上，磁场分布如图甲所示，穿过电子圆形轨道平面的磁通量随时间变化的关系为（，且为已知量）。电子加速过程中忽略相对论效应。 （1）若在电子轨道上放置一等大的金属细圆环，求金属圆环的感生电动势； （2）求电子运动轨道处感生电场的场强大小； （3）求电子轨道处磁感应强度随时间的变化率。 【答案】(1) ；(2) ；(3) 【详解】(1) 金属圆环的感生电动势 (2) 电子运动轨道处感生电场的场强大小 (3) 电子轨道处磁感应强度随时间的变化率 探究2 涡流 【探究导入】 情境探究 家中使用的电磁炉在通电后能迅速加热铁锅，而锅体本身并不与火焰接触。这种加热方式不同于传统的煤气灶，它依靠电磁感应实现能量传递。同样，在变压器或电动机工作时，铁芯有时会发热，这并非设计目的，却不可避免地发生。 问题 1.为什么电磁炉能对铁锅加热，而对陶瓷碗却无效？ 提示：电磁炉下方线圈通入迅速变化的电流，产生变化的磁场，该磁场穿过上方的铁锅底部。由于铁锅是导体，变化的磁通量在其内部引发感应电流。而陶瓷碗不是导体，无法形成闭合电流，因此不发热。 2.铁锅底部并没有直接连接电源，为何会产生电流并发热？ 提示：根据电磁感应定律，只要穿过导体的磁通量发生变化，导体内就会产生感应电动势，进而驱动自由电子形成电流。铁锅处于变化磁场中，满足这一条件，故产生感应电流。 3.这种在金属内部自行形成的电流具有怎样的路径特征？ 提示：这种电流在金属内部呈闭合漩涡状流动，类似于水中漩涡，因此被称为涡电流，简称涡流。 4.变压器铁芯发热是否也由类似电流引起？这对设备有何影响？ 提示：变压器铁芯处于交变磁场中，同样会产生涡流，导致铁芯发热，造成电能浪费，并可能引发设备过热损坏。为减小涡流，常采用高电阻率材料或叠片结构铁芯。 【探究归纳】 1. 涡流定义：当穿过导体的磁通量发生变化时，导体内产生的闭合感应电流称为涡电流，简称涡流。 2. 涡流热效应：金属块中的涡流会产生热量，可用于真空冶炼炉熔化金属。 3. 涡流应用：电磁炉利用涡流使铁锅发热；探雷器和安检门通过检测金属中涡流引起的磁场变化来发现金属物品。 4. 涡流危害与抑制：电动机和变压器铁芯中涡流导致能量损耗和发热，可通过使用高电阻率材料（如硅钢）或互相绝缘的硅钢片叠成铁芯来减小涡流。 [例2]】流内检测技术是一项用来检测各种金属管道是否有破损的技术.检测仪在管道内运动及其工作原理剖面示意图如图所示，当激励线圈中通以正弦交流电时，金属管道壁内会产生涡流，涡流磁场会影响检测线圈的电流.以下有关涡流内检测仪的说法正确的是（　C　） A.检测线圈消耗功率等于激励线圈输入功率 B.在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测线圈的电流不变 C.在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测仪消耗功率将变大 D.当检测仪从金属管道完好处进入破损处检测时，管道壁中将产生更强的涡流 答案 C 解析　管道壁中产生涡流，有一定的热功率，P激励＝P检测＋P热，激励线圈输入功率大于检测线圈消耗功率，故A错误；增大激励线圈中交流电的频率，检测线圈的磁通量变化率变大，产生的感应电动势变大，则电流变大，故B错误；增大激励线圈中交流电的频率，检测线圈消耗的功率和管道产生的热功率变大，则检测仪消耗功率将变大，故C正确；当检测仪从金属管道完好处进入破损处检测时，管道壁中产生的涡流变小，故D错误. 【针对训练】 3涡流效应可以用来检测金属材料中是否有裂隙、气泡。下图为涡流检测的示意图，激励线圈通变化的电流，从而在金属导体中感应出涡流。若金属导体中有气泡，会影响涡流大小，从而被激励线圈检测到。已知图示时刻激励线圈俯视看为顺时针电流，下列说法正确的是（　　） A．图示时刻激励线圈的电流在变小 B．图示时刻感应磁场方向向上 C．感应磁场与激励磁场的方向始终相反 D．激励线圈移动到导体内有气泡的区域上方时，金属导体中的涡流会增大 【答案】B 【详解】AB．根据安培定则可知，激励线圈中的电流产生的磁场在金属导体位置的磁场方向整体向下，而金属导体中感应出的涡流产生的磁场在金属导体位置的磁场方向向上，即图示时刻感应磁场方向向上，两磁场方向相反，根据楞次定律可知，图示时刻激励线圈的电流在变大，故A错误，B正确； C．若激励线圈的电流变小，激励线圈中的电流产生的磁场在金属导体位置的磁场减弱，根据楞次定律可知，此时涡流产生的感应磁场与激励线圈产生的激励磁场的方向相同，故C错误； D．导体内有气泡的区域电阻大一些，可知，激励线圈移动到导体内有气泡的区域上方时，金属导体中的涡流会减小，故D错误。 故选B。 4．如图是一种电加热装置，当把一铁块放入线圈中且不接触线圈，稍等片刻，铁块就会烧得通红，小明同学由此做出了以下一些猜想，其中正确的是（　　） A．若把一干燥的木棍伸入线圈中，木棍会被烧着 B．若把一个铜块伸入线圈中，铜块的温度不会升高 C．线圈中电流越强，铁块升温更快 D．线圈中电流变化越快，铁块升温越快 【答案】D 【详解】A．干燥的木棍是绝缘体，不能形成涡流，而该加热装置是利用电磁感应产生的涡流使导体发热，所以木棍不会被烧着，故A错误； B．铜块是导体，将铜块伸入线圈中，穿过铜块的磁通量发生变化，会产生涡流，从而使铜块温度升高，故B错误； CD．线圈中电流变化越快，穿过铁块的磁通量变化率越大，铁块中产生的感应电动势越大，涡流越大，产生的热量越多，铁块升温越快，故C错误，D正确。 故选D。 探究3 电磁阻尼 【探究导入】 情境探究 乘坐电梯时，当电梯突然减速停止，我们会感到身体有向前冲的趋势。类似地，在电磁学中，当导体在磁场中运动时，也会出现一种“阻碍”其运动的现象。这种现象不仅存在于实验室中，也广泛应用于测量仪表和交通工具的制动系统。 问题 1.如图2.3-7所示，单匝线圈进入磁场区域的过程中，穿过线圈的磁通量如何变化？根据楞次定律，感应电流的方向应如何判断？ 提示：线圈下落进入磁场时，向下的磁通量增加。根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁通的增加，因此感应电流产生的磁场方向向上，与原磁场反向。由右手螺旋定则可知，感应电流方向为逆时针（俯视）。 2.根据右手螺旋定则和左手定则，该感应电流在磁场中所受安培力的方向是怎样的？ 