2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 重难突破讲义-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

2.3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动　【重难突破】 人教版（2019）选择性必修第二册 · 第二章 电磁感应 2.3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 【重难突破】 人教版（2019）选择性必修第二册　第二章　电磁感应 建议用时：45 分钟 题量：30 题 难度：★★★★☆ 版本：解析版 ▎学习目标 1．知道涡流是块状导体内部因电磁感应产生的涡旋状感应电流，了解涡流的产生原因，能举例说明涡流热效应、磁效应的应用及其危害的防止。 2．理解电磁阻尼的含义，能用楞次定律和安培力判断阻尼力的方向，了解其在磁电式电表等仪器中的应用。 3．理解电磁驱动的含义，知道导体“同向异步”跟随磁场运动的特点，了解感应电动机等典型应用。 4．能比较电磁阻尼与电磁驱动的异同，在真实情境中辨别并解释涡流、电磁阻尼和电磁驱动现象，提升模型建构与科学推理素养。 ▎课标与考情 【课标要求】通过实验了解涡流现象，知道涡流的利用与危害防止；了解电磁阻尼和电磁驱动，能运用电磁感应规律解释相关现象，了解其在生产生活中的应用。 【考情分析】高考常以选择题结合生活与科技情境（金属探测器、磁体穿铝管、感应电动机等），考查涡流方向、阻尼力与驱动力的判断及能量转化；以定性分析和现象辨析为主，难度中等。 ▎思维导图 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 涡流 成因：变化磁场使导体内部自成闭合回路 本质：特殊电磁感应，遵循法拉第、楞次定律 热效应：高频感应炉、电磁炉 磁效应：金属探测器、安检门 防止：绝缘硅钢片叠压、增大电阻 电磁阻尼 起因：导体相对磁场运动 安培力：方向与相对运动相反，阻碍运动 能量：机械能→电能→内能 应用：电表铝框、阻尼摆、涡流制动 电磁驱动 起因：磁场相对导体运动 安培力：方向与磁场运动同向，带动导体 特点：同向异步，导体速度小于磁场 应用：异步电动机、电能表铝盘、磁力联轴器 考向一　涡流现象的分析及应用 本考向围绕涡流现象展开，关键是理解涡流是块状导体内部因电磁感应产生的涡旋状感应电流，掌握涡流热效应、磁效应的应用及其危害防止，会用楞次定律判断涡流方向。 ▎知识梳理 1．涡流的定义：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体内部都会产生感应电流，这种电流在导体内部自成闭合回路，形状像水中的漩涡，叫作涡电流，简称涡流。 2．涡流的本质：涡流是一种特殊的电磁感应现象，遵循法拉第电磁感应定律和楞次定律；由于整块导体的电阻通常很小，所以涡流往往很大。 3．涡流的利用： （1）热效应：交变磁场在导体中激发涡流，利用涡流产生的焦耳热——高频感应炉可在真空中熔化金属，冶炼特种钢和高纯金属；电磁炉利用交变磁场在铁质锅底产生的涡流生热。 （2）磁效应：金属探测器、安检门、探雷器工作时，被测金属中产生涡流，涡流的磁场反过来作用于探测线圈，使仪器发出信号；还可用于涡流探伤。 4．涡流的危害与防止：变压器、电动机的铁芯处在变化磁场中，内部涡流使铁芯发热、损耗能量（涡流损耗），还会加速绝缘老化。 （1）增大回路电阻：铁芯不用整块金属，而用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，把涡流限制在狭窄的薄片内； （2）选用电阻率较大的硅钢等材料，进一步减小涡流。 图1　整块铁芯与叠片铁芯中的涡流对比 ▎重难诠释 1．涡流与一般感应电流的异同见下方对比表，关键区别在于涡流在块状导体内部自成闭合回路，而一般感应电流沿导线绕成的回路流动。 2．涡流现象的分析路径：变化的磁场→磁通量变化率→感应电动势→涡流→焦耳热（热效应）或安培力（磁效应）；涡流的方向由楞次定律判定。 比较项目 一般线圈中的感应电流 块状导体中的涡流 回路特点 由导线绕成的闭合回路 在导体内部自成闭合回路 产生条件 穿过回路的磁通量发生变化 变化磁场穿过块状导体（或导体相对磁场运动） 遵循规律 楞次定律、法拉第电磁感应定律 同样遵循楞次定律、法拉第电磁感应定律 主要效果 对外供电、导体受安培力 热效应（发热）与磁效应（受安培力） ▎生活·科技实例：金属探测器 金属探测器是涡流磁效应的典型应用：探测器内的线圈通以大小和方向快速变化的电流，产生迅速变化的磁场；当探测器靠近金属物体时，变化的磁场在金属内部感应出涡流，涡流产生的磁场又反过来作用于探测线圈，使仪器发出蜂鸣报警。考场、车站、机场安检及探雷、涡流探伤都利用这一原理；塑料等绝缘体内部没有可自由移动的电荷，不会产生涡流，因而不能报警。 图2　手持金属探测器，利用金属内部涡流的磁效应报警 ◆ 考点专练（第 1～5 题） 1．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，下列措施可行的有（　　） A．将金属杯换为陶瓷杯 B．增加线圈的匝数 C．取走线圈中的铁芯 D．交流电源换为直流电源 【答案】B 【解答】解：AB.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，增加线圈的匝数可以提高交流电产生的感应电动势，则感应电流的功率增大，使杯内的水沸腾所需的时间缩短；如果将金属杯换成陶瓷杯，则不能产生涡流使水加热，故A错误，B正确； C.取走线圈中的铁芯则使得线圈周围的磁场变弱，磁感应强度变化率减小，感应电动势变小，从而使杯内的水沸腾所需的时间反而延长，故C错误； D.交流电源换为直流电源，特别是恒定直流电源，因为无法产生电磁感应现象，不能使水加热，故D错误。 故选：B。 2．如图甲是高频焊接原理示意图，线圈内通以如图乙所示的高频交变电流，规定顺时针方向为正方向，则t1～t2时间内待焊接工件中的电流方向为（　　） A．顺时针 B．逆时针 C．先顺时针后逆时针 D．先逆时针后顺时针 【答案】A 【解答】解：在t1∼t2时间内，线圈电流从正的最大值（顺时针）减小到负的最大值（逆时针），由右手螺旋定则可知磁通量先“向里减小”，再“向外增大”，由楞次定律可知当磁通量“向里减小”时，感应电流的磁场需阻碍磁通量减小，因此感应磁场方向向里，当磁通量“向外增大”时，感应电流的磁场需阻碍磁通量增大，因此感应磁场方向仍向里，根据右手螺旋定则，“向里的感应磁场”对应工件中的感应电流方向为顺时针，故A正确，BCD错误。 故选：A。 3．涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示，线圈中通以一定频率的正弦交变电流，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法中正确的是（　　） A．涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化 B．涡流的频率小于通入线圈的交变电流频率 C．通电线圈和待测工件间存在恒定的作用力 D．待测工件可以是塑料或橡胶制品 【答案】A 【解答】解：A．根据楞次定律可知涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化，故A正确； B．感应电流的频率与原电流的频率是相同的，涡流的频率等于通入线圈的交流电频率，故B错误； C．因为线圈交流电是周期变化的，故在工件中引起的交流电也是周期性变化的，可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力，故C错误； D．电磁感应只能发生在金属物体上，故待测工件只能是金属制品，故D错误。 故选：A。 4．下列设备中工作原理与涡流无关的是（　　） A．冶炼炉 B．电磁炉 C．微波炉 D．金属探测器 【答案】C 【解答】解：冶炼炉、电磁炉和金属探测器的工作原理均与涡流有关；微波炉是利用微波进行工作的，与涡流无关。 故C正确，ABD错误。 故选：C。 5．如图所示，将绝缘导线绕在柱形铁块上，导线内通以交变电流，铁块内就会产生感应电流，即涡流。当线圈内部空间的磁感线方向竖直向上，在铁块内产生（自上而下观察）沿虚线顺时针方向的涡流方向时，下列说法正确的是（　　） A．绝缘导线中的电流正在减小 B．绝缘导线中的电流由b流向a C．为减小涡流，可以增大交变电流的频率 D．为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 【答案】D 【解答】解：AB、图中涡流为顺时针方向，根据安培定则可知，感应电流的磁场方向向下，与交变电流的磁场的方向相反，根据楞次定律可知绝缘导线中的电流正在增大；柱形铁块中磁场方向如图所示，根据安培定则可知，此时绝缘导线中的电流由a流向b，故AB错误； C、增大交变电流的频率，则电流产生的磁场的变化率增大，可增大导体内产生的感应电动势，所以会增加涡流，故C错误； D、在感应电动势的大小一定时要减小涡流，需要增大铁块电阻，根据电阻定律可知，可减小铁块的横截面积，故可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来，故D正确。 故选：D。 考向二　电磁阻尼现象的分析 本考向围绕电磁阻尼展开，核心是理解导体相对磁场运动时涡流所受安培力阻碍相对运动，会判断阻尼力方向，并了解其在电表、制动等方面的应用。 ▎知识梳理 1．电磁阻尼的定义：当导体在磁场中运动时，导体内部产生的涡流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体与磁场之间的相对运动，这种现象叫作电磁阻尼。 2．原理：由楞次定律，感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因——阻尼力（安培力）的方向与导体相对磁场的运动方向相反。 3．典型应用： （1）磁电式电流表：线圈绕在铝框上，指针摆动时铝框中产生涡流，电磁阻尼使指针迅速稳定在示数处，不致来回摆动； （2）电磁阻尼摆：整块金属摆在磁极之间摆动时很快停下；若在摆片上开出齿槽，涡流回路被切断，阻尼明显减弱（对比实验）； （3）磁悬浮列车、过山车的涡流制动，精密天平和感应式电能表中的阻尼装置。 图3　电磁阻尼摆：安培力方向与相对运动方向相反 ▎重难诠释 “阻碍”不是“阻止”：导体仍在运动，只是其机械能通过涡流转化为电能、再转化为内能而逐渐减小。 相对速度越大、磁场越强、导体电阻越小，阻尼作用越明显；导体与磁场相对静止时，涡流消失，阻尼力也随之消失。 ▎生活·科技实例：电涡流调谐质量阻尼器 电涡流调谐质量阻尼器（TMD）是电磁阻尼在高层建筑、大跨度桥梁中的前沿应用：当地震或大风使建筑晃动时，附加质量块与固定在主体上的永磁体（或导体板）之间产生相对运动，导体板内感应出涡流，涡流受到的安培力阻碍相对运动，把振动的机械能转化为电能、再转化为内能耗散掉，从而减小建筑的振动。它无接触、无机械摩擦、阻尼可靠，是“电磁阻尼”服务重大工程的典型实例。 图4　电涡流调谐质量阻尼器，利用电磁阻尼耗散建筑振动能量 ◆ 考点专练（第 6～10 题） 6．如图所示为四种利用磁场让金属圆筒减速的方案，A、C选项中圆筒开有沿轴线方向的窄缝，则减速效果最好的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解答】解：A、磁场方向与圆筒的转轴（轴线）平行，同时圆筒开有沿轴线方向的窄缝。当圆筒绕轴线转动时，筒壁上的金属部分几乎不会切割磁感线，无法形成有效的闭合感应回路，几乎不会产生涡流，因此电磁阻尼作用极弱，减速效果很差，故A错误； B、磁场方向同样与圆筒的转轴平行，完整的金属圆筒绕轴线转动时，筒壁的运动方向与磁感线方向近乎平行，几乎不会产生磁通量的变化，无法形成明显的感应涡流，电磁阻尼作用很弱，减速效果差，故B错误； C、磁场方向与圆筒的转轴垂直，但圆筒开有沿轴线方向的窄缝。窄缝破坏了筒壁周向的闭合导电回路，圆筒转动时即便部分区域切割磁感线，也无法形成大的周向感应涡流，只能产生很微弱的感应电流，电磁阻尼作用有限，减速效果不佳，故C错误； D、磁场方向与圆筒的转轴垂直，且圆筒是完整无窄缝的金属结构。当圆筒绕轴线转动时，筒壁的每一部分都会持续切割磁感线，在筒壁内部形成大面积的闭合感应涡流，强大的涡流会在磁场中受到显著的安培阻力（电磁阻尼），将圆筒的机械能高效转化为内能，因此减速效果最好，故D正确。 故选：D。 7．如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的实心铝盘。让磁铁在竖直面内从左边静止释放，虚线为释放位置的对称位置，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．磁铁由于电磁阻尼无法摆到虚线位置 B．磁铁由于电磁驱动会持续摆动 C．铝盘中的涡流总是排斥磁铁，对磁铁的作用力总是阻力 D．最终铝盘中涡流产生的焦耳热大于磁铁损失的重力势能 【答案】A 【解答】解：AB、结合楞次定律，感应电流总是阻碍磁铁的相对运动，磁铁无法摆到虚线位置，且最终会停止，故A正确，B错误； C、结合楞次定律，磁铁靠近铝线圈时受到斥力作用，远离铝线圈时受到引力作用，故C错误； D、结合能量守恒定律，最终铝盘中涡流产生的焦耳热等于磁铁损失的重力势能，故D错误。 故选：A。 8．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：将磁铁的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内，铝盘随即减速，如图所示。图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。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．磁铁与甲、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，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大 【答案】C 【解答】解：A、由题意可知，因圆形铝盘逆时针方向旋转，那么穿过铝盘甲区域的磁通量增大，根据楞次定律，可知，感应电流产生磁场与原来磁场方向相反，即垂直铝盘向外的磁场，故A错误； B、同理，因圆形铝盘逆时针方向旋转，那么穿过铝盘乙区域的磁通量减小，根据楞次定律，可知，感应电流产生磁场与原来磁场方向相同，即垂直铝盘向里的磁场，故B错误； C、依据楞次定律的”近斥远吸“，则有甲区域要靠近磁铁，则相互排斥，而乙区域要远离磁铁，则相互吸引，因此磁铁与感应电流之间的作用力，会使铝盘减速，故C正确； D、若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘的，故D错误； 故选：C。 9．如图为动感单车车轮处的结构示意图，金属飞轮外侧的磁铁与车轮不接触，但是飞轮转动时，磁铁会对飞轮产生电磁阻力。拉动旋钮拉线可改变飞轮与磁铁的间距。下列做法能使飞轮受到的电磁阻力增大的是 （　　） A．转速一定时，增大磁铁和飞轮之间的距离 B．转速一定时，减小磁铁和飞轮之间的距离 C．磁铁和飞轮间的距离一定时，减小飞轮转速 D．保持飞轮转速及磁铁与飞轮间距一定，将金属飞轮换为橡胶轮 【答案】B 【解答】解：AB、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A错误，B正确； 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，飞轮转速越小，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越小；飞轮受到的阻力越小，故C错误； D、橡胶轮无法产生电磁感应现象，将金属飞轮换为橡胶轮，阻力减小，故D错误。 故选：B。 10．如图所示，铝管竖直放置在水平桌面上，把一枚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，下列说法正确的是（　　） A．小磁体的机械能不变 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 【解答】解：B.磁体在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，出现安培力做负功现象，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，故B错误； AD.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，除部分转化为动能外，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AD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。 故选：C。 考向三　电磁驱动及阻尼与驱动的综合辨析 本考向围绕电磁驱动及阻尼与驱动的综合辨析展开，掌握“同向异步”的特点，能比较阻尼与驱动的异同，在真实情境中辨别相关现象。 ▎知识梳理 1．电磁驱动的定义：如果磁场相对于导体运动，导体中会产生涡流，涡流受到的安培力使导体跟着磁场运动起来，这种作用叫作电磁驱动。 2．原理：由楞次定律，安培力方向与磁场相对导体的运动方向相同，以“阻碍”磁场与导体之间的相对运动。 3．运动特点：导体与磁场运动方向相同，但导体的速度一定小于磁场的速度——若两者速度相等，就没有相对运动，导体中不再产生涡流，也就失去驱动力，即“同向异步”。 4．典型应用：感应（异步）电动机中，三相交变电流产生旋转磁场，穿过鼠笼式转子时产生涡流，安培力驱动转子转动；感应式电能表的铝盘、磁力联轴器和电磁离合器也是电磁驱动的应用。 图5　旋转磁场驱动鼠笼式转子（同向异步） ▎重难辨析 电磁阻尼与电磁驱动的共同点：两者都是电磁感应产生的涡流受到安培力的现象，都遵循楞次定律，安培力的效果都是阻碍“导体与磁场之间的相对运动”。 两者的区别只在于谁主动运动——导体动则为阻尼，磁场动则为驱动；具体异同见下方对比表。 比较项 电磁阻尼 电磁驱动 起因 导体相对磁场运动 磁场相对导体运动 安培力方向 与导体相对磁场的运动方向相反 与磁场相对导体的运动方向相同（带动导体） 运动结果 阻碍、减缓导体的相对运动 导体同向跟随，但速度小于磁场（异步） 能量转化 机械能→电能→内能 电能→机械能（同时有一部分转化为内能） 典型应用 电表铝框、阻尼摆、涡流制动 异步电动机、电能表铝盘、磁力联轴器 ▎生活·科技实例：鼠笼式转子（感应异步电动机） 鼠笼式转子是感应（异步）电动机的核心部件，是电磁驱动的典型应用：定子三相交变电流产生旋转磁场，磁场相对转子转动时，鼠笼转子的导体条中产生涡流，涡流受到的安培力带动转子跟随磁场同向转动；由于转子转速始终小于旋转磁场的转速（同向异步），两者保持相对运动，涡流和驱动力才得以持续。感应式电能表铝盘、磁力联轴器、电磁离合器也基于同样的原理。 图6　鼠笼式转子，旋转磁场通过电磁驱动带动转子转动 ◆ 考点专练（第 11～15 题） 11．下列与电磁感应有关的现象中说法正确的是（　　） A．甲图中，当蹄形磁体顺时针转动（从上往下看）时，铝框也将沿顺时针方向转动 B．乙图中，真空冶炼炉的线圈通入高频交流电时，线圈会产生大量热量使金属熔化 C．丙图中，磁电式仪表内部把线圈绕在铝框骨架上，起到电磁驱动的作用 D．丁图中，铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘的转速不变 【答案】A 【解答】解：A、当蹄形磁体顺时针转动（从上往下看）时，根据电磁感应原理，铝框中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁体的转动，所以铝框将沿顺时针方向转动，故A正确； B、真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，是线圈中变化的电流产生变化的磁场，使炉内金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化，从而冶炼金属，而不是线圈产生大量热量，故B错误； C、磁电式仪表中把线圈绕在铝框骨架上，当线圈转动时，铝框中会产生涡流，涡流的磁场会阻碍线圈的转动，起到电磁阻尼的作用，而不是电磁驱动，故C错误； D、图丁中，铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘中会产生涡流，涡流的磁场会阻碍磁体的相对运动，从而影响铜盘的转速，故D错误。 故选：A。 12．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k，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 【解答】解：A.根据电磁驱动原理，线框的转动方向与辐向磁场的转动方向相同，故A错误； BCD.设此线框的角速度大小为ω，根据法拉第电磁感应定律得感应电动势为： 感应电流为：I 线框AB与CD边所受安培力大小均为：F＝BIl 线框稳定转动时，由平衡条件得： F＝Ff＝kv＝kω，已知：k 联立解得：ω，E，F，故BD错误，C正确。 故选：C。 13．电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，发射线圈接入恒定电流也能实现手机充电 B．图乙中，电磁炉不能使用陶瓷锅，是因为陶瓷导热性能比金属差 C．图丙中，真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈会产生大量热量，从而冶炼金属 D．图丁中，电流表在运输时要用导线把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理 【答案】D 【解答】解：A．根据感应电流产生的条件可知，充电设备中的发射线圈通恒定电流，其产生的磁场是恒定的，不能使手机产生感应电流，不能实现无线充电。故A错误； B．电磁炉不能用陶瓷锅是因为陶瓷锅属于绝缘材料，不会产生涡流。故B错误； C．当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生交变磁场，被冶炼的金属产生涡流，产生大量的热从而冶炼金属。故C错误； D．电流表在运输时要用导线把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，D正确。 故选D。 14．下列四幅教材插图，属于电磁驱动应用的是（　　） A．甲：选用铝框做磁电式电表骨架 B．乙：利用真空冶炼炉来冶炼金属 C．丙：转动把手时蹄形磁铁两极间的铝框随之同向转动 D．丁：在运输灵敏电流表时用导线把两接线柱连在一起 【答案】C 【解答】解：A、甲：常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，铝框受安培阻力，使其很快停止摆动，属于电磁阻尼现象，故A错误； B、乙：给真空冶炼炉通入高频交流电，炉内的金属中会产生涡流，会产生大量热量，从而冶炼金属，故B错误； C、丙：当摇动手柄使得蹄形磁铁转动，导致铝框的磁通量发生变化，从而产生感应电流，受到安培力，铝框会同向转动，属于电磁驱动，故C正确； D、丁：微安表的表头在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，运输过程中导线转动切割磁感线产生感应电流，线圈受到的安培力会阻碍线框的转动，可以保护电表指针，这是利用了电磁阻尼原理，故D错误。 故选：C。 15．关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是（　　） A．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用 B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流 C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理 D．电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作 【答案】D 【解答】解：A、磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框在摆动时能产生感应电流，起电磁阻尼的作用，故A正确； B、真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流，故B正确； C、金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理，故C正确； D、电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音利用了电流的磁效应工作，故D错误； 本题选不正确的，故选：D。 ★ 综合培优检测 ★ 16．特雷门琴的扬声器结构如图所示，图a为侧面切面图，磁铁外圈为S极，中心横柱为N极，横柱上套着线圈，其正面图如图b所示。则（　　） A．扬声器主要应用了电磁感应现象 B．由图b可知，当线圈在横柱上运动时磁通量不变 C．扬声器正常使用时，可以作为纯电阻负载 D．外力驱动线圈周期性运动时，线圈会产生交变电流 【答案】D 【解答】解：A、特雷门琴扬声器工作时，是通电线圈在磁场中受安培力振动，将电信号转化为声信号，核心原理是安培力，不是电磁感应现象，故A错误； B、该结构磁场是从中心N极向外圈S极的辐射状磁场，线圈沿横柱运动时，所处位置的磁感应强度大小发生变化，穿过线圈的总磁通量会随之改变，故B错误； C、扬声器的线圈运动时会产生自感电动势，存在感抗，电能不仅转化为内能，还存在电磁感应效应，不能看作纯电阻负载，故C错误； D、根据法拉第电磁感应定律，外力驱动线圈周期性运动时，穿过线圈的磁通量周期性变化，会产生周期性变化的感应电动势，因此线圈中会产生交变电流，故D正确。 故选：D。 17．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，原来静止的铝框会受到电磁力的作用而反方向转动 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，在铝管中运动时间长 D．图丁中，线圈通入高频交流电时，冶炼炉中形成涡流产生大量热量使金属熔化 【答案】C 【解答】解：A.根据电磁驱动规律，铝框会跟随磁铁同方向转动以阻碍磁通量变化，并非反方向转动，故A错误； B.磁铁振动会使线圈产生感应电流，电磁阻尼会阻碍磁铁的振动，对振动存在明显影响，故B错误； C.小磁体下落时铝管内会产生涡流，电磁阻尼阻碍下落运动使其速度变慢，塑料管无涡流无阻碍作用，因此铝管中运动时间更长，故C正确； D.线圈通入高频交流电时，炉内金属内部产生强涡流，依靠电流热效应产生大量热量使金属熔化，故D错误。 故选：C。 18．关于电和磁，下列说法正确的是（　　） A．图甲，把一根柔软的金属弹簧悬挂起来，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，圆环由磁体N极向下平移到S极的过程中，圆环面内磁通量先减小后增大 C．图丙，铜片在磁铁两极间摆动时很快停下，这是磁铁对铜片的吸引作用 D．图丁，从上向下看，当蹄形磁体绕竖直轴OO′逆时针转动时，线圈也逆时针转动，且转速比磁体大 【答案】A 【解答】解：A.通电后弹簧的每一圈都相当于同向环形电流，相邻线圈相互吸引使弹簧收缩，下端离开水银断开电路，吸引力消失后弹簧下落重新接通电路，循环往复使弹簧上下振动，故A正确； B.圆环从N极向下平移到S极的过程中，磁通量先增大到N极位置的最大值，再减小到磁铁中点的最小值，随后又增大到S极位置的最大值，并非先减小后增大，故B错误； C.铜片在磁铁两极间摆动时受到的阻力，是铜片内产生的涡流在磁场中受到的电磁阻尼作用，并非磁铁对铜片的吸引，故C错误； D.蹄形磁体转动时线圈因电磁驱动同向转动，但线圈的转速一定小于磁体的转速，若二者转速相同则无相对运动，不会产生感应电流和驱动的安培力，故D错误。 故选：A。 19．如图，有一铜盘轻轻拨动后会绕转轴自由转动，如果转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但不与铜盘接触。下列说法正确的是（　　） A．铜盘匀速转动 B．铜盘中会产生涡流 C．铜盘由无数个同心圆环构成，不会发生电磁感应现象 D．上下交换磁极，铜盘会转得越来越快 【答案】B 【解答】解：A、安培力做负功，铜盘做减速转动，故A错误； B、导体在磁场中转动切割磁感线，产生感应电流，形成涡流，故B正确； C、会发生电磁感应，正是因此才产生涡流，故C错误； D、磁极交换只会改变涡流和安培力方向，依然是阻碍转动，铜盘仍会减速，故D错误。 故选：B。 20．物理课上老师做了这样一个实验，将一平整且厚度均匀的铜板固定在绝缘支架上，将一质量为m的永磁体放置在铜板的上端，t＝0时刻给永磁体一沿斜面向下的瞬时冲量，永磁体将沿斜面向下运动，如图甲所示。若永磁体下滑过程中所受的摩擦力f大小不变，且f＜mgsinθ（式中θ为铜板与水平面的夹角）。取地面为重力势能的零势面。则图乙中关于永磁体下滑过程中速率v、动能Ek、重力势能Ep、机械能E随时间t变化的图像一定错误的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解答】解：A．小磁铁下滑时由于涡流的产生会有阻尼作用，且随速度的增大而增大，所受的摩擦阻力不变，且由mgsinθ﹣f﹣f阻尼＝ma 随着小磁铁的加速下滑，阻尼作用增大，则加速度逐渐减小，v﹣t线的斜率减小，故A正确； B．若开始下滑时小磁铁满足mgsinθ﹣f﹣f阻尼＝0 则小磁铁匀速下滑，此时动能不变，故B正确； C．小磁铁下滑时重力势能逐渐减小，但是不会趋近于某一定值，故C错误； D．小磁铁下滑过程中，由于有电能产生，则机械能逐渐减小，若永磁铁向下做加速度减小的加速运动，则其机械能会减小得越来越快，故D正确。 本题要求选择错误的，故选：C。 21．下列四幅图的说法中正确的是（　　） A．图甲真空冶炼炉外的线圈通入高频交流电时，炉外线圈中会产生大量热量 B．图乙回旋加速器是利用磁场使带电粒子“转圈”、恒定电场进行加速的仪器 C．图丙毫安表运输时把正负接线柱用导线连在一起是利用电磁阻尼保护表头 D．图丁摇动手柄使蹄形磁铁转动，则铝框会和磁铁同向共速转动 【答案】C 【解答】解：A、图甲是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，在铁块中会产生涡流，铁块中就会产生大量热量，从而冶炼金属，故A错误； B、图乙是回旋加速器，带电粒子在恒定电场中加速后进入磁场中偏转，再进入电场中加速、进入磁场中偏转，最后由特殊的装置将粒子引出，所以电场为交变电场，故B错误； C、图丙是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，运输过程中线圈转动切割磁感线产生感应电流、产生安培力阻碍线框的转动，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，故C正确； D、由电磁驱动原理可知，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转得慢，即同向异步，和磁铁转得不一样快，故D错误。 故选：C。 22．如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一电荷量为+q的小球。现将磁感应强度随时间均匀增加，变化率为k，则小球在环上运动一周，涡旋电场对小球的作用力做功为（　　） A．0 B．πrqk C．πr2qk D． 【答案】C 【解答】解：根据法拉第电磁感应定律，环中产生的感应电动势为 小球在环上运动一周，涡旋电场对小球的作用力做功的大小为W＝qU 解得W＝πr2qk，故ABD错误，C正确。 故选：C。 23．一铜盘可绕垂直盘面的中心轴O旋转，图甲为铜盘整体在匀强磁场中，图乙为铜盘的一半在匀强磁场中，它们均顺时针旋转，两种情况中磁场均与盘面垂直，一灵敏电流计与电刷相连接。下列分析正确的是（　　） A．不接灵敏电流计时，图甲中的铜盘有电磁阻尼 B．不接灵敏电流计时，图乙中的铜盘没有电磁阻尼 C．若两电刷分别接触图甲中的铜盘边缘c、d处，灵敏电流计会发生偏转 D．若两电刷分别接触图甲中的铜盘边缘c和中心O处，灵敏电流计会发生偏转 【答案】D 【解答】解：A、图甲中的铜盘在旋转过程中，可看成是从中心O点到边缘各部分都切割磁感线，产生感应电动势，相当于电源，边缘是电源的正极，不接灵敏电流计时，没有电流产生，即没有电磁阻尼，故A错误； B、图乙中，处于磁场中一半的铜盘切割磁感线，产生感应电动势，相当于电源，处在磁场外的一半铜盘相当于外电路，构成闭合回路，产生电流，磁场中的铜盘受到安培力的作用，阻碍铜盘的转动，即有电磁阻尼，故B错误； C、若两电刷分别接触图甲中的铜盘边缘c、d处，可知c、d处的电势相等，电势差为零，灵敏电流计不会发生偏转，故C错误； D、若两电刷分别接触图甲中的铜盘边缘c和中心O处时，由右手定则可知，c处电势高于中心O处，即c、O两点有电势差，则灵敏电流计会发生偏转，故D正确。 故选：D。 24．下列与电磁感应有关的现象中说法正确的是（　　） A．甲图中，当蹄形磁体顺时针转动（从上往下看）时，铝框将沿顺时针方向转动 B．乙图中，真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈会产生大量热量使金属熔化，从而冶炼金属 C．丙图中磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，起到电磁驱动的作用 D．图丁中，铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘的转速不变 【答案】A 【解答】解：A、根据电磁驱动原理可知，当蹄形磁体顺时针转动（从上往下看）时，铝框也顺时针转动，故A正确； B、真空冶炼炉外线圈通入高频交流电时，周围空间产生高频磁场，炉内的金属内部就产生很强的涡流，从而冶炼金属，故B错误； C、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C错误； D、铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘中产生涡流，铜盘受到电磁阻尼作用，铜盘的转速变小，故D错误。 故选：A。 25．下列用电器中利用涡流产生热量的是（　　） A．真空冶炼炉 B．微波炉 C．电吹风 D．电热水壶 【答案】A 【解答】解：A、真空冶炼炉的工作原理是炉内的金属导体内产生涡流使其熔化，故A正确； B、微波炉的工作原理是通过磁控管产生微波，微波在烹调腔内形成均匀的微波电场，食物中的水分子在微波电场的作用下快速振动并产生热量，从而实现食物的加热，故B错误； C、电吹风的工作原理主要依赖于电动机驱动转子带动风叶旋转，当风叶旋转时，空气从进风口吸入，形成离心气流，再由风筒前嘴吹出，故C错误； D、当电热水壶接通电源后，电流通过加热元件产生热量，这些热量通过水胆传递给水，使水温逐渐升高，故D错误。 故选：A。 26．如图甲所示，把一枚磁性较强的圆柱形永磁体在铝管管口静止释放，磁体直径略小于管的内径。则磁体在管中（　　） A．做自由落体运动 B．加速度恒定 C．如图乙所示，换用一根有裂纹的铝管，运动比图甲中更慢 D．换用一根直径稍大的铝管，运动比图甲中更快 【答案】D 【解答】解：A、图甲中，磁体在铝管下落时，产生电磁感应，阻碍磁体与导体间的相对运动，所以不会做自由落体运动，故A错误； B、由楞次定律和法拉第电磁感应定律知，在电磁感应现象中产生的感应电流阻碍相对运动，所以刚开始磁体做加速下落，随速度的增大，阻碍力增大，当增大到与磁体的重力相等时，磁体匀速运动，故B错误； C、如图乙所示，换用一根有裂纹的铝管，由于断开，所以断开部分没有感应电流，所以相对甲图，阻碍作用小，则运动比图甲中快，故C错误； D、换用一根直径稍大的铝管，磁体外部空间大，所以磁通量变化率相对图甲小，产生的电动势小，感应电流小，阻碍作用小，所以运动比图甲中更快，故D正确。 故选：D。 27．某企业应用电磁感应产生的涡流加热金属产品，其工作原理图如图甲所示。线圈中通过的电流i与时间t的关系如图乙所示（图甲中所示的电流方向为正）。则置于线圈中的圆柱形金属导体在0﹣t1时间内产生的涡流（从左向右观察）（　　） A．顺时针方向，逐渐增大 B．顺时针方向，逐渐减小 C．逆时针方向，逐渐增大 D．逆时针方向，逐渐减小 【答案】C 【解答】解：在0﹣t1时间内，电流减小，图像斜率增大，感应电动势变大，感应电流变大，磁通量减小，根据楞次定律可以判断感应电流方向为逆时针方向，故ABD错误，C正确。 故选：C。 28．下列四幅图所涉及的物理知识说法正确的是（　　） A．图甲中雷达利用了X射线探测飞机 B．图乙中电磁炉加热食物是利用电磁波中的微波加热 C．图丙中漏电保护开关利用电磁感应原理 D．图丁中手持式金属探测器利用了红外线进行探测的 【答案】C 【解答】解：A、图甲中雷达利用无线电波的反射探测飞机，而非利用了X射线，故A错误； B、图乙中电磁炉加热食物是利用涡流加热，而非利用电磁波中的微波加热，故B错误； C、图丙中漏电保护开关利用电磁感应原理，故C正确； D、图丁中手持式金属探测器利用了涡流探测，故D错误。 故选：C。 29．如图，质量为1kg的方形铝管静置在足够大的绝缘水平面上，现使质量为2kg的条形磁铁（条形磁铁横截面比铝管管内横截面小）以v＝6m/s的水平初速度自左向右穿过铝管，忽略一切摩擦，不计管壁厚度。则（　　） A．磁铁穿过铝管过程中，铝管受到的安培力可能先水平向左后水平向右 B．磁铁穿过铝管后，铝管速度可能为5m/s C．磁铁穿过铝管时的速度不小于4m/s D．磁铁穿过铝管过程所产生的热量可能达到15J 【答案】C 【解答】解：A.磁铁穿过铝管的过程中，根据“来拒去留”的思路分析，铝管受到的安培力一直向右的方向，故A错误； B.根据题意，磁铁和铝管组成的系统在水平方向作用时满足动量守恒定律，规定向右的方向为正方向，有m磁v＝m磁v磁+m铝v铝，代入数据2×6＝2v磁+1×5，得v磁＝3.5m/s＜5m/s，不符合题意，故B错误； C.根据动量守恒定律，规定向右的方向为正方向，假设磁铁和铝管共速，有m磁v＝（m磁+m铝）v共，代入数据解得v共＝4m/s，题中给定的条件是磁铁穿过铝管，说明磁铁的速度要大于这个速度，铝管的速度就会小于这个速度，故C正确； D.假设磁铁和铝管最终共速，则产生的热量最多，此时产生的热量为Qmm磁v2（m磁+m铝），代入数据解得Qm＝12J，实际上因为磁铁穿过了铝管，故能量损失没有达到12J，所以产生的热量也不可能大于12J，故D错误。 故选：C。 30．如图所示，新能源汽车由地面供电装置（主要装置是发射线圈，并直接连接家用电源）将电能传送至轿车底部的感应装置（主要装置是接收线圈，并连接充电电池），对车载电池进行充电。则（　　） A．增大发射线圈与接收线圈的间距，接收线圈中感应电流的频率不变 B．发射线圈和接收线圈的磁通量变化率相等 C．为了保护接收线圈不受损坏，可在接收线圈下再加装一个金属护板 D．增大发射线圈与接收线圈的间距，发射线圈与接收线圈两端电压之比不变 【答案】A 【解答】解：A.发射线圈与接收线圈中的磁通量变化的频率相同，增大发射线圈与接收线圈的间距，接收线圈电流的频率不变，故A正确； B.由感应装置与供电装置的工作原理可知，非理想状态下由于能量损耗供电线圈和感应线圈的磁通量变化率不等，故B错误； C.如果在车底加装一个金属护板，金属护板会产生涡流，损耗能量，同时屏蔽电磁场，使接收线圈无法产生感应电流，故C错误； D.增大发射线圈与接收线圈的间距，则通过接收线圈的磁通量减小，根据 E＝n 发射线圈与接收线圈两端电压之比变大，故D错误。 故选：A。 重难突破系列 · 人教版（2019）选择性必修第二册 · 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $2.3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动　【重难突破】 人教版（2019）选择性必修第二册 · 第二章 电磁感应 2.3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 【重难突破】 人教版（2019）选择性必修第二册　第二章　电磁感应 建议用时：45 分钟 题量：30 题 难度：★★★★☆ 版本：原卷版 ▎学习目标 1．知道涡流是块状导体内部因电磁感应产生的涡旋状感应电流，了解涡流的产生原因，能举例说明涡流热效应、磁效应的应用及其危害的防止。 2．理解电磁阻尼的含义，能用楞次定律和安培力判断阻尼力的方向，了解其在磁电式电表等仪器中的应用。 3．理解电磁驱动的含义，知道导体“同向异步”跟随磁场运动的特点，了解感应电动机等典型应用。 4．能比较电磁阻尼与电磁驱动的异同，在真实情境中辨别并解释涡流、电磁阻尼和电磁驱动现象，提升模型建构与科学推理素养。 ▎课标与考情 【课标要求】通过实验了解涡流现象，知道涡流的利用与危害防止；了解电磁阻尼和电磁驱动，能运用电磁感应规律解释相关现象，了解其在生产生活中的应用。 【考情分析】高考常以选择题结合生活与科技情境（金属探测器、磁体穿铝管、感应电动机等），考查涡流方向、阻尼力与驱动力的判断及能量转化；以定性分析和现象辨析为主，难度中等。 ▎思维导图 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 涡流 成因：变化磁场使导体内部自成闭合回路 本质：特殊电磁感应，遵循法拉第、楞次定律 热效应：高频感应炉、电磁炉 磁效应：金属探测器、安检门 防止：绝缘硅钢片叠压、增大电阻 电磁阻尼 起因：导体相对磁场运动 安培力：方向与相对运动相反，阻碍运动 能量：机械能→电能→内能 应用：电表铝框、阻尼摆、涡流制动 电磁驱动 起因：磁场相对导体运动 安培力：方向与磁场运动同向，带动导体 特点：同向异步，导体速度小于磁场 应用：异步电动机、电能表铝盘、磁力联轴器 考向一　涡流现象的分析及应用 本考向围绕涡流现象展开，关键是理解涡流是块状导体内部因电磁感应产生的涡旋状感应电流，掌握涡流热效应、磁效应的应用及其危害防止，会用楞次定律判断涡流方向。 ▎知识梳理 1．涡流的定义：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体内部都会产生感应电流，这种电流在导体内部自成闭合回路，形状像水中的漩涡，叫作涡电流，简称涡流。 2．涡流的本质：涡流是一种特殊的电磁感应现象，遵循法拉第电磁感应定律和楞次定律；由于整块导体的电阻通常很小，所以涡流往往很大。 3．涡流的利用： （1）热效应：交变磁场在导体中激发涡流，利用涡流产生的焦耳热——高频感应炉可在真空中熔化金属，冶炼特种钢和高纯金属；电磁炉利用交变磁场在铁质锅底产生的涡流生热。 （2）磁效应：金属探测器、安检门、探雷器工作时，被测金属中产生涡流，涡流的磁场反过来作用于探测线圈，使仪器发出信号；还可用于涡流探伤。 4．涡流的危害与防止：变压器、电动机的铁芯处在变化磁场中，内部涡流使铁芯发热、损耗能量（涡流损耗），还会加速绝缘老化。 （1）增大回路电阻：铁芯不用整块金属，而用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，把涡流限制在狭窄的薄片内； （2）选用电阻率较大的硅钢等材料，进一步减小涡流。 图1　整块铁芯与叠片铁芯中的涡流对比 ▎重难诠释 1．涡流与一般感应电流的异同见下方对比表，关键区别在于涡流在块状导体内部自成闭合回路，而一般感应电流沿导线绕成的回路流动。 2．涡流现象的分析路径：变化的磁场→磁通量变化率→感应电动势→涡流→焦耳热（热效应）或安培力（磁效应）；涡流的方向由楞次定律判定。 比较项目 一般线圈中的感应电流 块状导体中的涡流 回路特点 由导线绕成的闭合回路 在导体内部自成闭合回路 产生条件 穿过回路的磁通量发生变化 变化磁场穿过块状导体（或导体相对磁场运动） 遵循规律 楞次定律、法拉第电磁感应定律 同样遵循楞次定律、法拉第电磁感应定律 主要效果 对外供电、导体受安培力 热效应（发热）与磁效应（受安培力） ▎生活·科技实例：金属探测器 金属探测器是涡流磁效应的典型应用：探测器内的线圈通以大小和方向快速变化的电流，产生迅速变化的磁场；当探测器靠近金属物体时，变化的磁场在金属内部感应出涡流，涡流产生的磁场又反过来作用于探测线圈，使仪器发出蜂鸣报警。考场、车站、机场安检及探雷、涡流探伤都利用这一原理；塑料等绝缘体内部没有可自由移动的电荷，不会产生涡流，因而不能报警。 图2　手持金属探测器，利用金属内部涡流的磁效应报警 ◆ 考点专练（第 1～5 题） 1．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，下列措施可行的有（　　） A．将金属杯换为陶瓷杯 B．增加线圈的匝数 C．取走线圈中的铁芯 D．交流电源换为直流电源 2．如图甲是高频焊接原理示意图，线圈内通以如图乙所示的高频交变电流，规定顺时针方向为正方向，则t1～t2时间内待焊接工件中的电流方向为（　　） A．顺时针 B．逆时针 C．先顺时针后逆时针 D．先逆时针后顺时针 3．涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示，线圈中通以一定频率的正弦交变电流，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法中正确的是（　　） A．涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化 B．涡流的频率小于通入线圈的交变电流频率 C．通电线圈和待测工件间存在恒定的作用力 D．待测工件可以是塑料或橡胶制品 4．下列设备中工作原理与涡流无关的是（　　） A．冶炼炉 B．电磁炉 C．微波炉 D．金属探测器 5．如图所示，将绝缘导线绕在柱形铁块上，导线内通以交变电流，铁块内就会产生感应电流，即涡流。当线圈内部空间的磁感线方向竖直向上，在铁块内产生（自上而下观察）沿虚线顺时针方向的涡流方向时，下列说法正确的是（　　） A．绝缘导线中的电流正在减小 B．绝缘导线中的电流由b流向a C．为减小涡流，可以增大交变电流的频率 D．为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 考向二　电磁阻尼现象的分析 本考向围绕电磁阻尼展开，核心是理解导体相对磁场运动时涡流所受安培力阻碍相对运动，会判断阻尼力方向，并了解其在电表、制动等方面的应用。 ▎知识梳理 1．电磁阻尼的定义：当导体在磁场中运动时，导体内部产生的涡流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体与磁场之间的相对运动，这种现象叫作电磁阻尼。 2．原理：由楞次定律，感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因——阻尼力（安培力）的方向与导体相对磁场的运动方向相反。 3．典型应用： （1）磁电式电流表：线圈绕在铝框上，指针摆动时铝框中产生涡流，电磁阻尼使指针迅速稳定在示数处，不致来回摆动； （2）电磁阻尼摆：整块金属摆在磁极之间摆动时很快停下；若在摆片上开出齿槽，涡流回路被切断，阻尼明显减弱（对比实验）； （3）磁悬浮列车、过山车的涡流制动，精密天平和感应式电能表中的阻尼装置。 图3　电磁阻尼摆：安培力方向与相对运动方向相反 ▎重难诠释 “阻碍”不是“阻止”：导体仍在运动，只是其机械能通过涡流转化为电能、再转化为内能而逐渐减小。 相对速度越大、磁场越强、导体电阻越小，阻尼作用越明显；导体与磁场相对静止时，涡流消失，阻尼力也随之消失。 ▎生活·科技实例：电涡流调谐质量阻尼器 电涡流调谐质量阻尼器（TMD）是电磁阻尼在高层建筑、大跨度桥梁中的前沿应用：当地震或大风使建筑晃动时，附加质量块与固定在主体上的永磁体（或导体板）之间产生相对运动，导体板内感应出涡流，涡流受到的安培力阻碍相对运动，把振动的机械能转化为电能、再转化为内能耗散掉，从而减小建筑的振动。它无接触、无机械摩擦、阻尼可靠，是“电磁阻尼”服务重大工程的典型实例。 图4　电涡流调谐质量阻尼器，利用电磁阻尼耗散建筑振动能量 ◆ 考点专练（第 6～10 题） 6．如图所示为四种利用磁场让金属圆筒减速的方案，A、C选项中圆筒开有沿轴线方向的窄缝，则减速效果最好的是（　　） A． B． C． D． 7．如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的实心铝盘。让磁铁在竖直面内从左边静止释放，虚线为释放位置的对称位置，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．磁铁由于电磁阻尼无法摆到虚线位置 B．磁铁由于电磁驱动会持续摆动 C．铝盘中的涡流总是排斥磁铁，对磁铁的作用力总是阻力 D．最终铝盘中涡流产生的焦耳热大于磁铁损失的重力势能 8．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：将磁铁的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内，铝盘随即减速，如图所示。图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。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．磁铁与甲、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，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大 9．如图为动感单车车轮处的结构示意图，金属飞轮外侧的磁铁与车轮不接触，但是飞轮转动时，磁铁会对飞轮产生电磁阻力。拉动旋钮拉线可改变飞轮与磁铁的间距。下列做法能使飞轮受到的电磁阻力增大的是 （　　） A．转速一定时，增大磁铁和飞轮之间的距离 B．转速一定时，减小磁铁和飞轮之间的距离 C．磁铁和飞轮间的距离一定时，减小飞轮转速 D．保持飞轮转速及磁铁与飞轮间距一定，将金属飞轮换为橡胶轮 10．如图所示，铝管竖直放置在水平桌面上，把一枚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，下列说法正确的是（　　） A．小磁体的机械能不变 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 考向三　电磁驱动及阻尼与驱动的综合辨析 本考向围绕电磁驱动及阻尼与驱动的综合辨析展开，掌握“同向异步”的特点，能比较阻尼与驱动的异同，在真实情境中辨别相关现象。 ▎知识梳理 1．电磁驱动的定义：如果磁场相对于导体运动，导体中会产生涡流，涡流受到的安培力使导体跟着磁场运动起来，这种作用叫作电磁驱动。 2．原理：由楞次定律，安培力方向与磁场相对导体的运动方向相同，以“阻碍”磁场与导体之间的相对运动。 3．运动特点：导体与磁场运动方向相同，但导体的速度一定小于磁场的速度——若两者速度相等，就没有相对运动，导体中不再产生涡流，也就失去驱动力，即“同向异步”。 4．典型应用：感应（异步）电动机中，三相交变电流产生旋转磁场，穿过鼠笼式转子时产生涡流，安培力驱动转子转动；感应式电能表的铝盘、磁力联轴器和电磁离合器也是电磁驱动的应用。 图5　旋转磁场驱动鼠笼式转子（同向异步） ▎重难辨析 电磁阻尼与电磁驱动的共同点：两者都是电磁感应产生的涡流受到安培力的现象，都遵循楞次定律，安培力的效果都是阻碍“导体与磁场之间的相对运动”。 两者的区别只在于谁主动运动——导体动则为阻尼，磁场动则为驱动；具体异同见下方对比表。 比较项 电磁阻尼 电磁驱动 起因 导体相对磁场运动 磁场相对导体运动 安培力方向 与导体相对磁场的运动方向相反 与磁场相对导体的运动方向相同（带动导体） 运动结果 阻碍、减缓导体的相对运动 导体同向跟随，但速度小于磁场（异步） 能量转化 机械能→电能→内能 电能→机械能（同时有一部分转化为内能） 典型应用 电表铝框、阻尼摆、涡流制动 异步电动机、电能表铝盘、磁力联轴器 ▎生活·科技实例：鼠笼式转子（感应异步电动机） 鼠笼式转子是感应（异步）电动机的核心部件，是电磁驱动的典型应用：定子三相交变电流产生旋转磁场，磁场相对转子转动时，鼠笼转子的导体条中产生涡流，涡流受到的安培力带动转子跟随磁场同向转动；由于转子转速始终小于旋转磁场的转速（同向异步），两者保持相对运动，涡流和驱动力才得以持续。感应式电能表铝盘、磁力联轴器、电磁离合器也基于同样的原理。 图6　鼠笼式转子，旋转磁场通过电磁驱动带动转子转动 ◆ 考点专练（第 11～15 题） 11．下列与电磁感应有关的现象中说法正确的是（　　） A．甲图中，当蹄形磁体顺时针转动（从上往下看）时，铝框也将沿顺时针方向转动 B．乙图中，真空冶炼炉的线圈通入高频交流电时，线圈会产生大量热量使金属熔化 C．丙图中，磁电式仪表内部把线圈绕在铝框骨架上，起到电磁驱动的作用 D．丁图中，铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘的转速不变 12．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k，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 13．电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，发射线圈接入恒定电流也能实现手机充电 B．图乙中，电磁炉不能使用陶瓷锅，是因为陶瓷导热性能比金属差 C．图丙中，真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈会产生大量热量，从而冶炼金属 D．图丁中，电流表在运输时要用导线把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理 14．下列四幅教材插图，属于电磁驱动应用的是（　　） A．甲：选用铝框做磁电式电表骨架 B．乙：利用真空冶炼炉来冶炼金属 C．丙：转动把手时蹄形磁铁两极间的铝框随之同向转动 D．丁：在运输灵敏电流表时用导线把两接线柱连在一起 15．关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是（　　） A．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用 B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流 C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理 D．电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作 ★ 综合培优检测 ★ 16．特雷门琴的扬声器结构如图所示，图a为侧面切面图，磁铁外圈为S极，中心横柱为N极，横柱上套着线圈，其正面图如图b所示。则（　　） A．扬声器主要应用了电磁感应现象 B．由图b可知，当线圈在横柱上运动时磁通量不变 C．扬声器正常使用时，可以作为纯电阻负载 D．外力驱动线圈周期性运动时，线圈会产生交变电流 17．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，原来静止的铝框会受到电磁力的作用而反方向转动 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，在铝管中运动时间长 D．图丁中，线圈通入高频交流电时，冶炼炉中形成涡流产生大量热量使金属熔化 18．关于电和磁，下列说法正确的是（　　） A．图甲，把一根柔软的金属弹簧悬挂起来，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，圆环由磁体N极向下平移到S极的过程中，圆环面内磁通量先减小后增大 C．图丙，铜片在磁铁两极间摆动时很快停下，这是磁铁对铜片的吸引作用 D．图丁，从上向下看，当蹄形磁体绕竖直轴OO′逆时针转动时，线圈也逆时针转动，且转速比磁体大 19．如图，有一铜盘轻轻拨动后会绕转轴自由转动，如果转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但不与铜盘接触。下列说法正确的是（　　） A．铜盘匀速转动 B．铜盘中会产生涡流 C．铜盘由无数个同心圆环构成，不会发生电磁感应现象 D．上下交换磁极，铜盘会转得越来越快 20．物理课上老师做了这样一个实验，将一平整且厚度均匀的铜板固定在绝缘支架上，将一质量为m的永磁体放置在铜板的上端，t＝0时刻给永磁体一沿斜面向下的瞬时冲量，永磁体将沿斜面向下运动，如图甲所示。若永磁体下滑过程中所受的摩擦力f大小不变，且f＜mgsinθ（式中θ为铜板与水平面的夹角）。取地面为重力势能的零势面。则图乙中关于永磁体下滑过程中速率v、动能Ek、重力势能Ep、机械能E随时间t变化的图像一定错误的是（　　） A． B． C． D． 21．下列四幅图的说法中正确的是（　　） A．图甲真空冶炼炉外的线圈通入高频交流电时，炉外线圈中会产生大量热量 B．图乙回旋加速器是利用磁场使带电粒子“转圈”、恒定电场进行加速的仪器 C．图丙毫安表运输时把正负接线柱用导线连在一起是利用电磁阻尼保护表头 D．图丁摇动手柄使蹄形磁铁转动，则铝框会和磁铁同向共速转动 22．如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一电荷量为+q的小球。现将磁感应强度随时间均匀增加，变化率为k，则小球在环上运动一周，涡旋电场对小球的作用力做功为（　　） A．0 B．πrqk C．πr2qk D． 23．一铜盘可绕垂直盘面的中心轴O旋转，图甲为铜盘整体在匀强磁场中，图乙为铜盘的一半在匀强磁场中，它们均顺时针旋转，两种情况中磁场均与盘面垂直，一灵敏电流计与电刷相连接。下列分析正确的是（　　） A．不接灵敏电流计时，图甲中的铜盘有电磁阻尼 B．不接灵敏电流计时，图乙中的铜盘没有电磁阻尼 C．若两电刷分别接触图甲中的铜盘边缘c、d处，灵敏电流计会发生偏转 D．若两电刷分别接触图甲中的铜盘边缘c和中心O处，灵敏电流计会发生偏转 24．下列与电磁感应有关的现象中说法正确的是（　　） A．甲图中，当蹄形磁体顺时针转动（从上往下看）时，铝框将沿顺时针方向转动 B．乙图中，真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈会产生大量热量使金属熔化，从而冶炼金属 C．丙图中磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，起到电磁驱动的作用 D．图丁中，铜盘在转动过程中，当手持蹄形磁体靠近铜盘时，铜盘的转速不变 25．下列用电器中利用涡流产生热量的是（　　） A．真空冶炼炉 B．微波炉 C．电吹风 D．电热水壶 26．如图甲所示，把一枚磁性较强的圆柱形永磁体在铝管管口静止释放，磁体直径略小于管的内径。则磁体在管中（　　） A．做自由落体运动 B．加速度恒定 C．如图乙所示，换用一根有裂纹的铝管，运动比图甲中更慢 D．换用一根直径稍大的铝管，运动比图甲中更快 27．某企业应用电磁感应产生的涡流加热金属产品，其工作原理图如图甲所示。线圈中通过的电流i与时间t的关系如图乙所示（图甲中所示的电流方向为正）。则置于线圈中的圆柱形金属导体在0﹣t1时间内产生的涡流（从左向右观察）（　　） A．顺时针方向，逐渐增大 B．顺时针方向，逐渐减小 C．逆时针方向，逐渐增大 D．逆时针方向，逐渐减小 28．下列四幅图所涉及的物理知识说法正确的是（　　） A．图甲中雷达利用了X射线探测飞机 B．图乙中电磁炉加热食物是利用电磁波中的微波加热 C．图丙中漏电保护开关利用电磁感应原理 D．图丁中手持式金属探测器利用了红外线进行探测的 29．如图，质量为1kg的方形铝管静置在足够大的绝缘水平面上，现使质量为2kg的条形磁铁（条形磁铁横截面比铝管管内横截面小）以v＝6m/s的水平初速度自左向右穿过铝管，忽略一切摩擦，不计管壁厚度。则（　　） A．磁铁穿过铝管过程中，铝管受到的安培力可能先水平向左后水平向右 B．磁铁穿过铝管后，铝管速度可能为5m/s C．磁铁穿过铝管时的速度不小于4m/s D．磁铁穿过铝管过程所产生的热量可能达到15J 30．如图所示，新能源汽车由地面供电装置（主要装置是发射线圈，并直接连接家用电源）将电能传送至轿车底部的感应装置（主要装置是接收线圈，并连接充电电池），对车载电池进行充电。则（　　） A．增大发射线圈与接收线圈的间距，接收线圈中感应电流的频率不变 B．发射线圈和接收线圈的磁通量变化率相等 C．为了保护接收线圈不受损坏，可在接收线圈下再加装一个金属护板 D．增大发射线圈与接收线圈的间距，发射线圈与接收线圈两端电压之比不变 重难突破系列 · 人教版（2019）选择性必修第二册 · 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $