考向四 涡流、电磁阻尼和自感-2025年高考物理专题复习课件

(共40张PPT)
专题十一 电磁感应
考向四 涡流、电磁阻尼和自感
2025年高考物理专题复习资料
考点切片
考点1 涡流与电磁阻尼
1.（2024甘肃卷）工业上常利用感应电炉冶炼合金，装置如图所示。当
线圈中通有交变电流时，下列说法正确的是( )
B
A.金属中产生恒定感应电流
B.金属中产生交变感应电流
C.若线圈匝数增加，则金属中感应电流减小
D.若线圈匝数增加，则金属中感应电流不变
【解析】 当线圈中通有交变电流时,感应电炉金属内的磁通量也不断随之变化,
金属中产生交变感应电流。
若线圈的匝数增加,根据电磁感应定律可知,感应电动势将增大,金属中的感应电
流也随之增大。
跳跳学长有话说
情境化试题是新高考命题的一大趋势,通过创设真实情境,考查考生对知识的迁移应用能
力。本题以工业上冶炼合金的装置为情境,考查涡流和电磁感应等知识。考生在备考过
程中,要注重提升自己的模型建构能力和迁移应用能力。
2.（2024河北承德二模）如图所示为某种售货机硬币识别系统简图。虚线框内存在磁场，
从入口 进入的硬币沿斜面滚落，通过磁场区域后，由测速器测出速度大小，若其速度在
某一合适范围，挡板自动开启，硬币就会沿斜面进入接收装置；否则挡板 开启，硬
币进入另一个通道拒绝接收。下列说法不正确的是( )
B
A.磁场能使硬币的速度增大得更慢
B.如果没有磁场，则测速器示数会更小一些
C.硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力
D.由于磁场的作用，硬币的机械能减小
【解析】 根据题意可知,硬币进入磁场和离开磁场时,穿过硬币的磁通量
发生变化,硬币中产生感应电流,感应电流会阻碍硬币的相对运动,即硬币进入磁场的过程
会受到来自磁场的阻力,若磁场阻力大于硬币重力沿斜面的分力,硬币将做减速运动,若磁
场阻力等于硬币重力沿斜面的分力,硬币将匀速进入磁场,若磁场阻力小于硬币重力沿斜
面的分力,硬币继续加速运动,但速度增加变慢,综上所述,磁场能使硬币的速度增大得更慢,
如果没有磁场,则测速器示数会更大一些。
根据题意可知,硬币进入磁场和离开磁场时,穿过硬币的磁通量发生变化,硬币中产生
感应电流,感应电流会阻碍硬币的相对运动,对硬币做负功,使硬币的机械能减小。
本题选说法不正确的，故选B。
考点2 自感现象
3.（2023北京卷）如图所示， 是自感系数很大、电阻很小的线
圈，、是两个相同的小灯泡。开始时，开关 处于闭合状态，
灯微亮， 灯正常发光，断开开关( )
D
A.与同时熄灭 B.比 先熄灭
C.闪亮后再熄灭 D. 闪亮后再熄灭
【解析】 闭合微亮 线圈 的电阻很小,通过的电流较大
中产生反电动势→和构成新闭合回路→立即熄灭， 错
中原电流向右且减小通过的感应电流大于中原电流且逐渐减小→ 闪亮后逐渐熄灭
,D对
断开
跳跳学长有话说
自感线圈符合楞次定律,作用为阻碍线圈中原电流的变化,分为通电自感和断电自感,原电
流和感应电流的方向如图所示
觉醒集训
1.（2024北京东城区二模）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铜制线圈。将小磁铁从初始静止的位置向
下拉到某一位置后放开，小磁铁将做阻尼振动，位移随时间 变化的示意图如图乙所示
（初始静止位置为原点，向上为正方向，经时间，可认为振幅 衰减到零）。不计空
气阻力，下列说法正确的是( )
A. 的那些时刻线圈对桌面的压力小于
线圈的重力
B. 的那些时刻线圈中没有感应电流
C.更换电阻率更大的线圈，振幅 会更快地
衰减到零
D.增加线圈的匝数， 会减小，线圈产生的
焦耳热不变
√
【解析】 的时刻,磁铁远离线圈向上运动时,由楞次定律可知,磁铁对线圈有向
上的作用力,线圈对桌面的压力小于线圈重力；磁铁靠近线圈向下运动时,由楞次定律可
知,磁铁对线圈有向下的作用力,线圈对桌面的压力大于线圈重力。
的时刻,磁铁速度最大,穿过线圈的磁通量变化率最大,线圈中有感应电流。
更换电阻率更大的线圈,线圈中产生的感应电流会变小,磁场会变弱,对磁铁的阻碍作
用也会变弱,振幅 衰减到零的时间变长。
增加线圈的匝数,线圈中产生的感应电动势变大,感应电流变大,机械能很快就转化为
焦耳热, 会减小,由于系统的机械能不变,故线圈产生的焦耳热不变。
2.［多选］（2024陕西榆林三模）一铜盘可绕垂直于盘面的中心轴 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，灵敏电流计与电刷相连接。下列分析正确的是( )
AD
图甲
图乙
A.不接灵敏电流计时，图甲中的铜盘没有电磁阻尼
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、 处，灵敏电流计指针会发生偏转
D.若两电刷分别接触图甲中的铜盘边缘和中心 处，灵敏电流计指针会发生偏转
【解析】 题图甲中的铜盘在旋转过程中,会产生感应电动势且边缘电势较高
（【点拨】此时可将铜盘看成一根根铜棒排列而成,这些铜棒一端接在 点,另一端接在
边缘处,由左手定则可判断电势的高低。）,不接灵敏电流计时,没有电流产生,故不会产生
电磁阻尼。
题图乙中,处于磁场中的半个铜盘相当于电源,处于磁场外的半个铜盘相当于外电路,
回路中有感应电流产生,在磁场中的半个铜盘会受到安培力而阻碍铜盘旋转,有电磁阻尼。
题图甲中、 两点的电势相等,电势差为零,故灵敏电流计指针不会发生偏转。
题图甲中处电势高于处电势（【点拨】由右手定则可判断处和 处电势高
低。）,、 两点有电势差,灵敏电流计指针会发生偏转。
. .
3.［多选］（2025广东揭阳开学考试）如图
为某跑步机的测速原理图，绝缘橡胶带下面
固定有间距、长度均为
的两根水平平行金属导轨，导轨间矩形区域
内存在竖直向下的匀强磁场，两导轨左侧接
有 的定值电阻，橡胶带上嵌有长也为、间距也为 的平行铜棒，每根铜棒的
阻值均为 ，磁场区域中始终仅有一根铜棒与导轨接触良好且垂直，健身者在橡
胶带上跑步时带动橡胶带水平向右运动，当橡胶带以 的速度匀速运动时，理
想电压表的示数为 ，下列说法正确的是( )
A.铜棒切割磁感线产生的电动势为
B.磁场的磁感应强度大小为
C.每根铜棒每次通过磁场区域的过程中，通过的电荷量为
D.每根铜棒每次通过磁场区域的过程中，铜棒克服安培力做的功为
【解析】 橡胶带以 的速度匀速运动时,铜棒因切割磁感线而产生的
感应电动势大小为,理想电压表的示数为,可解得 ,
。
每根铜棒每次通过磁场区所用时间为,电流大小为 ,故通
过的电荷量为 。
铜棒通过磁场区时受到的安培力大小为 ,每根铜棒每次通过磁
场区时克服安培力做的功为 。
√
√
4.（2024辽宁大连期末）如图所示，在空间中存在两个相邻的有界匀强磁场，两磁场的
磁感应强度大小相等、方向相反，其宽度均为。正方形导体线框的对角线长也为 ，
线框在外力作用下从图示位置沿垂直于磁场方向匀速经过磁场区域，若规定逆时针方向
为感应电流的正方向，则能正确反映线圈经过磁场区域过程中产生的感应电流随时间变
化的图像是( )
A
A. B. C. D.
【解析】
在 过程中 线框右半部分进入左边磁场,有效切割长度随位移均匀增大,线圈在 位置有效
切割长度达到最大,电动势达到最大值,则有, ,根据右手定则
可得电流方向为逆时针方向
在 过程中 线框左半部分也进入左边磁场,有效切割长度随位移均匀减小,到 位置时有效
切割长度减小到零,电动势减小到零,感应电流为零,根据右手定则可得电流方
向为逆时针方向
在 过程中 线框右半部分进入右侧磁场,左半部分在左侧磁场,两部分切割磁感线的有效
切割长度都在增大,当到达位置时,有效切割长度都达到最大值 ,由右手定
则知两磁场中两部分感应电流（电动势）对线圈来说方向相同,都为顺时针
方向,则有,
在 过程中 有效切割长度随位移均匀减小,到 位置时有效切割长度减小到零,电动势减
小到零,感应电流为零,由右手定则知感应电流方向为顺时针方向
在 过程中 线框开始离开右方磁场,有效切割长度随位移均匀增大,线圈在 位置有效切
割长度达到最大,则有, ,由右手定则知感应电
流方向为逆时针方向
在 过程中 有效切割长度随位移均匀减小,到 位置时有效切割长度减小到零,电动势减
小到零,感应电流为零,由右手定则知感应电流方向为逆时针方向。故选A
跳跳学长传妙招
线框进出磁场时,磁场方向相反,则第一段和最后一段的感应电流同向,排除D。B、C选项
轴上、下面积不相等,排除。选A。
5.［多选］（2025黑龙江大庆一模）如图所示，空间中存在竖直向下的磁感应强度大小
为的匀强磁场，固定水平形导轨间距为，轨道左端连接一阻值为 的电阻，质量为
的导体棒置于导轨上距左端的位置，其接入回路的电阻为 。不计导轨的电阻，不
计导体棒与轨道间的摩擦。时刻以水平向右的初速度 从图示实线位置开始运
动，最终停在导轨上。在此过程中，下列说法正确的是( )
BCD
A.导体棒做匀减速直线运动且导体棒中感应电流的方
向为
B.电阻消耗的总电能为
C.导体棒停止位置距轨道左端距离为
D.若要使导体棒保持匀速直线运动，可使空间各处
满足
【解析】 根据右手定则,可判断出导体棒切割磁感线产生的感应电流方向为 ,
根据左手定则可以判断出导体棒受到向左的安培力,有,, ,
,联立可得 ,随着速度逐渐减小,加速度也减小,所以导体棒做加速度减小
的减速运动。
导体棒减速到0的过程中,安培力做的功等于整个电路产生的热量,根据能量守恒,有
,电阻消耗的总电能为 。
设导体棒运动过程中的位移为,通过导体棒横截面的电荷量为, ,
,可得,根据动量定理,有,可得 ,联
立可得,导体棒停止位置距轨道左端距离为 。
若导体棒做匀速直线运动,则导体棒中无电流,通过闭合回路的磁通量不发生变化,有
,整理 。
6.（2024河北卷）如图，边长为 的正方形
金属细框固定放置在绝缘水平面上，细框中
心处固定一竖直细导体轴。间距为 、
与水平面成 角的平行导轨通过导线分别
与细框及导体轴相连。导轨和细框分别处在与各自所在平面垂直的匀强磁场中，磁感应
强度大小均为。足够长的细导体棒在水平面内绕点以角速度 匀速转动，水平放
置在导轨上的导体棒始终静止。棒在转动过程中， 棒在所受安培力达到最大和
最小时均恰好能静止。已知棒在导轨间的电阻值为 ，电路中其余部分的电阻均不
计，棒始终与导轨垂直，各部分始终接触良好，不计空气阻力，重力加速度大小为 。
（1） 求 棒所受安培力的最大值和最小值；
【答案】 最大值为,最小值为
【解析】 由法拉第电磁感应定律可得 棒转动过程中产生的感应电动势的最大值为
此时棒中的电流为
故棒受到的最大安培力为
同理,感应电动势的最小值为
CD棒所受安培力的最小值为 。
（2） 锁定棒，推动棒下滑，撤去推力瞬间，棒的加速度大小为 ,所受安培力
大小等于（1）问中安培力的最大值，求 棒与导轨间的动摩擦因数。
【答案】
【解析】
7.（2023湖南卷）如图，两根足够长的光滑金属直导轨平行放置，导轨间距为 ，两导
轨及其所构成的平面均与水平面成 角，整个装置处于垂直于导轨平面斜向上的匀强磁
场中，磁感应强度大小为。现将质量均为的金属棒、 垂直导轨放置，每根金属棒
接入导轨之间的电阻均为 。运动过程中金属棒与导轨始终垂直且接触良好，金属棒始
终未滑出导轨，导轨电阻忽略不计，重力加速度为 。
（1） 先保持棒静止，将棒由静止释放，求棒匀速运动时的速度大小 ;
【答案】
【解析】 棒匀速运动时,设回路中电流为,对棒 分析,由平衡条件有
由法拉第电磁感应定律有感应电动势
由闭合电路欧姆定律有
联立解得 。
（2） 在（1）问中，当棒匀速运动时，再将棒由静止释放，求释放瞬间棒 的加速
度大小 ；
【答案】
【解析】 当棒匀速运动时,释放棒,分析可知,棒受到沿导轨向下的安培力,则释放棒
的瞬间,对棒 由牛顿第二定律有
又
解得 。
（3） 在（2）问中，从棒释放瞬间开始计时，经过时间 ，两棒恰好达到相同的速度
，求速度的大小，以及时间内棒相对棒运动的距离 。
【答案】
【解析】 设从释放棒到两棒速度相同过程中所受平均安培力大小为,对棒 ,由动量
定理有
对棒 ,由动量定理有
结合（1）中结果联立解得
设棒的速度为时产生的感应电动势为 ,则
同理设棒的速度为时产生的感应电动势为,则
棒中电流为
两棒所受安培力的大小均为
对棒 ,由动量定理有
对方程两侧求和,即
且,,
解得 。
觉醒原创
1.［多选］如图，在光滑的水平面内有宽度为 的足够长的匀强磁场，磁场两边界平行，
磁感应强度大小为，方向垂直于纸面向里。同一水平面内有一菱形的导线框 ，边
长为，电阻为，边与边的夹角为 ，且 边与磁场边界平行。导线框以恒定
的速度通过磁场区域，速度方向始终与导线框 边平行，在导线框通过磁场区域过
程中，下列说法正确的是( )
AD
A.导线框进入磁场过程中感应电流方向为
B.导线框进入磁场过程中受到的安培力方向与速度 方向相反
C.导线框从边运动到磁场上边界至 边运动到磁场下边界过程中通过导
线框导体横截面上的电荷量为
D.导线框穿过磁场整个过程中导线框中产生的热量为
【解析】 导线框进入磁场过程中,根据楞次定律可判定导线框中感应电流的方向为
。
根据左手定则可以判定进入磁场的过程中边受的安培力方向垂直于边向上,
边在磁场外不受力,边和 边受到的安培力方向大小相等、方向相反,所以导线框进入
磁场过程中受到的安培力方向垂直于边向上,而速度方向始终与 边平行,故两者方向
并不相反（【易错】本题中在判定安培力方向时学生容易错误地认为安培力方向总与相
对运动的方向相反,本题中要根据安培定则和左手定则具体判定安培力的方向。）。
根据几何关系可知,菱形导线框的面积 ,导线框进入磁场过
程中通过导线框导体横截面上的电荷量为 。
导线框穿过磁场整个过程中导线框产生的感应电动势为 ,
通过的时间为,整个过程产生热量为 。
2.如图甲所示，一宽度的形导轨固定于水平面上，导轨上 矩形区域内存
在竖直向下的匀强磁场，其磁感应强度随时间 变化的图像如图乙所示。磁场左右两
边界与之间的距离为，距磁场左边界距离 处固定一质量
的导体棒，其电阻 ，导体棒与导轨之间的动摩擦因数 。
一轻绳绕过定滑轮，一端与导体棒相连，另一端与质量 的物块相连，初始时
物块静止且距地面有一定高度，物块落地后会立即静止于地面上。在 时刻解除导
体棒的锁定，导体棒在轻绳的拉力作用下从静止开始沿导轨向右运动经过磁场区域，当
时刻导体棒以的速度从 离开导轨。若导体棒在运动过程中始终与
导轨垂直且接触良好，导体棒与定滑轮之间的轻绳保持水平，导轨电阻可忽略不计，物
块可视为质点，重力加速度大小取 。求:
图甲
图乙
（1） 导体棒刚进入磁场时的速度大小 ；
【答案】
【解析】 物块带动导体棒运动过程中,设绳上的拉力为,物块运动的加速度大小为 ,根
据牛顿第二定律,对物块有
对导体棒有
解得
导体棒在未进入磁场前一直做匀加速直线运动,运动位移为
根据运动学公式可得
解得 。
（2） 初始时物块距地面的高度 ；
【答案】
【解析】 导体棒在磁场外运动时间为
当时刻导体棒进入磁场,从图乙可知此时匀强磁场的磁感应强度大小为 ,
所以此时的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律,通过导体棒的电流为
导体棒受到的安培力为
安培力与滑动摩擦力的合力
因与 大小相等,所以导体棒进入磁场后在物块未落地之前一直做匀速直线运动
物块落地后导体棒开始做减速运动,设减速运动的位移为,运动的时间为
则有
设在减速运动过程中,通过导体棒的平均电流为
对导体棒根据动量定理有
平均感应电流为
位移
以上四式联立解得,
则物块距地面的高度 。
（3） 从初始时刻到导体棒从离开导轨这段时间内导体棒上产生的焦耳热 。
【答案】
【解析】 设导体棒进入磁场前磁场变化产生的感生电动势为
根据法拉第电磁感应定律有
此过程中导体棒产生热量为
导体棒在磁场中匀速运动过程产生热量为
导体棒在磁场中减速运动过程根据能量守恒定律有
解得
整个过程产生的热量 。