提示：在磁场中的线圈下边部分有电流，方向向左，磁场垂直纸面向里，由左手定则可得安培力方向竖直向上 3.安培力对线圈的下落运动会产生什么影响？这种力是否改变了线圈的动能？ 提示： 安培力方向与线圈运动方向相反，对线圈起阻碍作用，使其下落加速度减小，动能增长变慢，相当于一种“电磁阻力”。 4.在磁电式仪表中，线圈绕在铝框上，当指针向右转动时，铝框内的磁通量如何变化？其中产生的感应电流方向如何？ 提示：指针向右转动时，铝框随线圈一起转动，穿过铝框的磁通量发生变化，产生感应电流。根据楞次定律，感应电流方向应阻碍相对运动，故在铝框中形成顺时针方向的电流（俯视）。 5.铝框受到的安培力会如何影响它的转动？这种作用对仪表读数有何意义？ 提示：感应电流在磁场中受安培力，其合力矩方向与转动方向相反，阻碍铝框继续转动，使指针快速稳定，避免反复摆动。 【探究归纳】 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，这种现象称为电磁阻尼。 [例3]】2026河北承德期中）如图所示，某实验装置由金属圆盘、条形永磁体组成，圆盘可绕中心竖直轴无摩擦自由转动，永磁体固定在圆盘竖直轴正下方，不计空气阻力。给圆盘一个初速度，圆盘会很快停下来，则下列说法正确的是（        ） A．圆盘转动时，圆盘内部会产生涡流 B．圆盘转动逐渐变慢最终停下，是电磁驱动作用的结果 C．若将圆盘换成绝缘塑料圆盘，圆盘仍会很快停下 D．电磁阻尼的本质是涡流在磁场中受安培力，阻碍相对运动 答案 AD 解析 金属圆盘可等效为无数根从圆心到边缘的金属辐条，圆盘转动时辐条切割磁感线产生感应电动势，因此会在闭合的导体圆盘内产生感应电动势，即圆盘转动时，圆盘内部会产生涡流，A正确； 圆盘转动逐渐变慢最终停下，是电磁阻尼作用的结果，B错误； 若将圆盘换成绝缘塑料圆盘，由于塑料是绝缘体，圆盘转动不会产生涡流，不会受到安培阻力，由于不计空气阻力和摩擦阻力，圆盘不会停下，C错误； 电磁阻尼的本质是涡流在磁场中受安培力，阻碍相对运动，D正确 【针对训练】 5（2026湖北质检）磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，此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.关于该装置的下列说法正确的是（　BC　） A.刹车原理是电流的磁效应 B.过山车从进入停车区到停止的过程中，动能转化为电能，电能又转化为内能 C.过山车进入停车区的速度越大，刹车的阻力就越大 D.若将铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果 答案 BC 解析　当过山车进入停车区时，会导致穿过铜片的磁通量发生变化，产生感应电流，形成感应磁场，与强力磁铁产生相互作用，利用了电磁感应原理，故A错误；刹车过程中过山车速度减小，动能转化为电能，电能又转化为内能，故B正确；过山车的速度越大，磁通量变化就越快，产生的感应电流就越大，感应磁场就越强，与强力磁铁的作用力就越大，故刹车的阻力就越大，C正确；将铜片换成有机玻璃片，有机玻璃片不导电，因此不能形成感应磁场，不能达到相同的刹车效果，D错误. 6．多选题）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。下列说法正确是（　　） A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势 B．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用 C．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用 【答案】AD 【详解】A．未接导线时，表针晃动过程中导线切割磁感线，表内线圈会产生感应电动势，故A正确； B．未接导线时，未连成闭合回路，没有感应电流，所以不受安培力，故B错误； CD．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势，根据楞次定律可知，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用，故C错误，D正确。 故选AD。 探究4 电磁驱动 【探究导入】 情境探究 许多家用电器如洗衣机、电风扇内部都有电动机，它们通电后能够持续转动，带动机械部件工作。这些电动机的运转并不依赖直接的机械传动，而是通过磁场“无形地”推动内部结构旋转。这种现象背后隐藏着一种特殊的物理原理——电磁驱动。 问题 1.当蹄形磁体在铝框附近转动时，铝框是否也会跟着运动？观察到的现象说明了什么？ 提示： 实验中发现，当磁体转动时，原本静止的铝框也开始同向转动。这表明即使没有直接接触，磁场的变化也能引起导体的运动，说明存在一种非接触式的驱动力。 2.铝框本身不带电，为什么在变化的磁场中会产生电流？ 提示：虽然铝框整体不带电，但其内部自由电子可在变化的磁场中因磁通量改变而受到感生电场作用，形成闭合的感应电流，即涡流。这是法拉第电磁感应定律的表现：只要穿过导体回路的磁通量发生变化，就会产生感应电动势和电流。 3.感应电流在磁场中会受到什么力的作用？这个力如何影响铝框的运动状态？ 提示：铝框中的感应电流处于磁场中，根据安培力规律，载流导体在磁场中会受到力的作用，其方向由左手定则判断。这些力形成转矩，推动铝框跟随磁场转动，实现了从磁到场的机械运动传递。 4.如果磁体静止而铝框转动，是否也能产生类似效应？两者在物理本质上是否相同？ 提示：若铝框相对于静止磁体转动，同样会切割磁感线，产生感应电流并受安培力作用。虽然参考系不同，但相对运动导致磁通变化的本质一致，因此物理机制相同，都属于电磁感应与电磁驱动范畴。 【探究归纳】 1. 当磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流。 2. 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，这种作用称为电磁驱动。 3. 交流感应电动机利用电磁驱动原理工作，通过三相电源在线圈中产生旋转磁场，驱动内部导体转动。 电动机将电能转化为机械能。 [例4]】】（多选题）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。 【针对训练】 7.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。 8．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。 【课堂自测·基础练】 1．《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。 2．台风“贝碧嘉”登陆上海，中国自主研发的千吨阻尼器——“上海慧眼”（如图所示）摆动明显，保障了上海中心大厦的安全。“上海慧眼”采用了电涡流阻尼技术，永磁体形成的磁场与质量块一起摆动时，与其下方固定的导体板产生相对运动，从而在导体板中产生电涡流。关于该阻尼器，下列说法正确的是（　　） A．阻尼器的电涡流阻尼技术原理是电流的磁效应 B．振动稳定时，阻尼器的振动频率小于大厦的振动频率 C．阻尼器将机械能最终转化为内能 D．若将阻尼器下方的导体板换成木地板，对使用效果没有影响 【答案】C 【详解】B．阻尼器受迫振动，稳定时阻尼器的振动频率与大厦的振动频率相等，故B错误； ACD．根据电磁感应原理可知，永磁体通过导体板上方时会在导体板中产生电涡流，阻碍永磁体相对导体板的运动，将机械能最终转化为内能，若将阻尼器下方的导体板换成绝缘的木地板，将不会产生电涡流，影响使用效果，故AD错误，C正确。 故选C。 3．如图所示，石锅鱼味道鲜美，不仅保留了食物的自然味道，还含有多种微量元素和矿物质。某种铁合金复合石锅在电磁炉上也能使用。已知电磁炉只能加热含有磁性材料的锅具。下列相关说法正确的是（　　） A．将该石锅换成陶瓷锅后也一定能通过电磁炉加热食物 B．电磁炉接电压合适的直流电源后也能正常加热该石锅内的食物 C．该石锅放置在电磁炉上能加热食物的原理是电磁感应现象 D．该石锅放置在电磁炉上能加热食物的原理是电流的磁效应 【答案】C 【详解】CD．电磁炉里面安装有线圈，当线圈中通过高频交流电时，会产生强大的交变磁场，交变磁场穿过锅底，在锅底形成强涡流，根据电流的热效应，产生大量的热量，从而加热食物，故该石锅放置在电磁炉上能加热食物的原理是电磁感应现象，故C正确，D错误； A．由于陶瓷不是磁性材料，温度达不到加热食物的要求，故A错误； B．直流电不能产生变化的磁场，在锅体内不能产生感应电流，因此无法加热食物，故B错误。 故选C。 4．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。 5．如图所示，竖直平面内有一固定直导线水平放置，导线中通有恒定电流I，导线正下方有一个质量为m的铝质球，某时刻无初速释放铝球使其下落，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．小球下落过程机械能一定减小 B．小球下落过程机械能一定守恒 C．小球下落过程机械能一定增加 D．小球下落过程机械能先增加后不变 【答案】A 【详解】因通电直导线下方产生垂直纸面向里的磁场，且随着距离直导线的距离增加磁场逐渐减弱，可知小球下落过程中因磁通量逐渐减小在小球中产生涡流，铝制球产生热量，由能量关系可知，小球的机械能将逐渐减小。 故选A。 6．阻尼器是一种提供运动阻力，耗减运动能量的装置，也被称为避震器、减震器或阻尼装置。图为一同学设计的“涡流阻尼器”的原理图，一磁体通过细绳悬挂在铁架台上，在悬点的正下方放置一铜板。将磁体拉至左侧某一高度，让磁体由静止向下摆动，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．磁体还能回到原高度 B．磁体从左侧向下摆动的过程中，铜板受到向右的摩擦力 C．磁体向上摆动的过程中，铜板对地面的压力小于自身的重力 D．磁体运动到最低点时，铜板对地面的压力小于自身的重力 【答案】C 【详解】A．磁体在运动过程中，铜板会产生涡流，涡流产生的磁场会阻碍磁体的运动，所以磁体不可能回到原高度，故A错误； B．磁体从左侧向下摆动的过程中，铜板会产生涡流，根据楞次定律，涡流所受的水平安培力向右，所以铜板受到向左的摩擦力，故B错误； C．磁体向上摆动的过程中，铜板会产生涡流，根据楞次定律，涡流所受的安培力向上，铜板对地面的压力小于自身的重力，故C正确； D．当磁体在最低点时，铜板的竖直方向上没有安培力，所以铜板对地面的压力等于铜板的重力，故D错误。 故选C。 7．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。 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．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 【答案】C 【详解】A．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； BC．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； D．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。 故选C。 10．发电机是把机械能转化为电能的装置，其他动力作为机械驱动，对如图甲、乙所示的两类发电机，下列说法正确的是（　　） A．有一种发电机并不满足法拉第电磁感应定律 B．图甲是旋转电枢式发电机，图乙是旋转磁极式发电机 C．图甲所示的发电机可输出几千伏到几万伏的高压 D．发电机在实际运行过程中将机械能转化为电能的效率可达 【答案】B 【详解】A．各种各样的发电机都是磁生电的装置，都满足法拉第电磁感应定律，A错误； B．电枢转动、磁极不动的发电机叫做旋转电枢式发电机，这种发电机的原理如图甲所示，如果磁极转动、电枢不动，线圈内磁通量发生改变，电枢同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机，原理如图乙所示，B正确； C．图甲是旋转电枢式发电机，旋转电枢式发电机输出不超过的电压，C错误； D．发电机在实际运行过程中存在各种能量损耗，主要包括铁芯涡流能量损耗、导线焦耳热损效率不可能达，D错误。 故选B。 【素养进阶·提升练】 1．（25-26高三上·黑龙江哈尔滨·期末）如图甲所示，一轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个体积很小的磁铁，在小磁铁正下方桌面上放置一个闭合的铜制线圈。将小磁铁向下拉到某一位置后释放，小磁铁将做阻尼振动，其位移x随时间t变化的图像如图乙所示，取竖直向上为正向。曲线上A、B两点连线与横轴平行，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．B时刻线圈中有顺时针（从上往下看）方向的电流 B．A时刻线圈对桌面的压力小于线圈的重力 C．小磁铁在A时刻的动能等于B时刻的动能 D．磁铁和弹簧组成的系统运动过程中机械能守恒 【答案】A 【详解】A．B时刻小磁铁在平衡位置上方向下运动，且靠近平衡位置，穿过线圈的磁感应强度方向向上，磁通量向上的增大，由楞次定律可知线圈中有顺时针（从上往下看）方向的电流，故A正确； B．A时刻，小磁铁在平衡位置上方向下运动，且靠近平衡位置，穿过线圈的磁感应强度方向向上，磁通量向上的增大，由楞次定律可知受到线圈施加的向上的阻力，线圈中所受安培力向下，故A时刻线圈对桌面的压力大于线圈的重力，故B错误； C．小磁铁做阻尼振动，A时刻和B时刻小磁铁相对平衡位置相同，小磁铁在A时刻的动能大于B时刻的动能，故C错误； D．磁铁和弹簧组成的系统运动过程中机械能在减小，故D错误。故选A。 2．（多选）（25-26高二上·广东揭阳·月考）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。以下说法不正确的是（　　） A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势低 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．若圆盘初始转动方向相反则转速会增大 【答案】ACD 【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错误； 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； 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； D．若圆盘初始转动方向相反，圆盘中感应电流的方向相反，仍然会阻碍圆盘转动，使得圆盘减速运动，故D错误。要求选择不正确选项，故选ACD。 3．（25-26高二下·湖北孝感·月考）课本中有关电磁感应的四幅图，以下说法正确的是（　　） A．甲图中，真空冶炼炉利用炉体外线圈产生大量热量，从而冶炼金属 B．乙图中，蹄形磁体在顺时针方向转动时，铝框也会顺时针方向转动 C．丙图中，金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属 D．丁图中，磁电式仪表通过把线圈绕在铝框骨架上，工作时铝框起到电磁驱动的作用 【答案】B 【详解】A．甲图是真空冶炼炉，它利用涡流效应：高频交流电通过线圈，在金属内部产生涡流，从而使金属自身发热熔化。热量是金属内部涡流产生的，不是线圈本身发热，故A错误； B．乙图中，蹄形磁体顺时针转动时，穿过铝框的磁通量发生变化，铝框中产生感应电流。根据楞次定律，感应电流的效果会阻碍磁通量变化，所以铝框会随磁体同向转动（但转速慢于磁体），故B正确； C．丙图是金属探测器，它的工作原理是：线圈通交变电流，产生变化的磁场，当靠近金属时，金属中会产生涡流，反过来影响线圈的电流，从而被检测到。若使用恒定电流，磁场不变，无法产生涡流，故C错误； D．丁图是磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，铝框中产生感应电流，使线框尽快停止摆动，起到电磁阻尼的作用，故D错误。故选B。 4．（25-26高二上·陕西渭南·期末）下列关于电磁现象的说法中，正确的是（　　） A．图甲中，转动蹄形磁铁时，原来静止的铝框不会随磁铁转动 B．图乙中，金属线圈对条形磁铁的振动没有影响 C．图丙中，两个相同的小磁体由静止穿过等长的铝管和塑料管所用时间相等 D．图丁中，线圈通入高频交流电时，金属内部形成涡流产生大量热量使其熔化 【答案】D 【详解】A．当摇动手柄使得蹄形磁铁转动时，根据电磁驱动原理可知，铝框会同方向转动，故A错误； B．振动的条形磁铁在金属线圈中产生感应电流，感应电流对磁铁的相对运动有阻碍作用，使条形磁铁快速停下来，利用了电磁阻尼规律，故B错误； C．穿过塑料管的小磁体，只受重力作用，做的是自由落体运动。穿过铝管的小磁体，由于磁体在铝管中运动的过程中，铝管产生感应电流，则小磁体受到重力和向上的电磁阻力作用，小磁体在铝管中运动的加速度小于重力加速度，所以小磁体在塑料管中的运动时间小于在铝管中的运动时间，故C错误； D．真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，由于电磁感应会在金属内部产生很大的涡流使金属产生大量热量使炉内金属熔化，从而冶炼金属，故D正确。故选D。 5．（多选）（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·开学考试）关于下列图片的解释正确的是（　　） A．真空冶炼炉利用热传导的热量使金属熔化 B．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来减少涡流 C．使用电磁炉加热食物时使用陶瓷锅也可以 D．用来探测金属壳地雷的探雷器是利用涡流工作的 【答案】BD 【详解】A．真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属熔化，故A错误； B．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流，故B正确； C．电磁炉是高频电流在金属锅底产生涡流从而产生大量的热量加热食物，则使用电磁炉加热食物时，不能用陶瓷锅，故C错误； D．用来探测金属壳地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的，故D正确。 故选BD。 6．（多选）（25-26高二上·河北雄安·期末）关于教材中的四张图，下列说法中正确的是（　　） A．甲图，真空炉内待冶炼的金属中产生涡流，使金属自身熔化 B．乙图，转动蹄形磁体，会观察到放在下方的铝框反向转动 C．丙图，强磁铁从有竖直裂缝的铝管中下落，铝管内不会产生感应电动势 D．丁图，磁铁向右平移，桌面上静止的金属圆环有向右运动的趋势 【答案】AD 【详解】A．甲图，真空炉内通入高频电流后，则待冶炼的金属中产生涡流，使金属自身熔化，A正确； B．乙图，转动蹄形磁体，根据电磁驱动可知，会观察到放在下方的铝框同向转动，B错误； C．丙图，强磁铁从有竖直裂缝的铝管中下落，磁通量发生变化，铝管内也会产生感应电动势，C错误； D．丁图，根据“来拒去留”，则磁铁向右平移，桌面上静止的金属圆环有向右运动的趋势，D正确。 故选AD。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 3. 电磁阻尼和电磁驱动、涡流 【知识梳理】 1 一、 电磁感应现象中的感生电场 1 二、 涡流 2 三、 电磁阻尼 2 四、 电磁驱动 3 【重难探究】 3 探究1 　电磁感应现象中的感生电场带电粒子在匀强磁场中的运动 4 探究2 涡流 5 探究3 　电磁阻尼 6 探究4 电磁驱动 7 【课堂自测·基础练】 12 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场： （1）感生电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场。 （2）由于磁场的强弱变化，在电路中形成了感生电场，其电场线是与磁场方向垂直的曲线。电路中的自由电荷在感生电场的作用下定向移动形成感应电流。 （3）判断感生电场方向的方法：楞次定律、安培定则。 （4）注意：感生电场不是静电场。 ①静止的电荷激发的电场叫静电场。静电场的电场线由正电荷出发，终于负电荷，电场线是不闭合的。 ②感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。 ③感生电场施加的电场力不是静电力，感生电场施加的电场力做功是非静电力做功。 2．电子感应加速器 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、下两个电磁铁的磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。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。 图中的磁场方向由下向上，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。所以为使电子加速，电磁铁在真空室中产生的感生电场应沿顺时针方向。为此，根据楞次定律，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁线圈中的电流应该由小变大 知识点2 涡流 （1）定义：导体中的自由电子在感生电场的作用下定向移动而产生的漩涡状的感应电流叫涡电流，简称涡流。 （2）涡流的应用： ①真空冶炼炉：冶炼炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。 ②电磁炉：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的。 ③安检设备、扫雷设备：这些设备中都有变化的电流。如果在其检测区域中有金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使设备报警。 （3）涡流的防止： ①涡流的危害：金属器件中感应产生的涡流能使金属器件发热，浪费了能量，还可能损坏电器。 ②涡流的防止：途径一，增大铁芯材料的电阻率。常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。 途径二，用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 知识点3 电磁阻尼 （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）应用：磁式电流表的铝框骨架： 知识点4 电磁驱动 （1）电磁驱动：磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体跟着磁场转动，这种现象称为电磁驱动。 （2）应用：交流感应电动机 交流感应电动机利用电磁驱动的原理工作。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似前面实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。 （3）电磁驱动与电磁阻尼的关系： 电磁驱动与电磁阻尼都是导体与磁场之间存在相对运动，导体的磁通量因相对运动而发生变化，使导体中产生感应电流。因安培力的方向与相对运动的方向相反，阻碍相对运动，所以实现了驱动或阻尼的效果。 电磁驱动是磁场相对于导体运动，导体原本静止或速度较小，安培力起到动力作用，使导体随磁场一起运动。电磁阻尼是导体相对于磁场运动，导体原本速度较大，安培力起到阻力作用，阻碍导体原本的运动。 【重难探究】 探究1 　探究电磁感应现象中的感生电场 【探究导入】 在实验室中，电子感应加速器被用来产生高速电子，广泛应用于医学成像和基础研究。这种装置不需要直接接触电子，却能让它们不断加速。这与我们常见的用电池驱动电流的方式完全不同。它利用的是变化的磁场在空间中激发的一种特殊电场，使电子获得能量。 问题 1为什么没有电源直接连接到真空室，电子仍能被加速？ 提示：电子在真空室中运动时并未与任何电源相连，说明加速力并非来自静电场或直接电路驱动。但电子速度增加，说明存在非静电力对其做功。这种力只能来源于空间中某种电场的作用。 2.这种使电子加速的电场是由电荷产生的吗？ 提示：静电场由电荷激发，而此处并无明显电荷分布。麦克斯韦理论指出，变化的磁场会在空间激发一种新的电场——感生电场，它不是由电荷产生，而是由激发 3.如果电子带负电且沿逆时针方向运动，要使其加速，感生电场的方向应该是怎样的？ 提示：电子带负电，所受电场力方向与电场方向相反。若电子逆时针运动，要使其加速，电场力必须沿逆时针方向，因此感生电场方向应为顺时针。 4.根据楞次定律，什么样的磁场变化才能产生顺时针方向的感生电场？ 提示： 根据楞次定律，感生电场的方向总是阻碍引起它的磁通量变化。要产生顺时针方向的感生电场（即感应电流方向），需增强向上的磁通量，故磁场应由弱变强，即电磁铁电流由小变大。 【探究归纳】 1. 感生电场定义：变化的磁场在空间激发的电场，称为感生电场。 2. 感生电场来源：不是由电荷激发，而是由变化的磁场激发。 3. 感生电场作用：对导体中的自由电荷施加电场力，使其定向运动，产生感应电动势和感应电流。 4. 电子感应加速器原理：利用增强的磁场产生顺时针感生电场，使逆时针运动的电子持续加速。 【典例赏析】 [例1]（多选题）电子感应加速器是加速电子的一类常见加速器，结构示意主视图、俯视图如甲所示，上下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈中电流的大小、方向变化，产生的感生电场使电子加速，规定图甲中所示电流产生的磁场方向为正方向。磁极在真空室区域内产生磁感应强度大小为B=kt（k>0）的变化磁场，使电子逆时针加速，已知磁场随时间均匀变化时感生电场的大小，其中R为此时电子做圆周运动的轨迹半径，元电荷电晕为e，则下列说法正确的是（　　） A．电子绕真空室一圈，动能增量为 B．磁感应强度随时间线性减小时，电子也能被加速 C．若磁感应强度随时间按图丙所示规律变化，电子在加速器中全程均可被加速 D．若磁感应强度随时间按图丙所示规律变化，电子在加速器中仅在周期内可被加速 　【针对训练】 1（多选题）电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。若将其中的环形真空管内外不均匀的磁场，整体换成匀强磁场，如图所示，磁场方向垂直于真空管，磁感应强度随时间变化的关系式为（为大于0的常数），在真空管内产生如虚线所示的感生电场，虚线上各点电场强度大小相等。电子从距离环形真空管圆心的位置静止释放，若加速电子未达到高速，下列说法正确的是（　　） A．电子将沿逆时针方向加速 B．电子释放点处的电场强度大小是 C．电子可能做加速圆周运动 D．电子一定做加速近心运动 2．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。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室。图乙为真空室的俯视图，电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生变化的磁场，变化的磁场在环形真空室内感生出同心环状的感生电场，电子在感生电场的作用下被加速，并在洛伦兹力的作用下做圆周运动。已知电子的质量为、电荷量为，做圆周运动的轨道半径为。某段时间内，电磁体线圈产生的磁场方向向上，磁场分布如图甲所示，穿过电子圆形轨道平面的磁通量随时间变化的关系为（，且为已知量）。电子加速过程中忽略相对论效应。 （1）若在电子轨道上放置一等大的金属细圆环，求金属圆环的感生电动势； （2）求电子运动轨道处感生电场的场强大小； （3）求电子轨道处磁感应强度随时间的变化率。 探究2 涡流 【探究导入】 情境探究 家中使用的电磁炉在通电后能迅速加热铁锅，而锅体本身并不与火焰接触。这种加热方式不同于传统的煤气灶，它依靠电磁感应实现能量传递。同样，在变压器或电动机工作时，铁芯有时会发热，这并非设计目的，却不可避免地发生。 问题 1.为什么电磁炉能对铁锅加热，而对陶瓷碗却无效？ 提示：电磁炉下方线圈通入迅速变化的电流，产生变化的磁场，该磁场穿过上方的铁锅底部。由于铁锅是导体，变化的磁通量在其内部引发感应电流。而陶瓷碗不是导体，无法形成闭合电流，因此不发热。 2.铁锅底部并没有直接连接电源，为何会产生电流并发热？ 提示：根据电磁感应定律，只要穿过导体的磁通量发生变化，导体内就会产生感应电动势，进而驱动自由电子形成电流。铁锅处于变化磁场中，满足这一条件，故产生感应电流。 3.这种在金属内部自行形成的电流具有怎样的路径特征？ 提示：这种电流在金属内部呈闭合漩涡状流动，类似于水中漩涡，因此被称为涡电流，简称涡流。 4.变压器铁芯发热是否也由类似电流引起？这对设备有何影响？ 提示：变压器铁芯处于交变磁场中，同样会产生涡流，导致铁芯发热，造成电能浪费，并可能引发设备过热损坏。为减小涡流，常采用高电阻率材料或叠片结构铁芯。 【探究归纳】 1. 涡流定义：当穿过导体的磁通量发生变化时，导体内产生的闭合感应电流称为涡电流，简称涡流。 2. 涡流热效应：金属块中的涡流会产生热量，可用于真空冶炼炉熔化金属。 3. 涡流应用：电磁炉利用涡流使铁锅发热；探雷器和安检门通过检测金属中涡流引起的磁场变化来发现金属物品。 4. 涡流危害与抑制：电动机和变压器铁芯中涡流导致能量损耗和发热，可通过使用高电阻率材料（如硅钢）或互相绝缘的硅钢片叠成铁芯来减小涡流。 [例2]】流内检测技术是一项用来检测各种金属管道是否有破损的技术.检测仪在管道内运动及其工作原理剖面示意图如图所示，当激励线圈中通以正弦交流电时，金属管道壁内会产生涡流，涡流磁场会影响检测线圈的电流.以下有关涡流内检测仪的说法正确的是（　C　） A.检测线圈消耗功率等于激励线圈输入功率 B.在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测线圈的电流不变 C.在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测仪消耗功率将变大 D.当检测仪从金属管道完好处进入破损处检测时，管道壁中将产生更强的涡流 【针对训练】 3涡流效应可以用来检测金属材料中是否有裂隙、气泡。下图为涡流检测的示意图，激励线圈通变化的电流，从而在金属导体中感应出涡流。若金属导体中有气泡，会影响涡流大小，从而被激励线圈检测到。已知图示时刻激励线圈俯视看为顺时针电流，下列说法正确的是（　　） A．图示时刻激励线圈的电流在变小 B．图示时刻感应磁场方向向上 C．感应磁场与激励磁场的方向始终相反 D．激励线圈移动到导体内有气泡的区域上方时，金属导体中的涡流会增大 4．如图是一种电加热装置，当把一铁块放入线圈中且不接触线圈，稍等片刻，铁块就会烧得通红，小明同学由此做出了以下一些猜想，其中正确的是（　　） A．若把一干燥的木棍伸入线圈中，木棍会被烧着 B．若把一个铜块伸入线圈中，铜块的温度不会升高 C．线圈中电流越强，铁块升温更快 D．线圈中电流变化越快，铁块升温越快 探究3 电磁阻尼 【探究导入】 情境探究 乘坐电梯时，当电梯突然减速停止，我们会感到身体有向前冲的趋势。类似地，在电磁学中，当导体在磁场中运动时，也会出现一种“阻碍”其运动的现象。这种现象不仅存在于实验室中，也广泛应用于测量仪表和交通工具的制动系统。 问题 1.如图2.3-7所示，单匝线圈进入磁场区域的过程中，穿过线圈的磁通量如何变化？根据楞次定律，感应电流的方向应如何判断？ 提示：线圈下落进入磁场时，向下的磁通量增加。根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁通的增加，因此感应电流产生的磁场方向向上，与原磁场反向。由右手螺旋定则可知，感应电流方向为逆时针（俯视）。 2.根据右手螺旋定则和左手定则，该感应电流在磁场中所受安培力的方向是怎样的？ 提示：在磁场中的线圈下边部分有电流，方向向左，磁场垂直纸面向里，由左手定则可得安培力方向竖直向上 3.安培力对线圈的下落运动会产生什么影响？这种力是否改变了线圈的动能？ 提示： 安培力方向与线圈运动方向相反，对线圈起阻碍作用，使其下落加速度减小，动能增长变慢，相当于一种“电磁阻力”。 4.在磁电式仪表中，线圈绕在铝框上，当指针向右转动时，铝框内的磁通量如何变化？其中产生的感应电流方向如何？ 提示：指针向右转动时，铝框随线圈一起转动，穿过铝框的磁通量发生变化，产生感应电流。根据楞次定律，感应电流方向应阻碍相对运动，故在铝框中形成顺时针方向的电流（俯视）。 5.铝框受到的安培力会如何影响它的转动？这种作用对仪表读数有何意义？ 提示：感应电流在磁场中受安培力，其合力矩方向与转动方向相反，阻碍铝框继续转动，使指针快速稳定，避免反复摆动。 【探究归纳】 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，这种现象称为电磁阻尼。 [例3]】2026河北承德期中）如图所示，某实验装置由金属圆盘、条形永磁体组成，圆盘可绕中心竖直轴无摩擦自由转动，永磁体固定在圆盘竖直轴正下方，不计空气阻力。给圆盘一个初速度，圆盘会很快停下来，则下列说法正确的是（        ） A．圆盘转动时，圆盘内部会产生涡流 B．圆盘转动逐渐变慢最终停下，是电磁驱动作用的结果 C．若将圆盘换成绝缘塑料圆盘，圆盘仍会很快停下 D．电磁阻尼的本质是涡流在磁场中受安培力，阻碍相对运动 【针对训练】 5（2026湖北质检）磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，此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.关于该装置的下列说法正确的是（　BC　） A.刹车原理是电流的磁效应 B.过山车从进入停车区到停止的过程中，动能转化为电能，电能又转化为内能 C.过山车进入停车区的速度越大，刹车的阻力就越大 D.若将铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果 6．多选题）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。下列说法正确是（　　） A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势 B．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用 C．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用 探究4 电磁驱动 【探究导入】 情境探究 许多家用电器如洗衣机、电风扇内部都有电动机，它们通电后能够持续转动，带动机械部件工作。这些电动机的运转并不依赖直接的机械传动，而是通过磁场“无形地”推动内部结构旋转。这种现象背后隐藏着一种特殊的物理原理——电磁驱动。 问题 1.当蹄形磁体在铝框附近转动时，铝框是否也会跟着运动？观察到的现象说明了什么？ 提示： 实验中发现，当磁体转动时，原本静止的铝框也开始同向转动。这表明即使没有直接接触，磁场的变化也能引起导体的运动，说明存在一种非接触式的驱动力。 2.铝框本身不带电，为什么在变化的磁场中会产生电流？ 提示：虽然铝框整体不带电，但其内部自由电子可在变化的磁场中因磁通量改变而受到感生电场作用，形成闭合的感应电流，即涡流。这是法拉第电磁感应定律的表现：只要穿过导体回路的磁通量发生变化，就会产生感应电动势和电流。 3.感应电流在磁场中会受到什么力的作用？这个力如何影响铝框的运动状态？ 提示：铝框中的感应电流处于磁场中，根据安培力规律，载流导体在磁场中会受到力的作用，其方向由左手定则判断。这些力形成转矩，推动铝框跟随磁场转动，实现了从磁到场的机械运动传递。 4.如果磁体静止而铝框转动，是否也能产生类似效应？两者在物理本质上是否相同？ 提示：若铝框相对于静止磁体转动，同样会切割磁感线，产生感应电流并受安培力作用。虽然参考系不同，但相对运动导致磁通变化的本质一致，因此物理机制相同，都属于电磁感应与电磁驱动范畴。 【探究归纳】 1. 当磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流。 2. 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，这种作用称为电磁驱动。 3. 交流感应电动机利用电磁驱动原理工作，通过三相电源在线圈中产生旋转磁场，驱动内部导体转动。 电动机将电能转化为机械能。 [例4]】】（多选题）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 【针对训练】 7.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 8．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 【课堂自测·基础练】 1．《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 2．台风“贝碧嘉”登陆上海，中国自主研发的千吨阻尼器——“上海慧眼”（如图所示）摆动明显，保障了上海中心大厦的安全。“上海慧眼”采用了电涡流阻尼技术，永磁体形成的磁场与质量块一起摆动时，与其下方固定的导体板产生相对运动，从而在导体板中产生电涡流。关于该阻尼器，下列说法正确的是（　　） A．阻尼器的电涡流阻尼技术原理是电流的磁效应 B．振动稳定时，阻尼器的振动频率小于大厦的振动频率 C．阻尼器将机械能最终转化为内能 D．若将阻尼器下方的导体板换成木地板，对使用效果没有影响 3．如图所示，石锅鱼味道鲜美，不仅保留了食物的自然味道，还含有多种微量元素和矿物质。某种铁合金复合石锅在电磁炉上也能使用。已知电磁炉只能加热含有磁性材料的锅具。下列相关说法正确的是（　　） A．将该石锅换成陶瓷锅后也一定能通过电磁炉加热食物 B．电磁炉接电压合适的直流电源后也能正常加热该石锅内的食物 C．该石锅放置在电磁炉上能加热食物的原理是电磁感应现象 D．该石锅放置在电磁炉上能加热食物的原理是电流的磁效应 4．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． 5．如图所示，竖直平面内有一固定直导线水平放置，导线中通有恒定电流I，导线正下方有一个质量为m的铝质球，某时刻无初速释放铝球使其下落，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．小球下落过程机械能一定减小 B．小球下落过程机械能一定守恒 C．小球下落过程机械能一定增加 D．小球下落过程机械能先增加后不变 6．阻尼器是一种提供运动阻力，耗减运动能量的装置，也被称为避震器、减震器或阻尼装置。图为一同学设计的“涡流阻尼器”的原理图，一磁体通过细绳悬挂在铁架台上，在悬点的正下方放置一铜板。将磁体拉至左侧某一高度，让磁体由静止向下摆动，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．磁体还能回到原高度 B．磁体从左侧向下摆动的过程中，铜板受到向右的摩擦力 C．磁体向上摆动的过程中，铜板对地面的压力小于自身的重力 D．磁体运动到最低点时，铜板对地面的压力小于自身的重力 7．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 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．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 10．发电机是把机械能转化为电能的装置，其他动力作为机械驱动，对如图甲、乙所示的两类发电机，下列说法正确的是（　　） A．有一种发电机并不满足法拉第电磁感应定律 B．图甲是旋转电枢式发电机，图乙是旋转磁极式发电机 C．图甲所示的发电机可输出几千伏到几万伏的高压 D．发电机在实际运行过程中将机械能转化为电能的效率可达 【素养进阶·提升练】 1．（25-26高三上·黑龙江哈尔滨·期末）如图甲所示，一轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个体积很小的磁铁，在小磁铁正下方桌面上放置一个闭合的铜制线圈。将小磁铁向下拉到某一位置后释放，小磁铁将做阻尼振动，其位移x随时间t变化的图像如图乙所示，取竖直向上为正向。曲线上A、B两点连线与横轴平行，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．B时刻线圈中有顺时针（从上往下看）方向的电流 B．A时刻线圈对桌面的压力小于线圈的重力 C．小磁铁在A时刻的动能等于B时刻的动能 D．磁铁和弹簧组成的系统运动过程中机械能守恒 。 2．（多选）（25-26高二上·广东揭阳·月考）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。以下说法不正确的是（　　） A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势低 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．若圆盘初始转动方向相反则转速会增大 3．（25-26高二下·湖北孝感·月考）课本中有关电磁感应的四幅图，以下说法正确的是（　　） A．甲图中，真空冶炼炉利用炉体外线圈产生大量热量，从而冶炼金属 B．乙图中，蹄形磁体在顺时针方向转动时，铝框也会顺时针方向转动 C．丙图中，金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属 D．丁图中，磁电式仪表通过把线圈绕在铝框骨架上，工作时铝框起到电磁驱动的作用 4．（25-26高二上·陕西渭南·期末）下列关于电磁现象的说法中，正确的是（　　） A．图甲中，转动蹄形磁铁时，原来静止的铝框不会随磁铁转动 B．图乙中，金属线圈对条形磁铁的振动没有影响 C．图丙中，两个相同的小磁体由静止穿过等长的铝管和塑料管所用时间相等 D．图丁中，线圈通入高频交流电时，金属内部形成涡流产生大量热量使其熔化 5．（多选）（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·开学考试）关于下列图片的解释正确的是（　　） A．真空冶炼炉利用热传导的热量使金属熔化 B．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来减少涡流 C．使用电磁炉加热食物时使用陶瓷锅也可以 D．用来探测金属壳地雷的探雷器是利用涡流工作的 6．（多选）（25-26高二上·河北雄安·期末）关于教材中的四张图，下列说法中正确的是（　　） A．甲图，真空炉内待冶炼的金属中产生涡流，使金属自身熔化 B．乙图，转动蹄形磁体，会观察到放在下方的铝框反向转动 C．丙图，强磁铁从有竖直裂缝的铝管中下落，铝管内不会产生感应电动势 D．丁图，磁铁向右平移，桌面上静止的金属圆环有向右运动的趋势 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $