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3．涡流 电磁阻尼 电磁驱动
第二章 电磁感应及其应用
必备知识·自主预习储备
知识点一 涡流
1．定义：由于________，在大块金属内产生的像水中漩涡样的____电流。
2．特点：金属块中的涡流会产生______。
3．应用
如__________、电磁炉。
电磁感应
感应
焦耳热
高频感应炉
4．防止
电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致能量浪费，损坏电器。
用相互绝缘的________叠成的铁芯代替整个硅铁芯。
思考 涡流在金属内的分布是均匀的吗？
提示：不是均匀分布的，越靠近金属表面层电流越大。
薄硅钢片
知识点二 电磁阻尼和电磁制动
1．电磁阻尼：当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流，感应电流会使导体受到______，安培力总是____导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。
2．电磁阻尼的应用：磁电式电表中利用________使指针迅速停止到某位置，便于读数。磁电式电表在运输过程中将____________短路，既可避免指针因摆动剧烈而____，又减小____处的磨损。
安培力
阻碍
电磁阻尼
正、负接线柱
变形
轴承
3．电磁制动：列车制动时将电动机与电源断开，并把电动机的线圈与制动电路构成闭合回路，列车前进时带动电动机线圈转动，从而产生的感应电流，磁场对它的安培力起着制动的作用。
4．电磁制动的优点：减少________并将列车的动能转化为____给蓄电池充电。
机械磨损
电能
知识点三 电磁驱动
1．概念：________受到安培力使物体运动的现象。
2．应用：__________。
3．优点：______强、驱动力输出____高、能量损耗小。
思考 电磁阻尼与电磁驱动是否都遵守楞次定律？
提示：是。
感应电流
感应电动机
可控性
精度
[预习体验]
思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律。 ( )
(2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流。 ( )
(3)在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同。 ( )
(4)在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能，最终转化为内能。 ( )
×
√
×
√
关键能力·情境探究达成
为什么变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢？
提示：不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是为了防止涡流而采取的措施。
考点1 对涡流的理解及应用
1．涡流的特点
当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。
2．涡流中的能量转化
涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。
【典例1】 如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法中正确的是( )
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的
B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
B [电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，A、D错误，B正确；C项是微波炉的加热原理，C错误。]
√
规律方法 电磁炉又被称为电磁灶，其原理是磁场感应涡流加热，即利用交变电流通过线圈产生交变磁场，从而使金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅内的食物。
√
[跟进训练]
1．如图所示为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈，若工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向(左视图)均匀增大的电流，则下列说法正确的是(电流方向判断均从左向右观察)( )
A．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针
B．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的大小不变
C．有金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针
D．有金属片通过时，接收线圈中感应电流会变大
B [当左侧线圈中通有不断增大的顺时针方向的电流时，知穿过右侧线圈的磁通量向右，且增大，根据楞次定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，即使有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针，故A、C错误；通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈产生的磁场均匀增大，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B正确；有金属片通过时，穿过金属片中的磁通量也发生变化，金属片中也会产生感应电流，与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以会将该空间中磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，接收线圈中感应电流会变小，故D错误。故选B。]
考点2 电磁阻尼与电磁驱动的理解
电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由导体在磁场中运动形成 由磁场运动形成
效果 安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力的方向与导体运动方向相同，为动力
能量
转化 导体克服安培力做功，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
相同点 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的相对运动
【典例2】 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铝线圈。让磁铁在竖直面内摆动，下列说法正确的是( )
A．磁铁左右摆动一次，包括左右最远点，线圈内
感应电流的方向改变2次
B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用
C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力
D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力
√
C [磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，C正确。]
规律方法 (1)电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，均可以根据楞次定律和左手定则分析导体的受力情况。
(2)电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中，主动部分的速度(或角速度)大于被动部分的速度(或角速度)。
√
[跟进训练]
2．如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO′轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触。当磁铁绕轴转动时，铜盘将( )
A．以相同的转速与磁铁同向转动
B．以较小的转速与磁铁同向转动
C．以相同的转速与磁铁反向转动
D．静止不动
B [因磁铁的转动，引起铜盘中部分导体切割磁感线而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，线圈中能产生感应电流的条件必须是切割磁感线，故铜盘转动方向与磁铁相同而转速小，故B正确。]
学习效果·随堂评估自测
√
1．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是( )
A．图甲中，当手摇动柄使得蹄
形磁铁转动，则铝框会同向转动，
且和磁铁转得一样快
B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属
C．丙是铜盘靠惯性转动，手持磁铁靠近铜盘，铜盘转动加快
D．图丁是微安表的表头，运输时把两个正、负接线柱用导线连接，可以减小电表指针摆动角度
D [根据电磁驱动原理，题图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，但线圈比磁铁转得慢，故A错误；题图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生产生涡流，铁块中产生大量热量，从而冶炼金属，故B错误；当转动铜盘时，导致铜盘切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培力，由楞次定律可知，产生的安培力将阻碍铜盘切割磁感线运动，则铜盘转动将变慢，故C错误；题图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，可以减小电表指针摆动角度，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼的原理，故D正确。故选D。]
√
2．如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是( )
A．两环都向右运动 B．两环都向左运动
C．环1静止，环2向右运动 D．两环都静止
C [条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动，故C正确。]
√
3．弹簧上端固定，下端挂一条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现( )
A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变
B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变
C．S闭合或断开，振幅变化相同
D．S闭合或断开，振幅都不发生变化
A [S断开时，磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化，但线圈中无感应电流，振幅不变；S闭合时有感应电流，有电能产生，磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减小，A正确。]
回归本节知识，自我完成以下问题：
(1)利用涡流加热时为什么采用高频交流电？
提示：磁通量变化得更快，产生的感应电流越大，热量越多。
(2)从能量角度分析电磁阻尼的实质。
提示：机械能转化为电能，导致机械能减小表现为“阻碍”。
(3)交流电动机是利用什么原理工作的？
提示：电磁驱动。
题号
课时分层作业(七) 涡流 电磁阻尼 电磁驱动
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√
?题组一 涡流
1．如图所示，下列生产生活现象中，
不属于涡流的是( )
A．甲图用电磁炉烹制菜肴
B．乙图变压器工作时，绕制线圈的铁芯中会发热
C．丙图过安检时用金属探测器探测人身是否携带金属物品
D．丁图工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业
题号
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D [电磁炉是利用电磁感应原理产生涡流，将电能最终转化成内能，故A属于；变压器的铁芯中会发热是因为铁芯中产生了涡流，通常铁芯用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成，主要是防止在铁芯中产生过大涡流，故B属于；金属探测器探测到金属物品时物品上会产生涡流而使报警器发出警报，故C属于；工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业是利用静电屏蔽原理，故D不属于。故选D。]
题号
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√
2．如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图。炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用。因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。以下说法正确的是( )
A．最好使用铝锅或铜锅
B．最好使用平底不锈钢锅或铁锅
C．最好使用陶瓷锅或耐热玻璃锅
D．在电磁炉与铁锅之间放一层白纸后无法加热
题号
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B [铝和铜不是导磁材料，所以电磁炉不能用这两种材料制作的锅具，最好使用平底不锈钢锅或铁锅，A错误，B正确；因为陶瓷、玻璃在一般情况下不导磁也不导电，在磁场中不会产生感应电流，则不能使用陶瓷锅或耐热玻璃锅，C错误；因为磁场能穿过白纸，铁质锅具有足够的磁场穿过，故电磁炉能正常工作，D错误。]
题号
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3．(多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法正确的是( )
A．探测器内的探测线圈会产生变化磁场
B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
AD [探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，若遇到金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警，故A、D正确。]
√
题号
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4．变压器的铁芯是利用硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为( )
A．增大涡流，提高变压器的效率
B．减小涡流，提高变压器的效率
C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量
D．减小铁芯中的电阻，以减小发热量
B [变压器的铁芯不是采用一整块硅钢的原因是可以减小涡流，这样就可以减小在变压器上消耗的电能，输出的功率就高了；同时增大铁芯中的电阻，以减小发热量，B正确，A、C、D错误。]
题号
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√
5．如图所示是高频焊接原理示意图。当线圈中通以高频交流电时，待焊工件中就会产生感应电流，感应电流产生的热量将金属融化，把工件焊接在一起。很多自行车架就是用这种办法焊接的。下列说法正确的是( )
A．通电时，待焊工件的各个位置都将发热融化，以完成焊接
B．交流电的峰值不变，若频率越高，则焊缝处的温度升高得越快
C．工件上只有焊缝处温度升高得很快，是因为焊缝处比工件的其他部分电阻小
D．改换成直流电源，一样可以完成焊接工作
题号
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B [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，焊缝处的温度升高的越快，故A、D错误，B正确；焊缝处横截面积小，电阻大，电流相同，焊缝处热功率大，温度升的很高，故C错误。]
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6．安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流，如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。关于安检门的以下说法错误的是( )
A．安检门不能检查出毒贩携带的毒品
B．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
C．安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用
了电流的磁效应
D．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门能正常工作
题号
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D [安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到。则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，能检查出金属物品携带者，故A、B正确；安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C正确；根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误。本题选错误的，故选D。]
题号
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?题组二 电磁阻尼与电磁驱动
7．如图所示，一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，转动磁铁，观察铝框的运动，可以观察到( )
A．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动
B．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之逆时针转动
C．无论磁铁向哪个方向转动，铝框都不会转动
D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，
铝框将保持匀速转动
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A [根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致铝框与磁铁转动方向相同，从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动，故A正确，B、C错误；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，所以铝框会逐渐减速直至停止运动，故D错误。]
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8．车速表是用来测量车辆瞬时速度的一种装置，其工作原理如图所示。永久磁铁固定在驱动轴上，当车运动时，驱动轴会带动磁铁转动，由于电磁感应，由金属做成的速度盘也会随之转动，从而带动指针指示出相应的速度。则下列说法正确的是( )
A．速度盘和磁铁将以相同的角速度同时转动
B．在速度盘转动过程中，穿过整个速度盘的磁通
量发生了变化
C．速度盘中产生的感应电流受到的安培力驱使速度盘转动
D．速度盘中的感应电流是速度盘中的自由电子随圆盘转动形成的
题号
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C [当磁铁转动时，由于电磁感应，速度盘也会随磁铁发生转动，但会略有滞后，故A错误；在速度盘转动的过程中，穿过整个速度盘的磁通量不发生变化，故B错误；当磁铁转动时，在速度盘中会产生感应电流，感应电流在磁铁产生的磁场中受到安培力，安培力驱使速度盘转动，故C正确；速度盘中的感应电流是由电磁感应产生的，不是速度盘中的自由电子随圆盘转动形成的，故D错误。]
题号
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9．如图所示，一块长方形光滑铝板A1水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向铝板的右端滚动，则( )
A．铝环的滚动速度将越来越小
B．铝环将保持匀速滚动
C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝环的运动速率不变，但运动方向发生改变
题号
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A [由于铝环的移动，导致产生感应电动势，从而产生感应电流，出现安培力，使其速度越来越小，A正确，B错误；运动的铝环受到安培力，与磁场方向垂直，因此不会偏向磁铁的N极或S极，C错误；铝环的运动速率会改变，在运动过程中铝环的动能最终全部转化为内能，所铝环最终会静止，但运动方向不会发生改变，D错误。]
题号
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10．(多选)电阻不可忽略的导电圆盘的边缘用电阻不计的导电材料包裹，圆盘可绕过圆心O的竖直轴转动，转动过程中接触处在转动时不会产生阻力，空气阻力也忽略不计。用导线将电动势为E的电源、导电圆盘圆心O、圆盘边缘导电材料、电阻和开关连接成闭合回路。如图甲所示，圆盘区域内有竖直向下的匀强磁场，闭合开关S1，经足够长时间，圆盘转速稳定；如图乙所示，在A、O之间的一圆形区域内有竖直向下的匀强磁场(圆形磁场区域直径小于圆盘半径)，闭合开关S2，经足够长时间，圆盘转速稳定。图甲和图乙中的两个磁场区域固定，其中的磁感应强度大小均为B。则( )
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A．从上往下看(俯视)，圆盘都沿逆时针方向转动
B．转速稳定时，甲中圆盘转速比乙中圆盘转速大
C．若断开开关S1，甲中圆盘仍然匀速转动
D．若断开开关S2，乙中圆盘仍然匀速转动
√
√
题号
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√
11．物理课上，老师做了一个“神奇”的实验：将 1 m 长的铝管竖直放置，一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放，观察到磁铁用较长时间才从下管口落出，如图所示。对于这个实验现象同学们经分析讨论做出相关的判断，你认为正确的是(下落过程中不计空气阻力，磁铁也没
有与管壁接触)( )
A．如果磁铁的磁性足够强，磁铁会停留在铝管中，永远不落下来
B．如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动时间更长，但一定
会落下来
C．磁铁在铝管中运动的过程中，由于不计空气阻力，所以机械能守恒
D．如果将铝管换成塑料管，磁铁从塑料管中出来也会用较长时间
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B [如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动受到阻力更大，原因：当磁铁运动时才会导致通过铝管的磁通量发生变化，才出现感应磁场阻碍原磁场的变化，所以运动时间变长，但一定会落下，故A错误，B正确；磁铁在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，出现安培力做功产生热能，所以机械能不守恒，故C错误；如果将铝管换成塑料管，磁铁不会受到安培力阻力，因此出来的时间较铝管更短，故D错误。]
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12．(多选)如图所示为磁控健身车车轮处的结构示意图，在金属飞轮的外侧有磁铁与飞轮不接触，人用力蹬车带动飞轮旋转时，需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍，通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健身需求(当拉紧旋钮拉线时可以减少磁铁与飞轮
间的距离)，下列说法正确的是( )
A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力
B．人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，飞轮受到的阻力变小
C．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，受到的阻力越大
D．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越弱
√
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AC [飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，A正确；人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，磁铁与飞轮间的距离减小，磁场增强，飞轮受到的安培力变大，B错误；控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，飞轮内部的涡流越大，受到的安培力越大，C正确；控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越强，D错误。]
题号
9
2
4
5
3
8
6
7
10
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12
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1
13．如图所示，用一根长为L质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点联结并悬挂于O点，悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且d0 L，先将线框拉开到如图所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦。下列说法正确的是( )
A．金属线框进入磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a
B．金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a
C．金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等
D．金属线框最终将停在最低点
√
题号
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A [金属线框进入磁场时，由于电磁感应，产生感应电流，根据楞次定律判断电流的方向为a→d→c→b→a，故A正确；金属线框离开磁场时由于电磁感应，产生感应电流，根据楞次定律判断电流的方向为a→b→c→d→a，故B错误；根据能量转化和守恒，线圈每次经过边界时都会消耗机械能，故可知，金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小不相等。如此往复摆动，最终金属线框在匀强磁场内摆动，由于d0 L，单摆做简谐运动的条件是摆角小于等于5°，故最终在磁场内做简谐运动，故C、D错误。]3．涡流 电磁阻尼 电磁驱动
1．知道涡流的产生原因及涡流在生产、生活中的应用和危害。
2．了解电磁阻尼的原理及电磁阻尼在生活中的应用。
3．了解电磁驱动的原理及电磁驱动在生活中的应用。
知识点一 涡流
1．定义：由于电磁感应，在大块金属内产生的像水中漩涡样的感应电流。
2．特点：金属块中的涡流会产生焦耳热。
3．应用
如高频感应炉、电磁炉。
4．防止
电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致能量浪费，损坏电器。
用相互绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯代替整个硅铁芯。
涡流在金属内的分布是均匀的吗？
提示：不是均匀分布的，越靠近金属表面层电流越大。
知识点二 电磁阻尼和电磁制动
1．电磁阻尼：当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流，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。
2．电磁阻尼的应用：磁电式电表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。磁电式电表在运输过程中将正、负接线柱短路，既可避免指针因摆动剧烈而变形，又减小轴承处的磨损。
3．电磁制动：列车制动时将电动机与电源断开，并把电动机的线圈与制动电路构成闭合回路，列车前进时带动电动机线圈转动，从而产生的感应电流，磁场对它的安培力起着制动的作用。
4．电磁制动的优点：减少机械磨损并将列车的动能转化为电能给蓄电池充电。
知识点三 电磁驱动
1．概念：感应电流受到安培力使物体运动的现象。
2．应用：感应电动机。
3．优点：可控性强、驱动力输出精度高、能量损耗小。
电磁阻尼与电磁驱动是否都遵守楞次定律？
提示：是。
[预习体验]
思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律。 (×)
(2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流。 (√)
(3)在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同。 (×)
(4)在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能，最终转化为内能。 (√)
为什么变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢？
提示：不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是为了防止涡流而采取的措施。
考点1 对涡流的理解及应用
1．涡流的特点
当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。
2．涡流中的能量转化
涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。
3．注意：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。
(2)磁场变化越快，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。
【典例1】 如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法中正确的是( )
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的
B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
B [电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，A、D错误，B正确；C项是微波炉的加热原理，C错误。]
电磁炉又被称为电磁灶，其原理是磁场感应涡流加热，即利用交变电流通过线圈产生交变磁场，从而使金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅内的食物。
[跟进训练]
1．如图所示为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈，若工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向(左视图)均匀增大的电流，则下列说法正确的是(电流方向判断均从左向右观察)( )
A．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针
B．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的大小不变
C．有金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针
D．有金属片通过时，接收线圈中感应电流会变大
B [当左侧线圈中通有不断增大的顺时针方向的电流时，知穿过右侧线圈的磁通量向右，且增大，根据楞次定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，即使有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针，故A、C错误；通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈产生的磁场均匀增大，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B正确；有金属片通过时，穿过金属片中的磁通量也发生变化，金属片中也会产生感应电流，与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以会将该空间中磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，接收线圈中感应电流会变小，故D错误。故选B。]
考点2 电磁阻尼与电磁驱动的理解
电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由导体在磁场中运动形成 由磁场运动形成
效果 安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力的方向与导体运动方向相同，为动力
能量 转化 导体克服安培力做功，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
相同点 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的相对运动
【典例2】 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铝线圈。让磁铁在竖直面内摆动，下列说法正确的是( )
A．磁铁左右摆动一次，包括左右最远点，线圈内感应电流的方向改变2次
B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用
C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力
D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力
C [磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，C正确。]
(1)电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，均可以根据楞次定律和左手定则分析导体的受力情况。
(2)电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中，主动部分的速度(或角速度)大于被动部分的速度(或角速度)。
[跟进训练]
2．如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO′轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触。当磁铁绕轴转动时，铜盘将( )
A．以相同的转速与磁铁同向转动
B．以较小的转速与磁铁同向转动
C．以相同的转速与磁铁反向转动
D．静止不动
B [因磁铁的转动，引起铜盘中部分导体切割磁感线而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，线圈中能产生感应电流的条件必须是切割磁感线，故铜盘转动方向与磁铁相同而转速小，故B正确。]
1．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是( )
A．图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快
B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属
C．丙是铜盘靠惯性转动，手持磁铁靠近铜盘，铜盘转动加快
D．图丁是微安表的表头，运输时把两个正、负接线柱用导线连接，可以减小电表指针摆动角度
D [根据电磁驱动原理，题图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，但线圈比磁铁转得慢，故A错误；题图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生产生涡流，铁块中产生大量热量，从而冶炼金属，故B错误；当转动铜盘时，导致铜盘切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培力，由楞次定律可知，产生的安培力将阻碍铜盘切割磁感线运动，则铜盘转动将变慢，故C错误；题图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，可以减小电表指针摆动角度，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼的原理，故D正确。故选D。]
2．如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是( )
A．两环都向右运动 B．两环都向左运动
C．环1静止，环2向右运动 D．两环都静止
C [条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动，故C正确。]
3．弹簧上端固定，下端挂一条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现( )
A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变
B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变
C．S闭合或断开，振幅变化相同
D．S闭合或断开，振幅都不发生变化
A [S断开时，磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化，但线圈中无感应电流，振幅不变；S闭合时有感应电流，有电能产生，磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减小，A正确。]
回归本节知识，自我完成以下问题：
(1)利用涡流加热时为什么采用高频交流电？
提示：磁通量变化得更快，产生的感应电流越大，热量越多。
(2)从能量角度分析电磁阻尼的实质。
提示：机械能转化为电能，导致机械能减小表现为“阻碍”。
(3)交流电动机是利用什么原理工作的？
提示：电磁驱动。
课时分层作业(七) 涡流 电磁阻尼 电磁驱动
?题组一 涡流
1．如图所示，下列生产生活现象中，不属于涡流的是( )
A．甲图用电磁炉烹制菜肴
B．乙图变压器工作时，绕制线圈的铁芯中会发热
C．丙图过安检时用金属探测器探测人身是否携带金属物品
D．丁图工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业
D [电磁炉是利用电磁感应原理产生涡流，将电能最终转化成内能，故A属于；变压器的铁芯中会发热是因为铁芯中产生了涡流，通常铁芯用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成，主要是防止在铁芯中产生过大涡流，故B属于；金属探测器探测到金属物品时物品上会产生涡流而使报警器发出警报，故C属于；工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业是利用静电屏蔽原理，故D不属于。故选D。]
2．如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图。炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用。因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。以下说法正确的是( )
A．最好使用铝锅或铜锅
B．最好使用平底不锈钢锅或铁锅
C．最好使用陶瓷锅或耐热玻璃锅
D．在电磁炉与铁锅之间放一层白纸后无法加热
B [铝和铜不是导磁材料，所以电磁炉不能用这两种材料制作的锅具，最好使用平底不锈钢锅或铁锅，A错误，B正确；因为陶瓷、玻璃在一般情况下不导磁也不导电，在磁场中不会产生感应电流，则不能使用陶瓷锅或耐热玻璃锅，C错误；因为磁场能穿过白纸，铁质锅具有足够的磁场穿过，故电磁炉能正常工作，D错误。]
3．(多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法正确的是( )
A．探测器内的探测线圈会产生变化磁场
B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
AD [探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，若遇到金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警，故A、D正确。]
4．变压器的铁芯是利用硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为( )
A．增大涡流，提高变压器的效率
B．减小涡流，提高变压器的效率
C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量
D．减小铁芯中的电阻，以减小发热量
B [变压器的铁芯不是采用一整块硅钢的原因是可以减小涡流，这样就可以减小在变压器上消耗的电能，输出的功率就高了；同时增大铁芯中的电阻，以减小发热量，B正确，A、C、D错误。]
5．如图所示是高频焊接原理示意图。当线圈中通以高频交流电时，待焊工件中就会产生感应电流，感应电流产生的热量将金属融化，把工件焊接在一起。很多自行车架就是用这种办法焊接的。下列说法正确的是( )
A．通电时，待焊工件的各个位置都将发热融化，以完成焊接
B．交流电的峰值不变，若频率越高，则焊缝处的温度升高得越快
C．工件上只有焊缝处温度升高得很快，是因为焊缝处比工件的其他部分电阻小
D．改换成直流电源，一样可以完成焊接工作
B [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，焊缝处的温度升高的越快，故A、D错误，B正确；焊缝处横截面积小，电阻大，电流相同，焊缝处热功率大，温度升的很高，故C错误。]
6．安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流，如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。关于安检门的以下说法错误的是( )
A．安检门不能检查出毒贩携带的毒品
B．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
C．安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用了电流的磁效应
D．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门能正常工作
D [安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到。则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，能检查出金属物品携带者，故A、B正确；安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C正确；根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误。本题选错误的，故选D。]
?题组二 电磁阻尼与电磁驱动
7．如图所示，一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，转动磁铁，观察铝框的运动，可以观察到( )
A．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动
B．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之逆时针转动
C．无论磁铁向哪个方向转动，铝框都不会转动
D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动
A [根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致铝框与磁铁转动方向相同，从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动，故A正确，B、C错误；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，所以铝框会逐渐减速直至停止运动，故D错误。]
8．车速表是用来测量车辆瞬时速度的一种装置，其工作原理如图所示。永久磁铁固定在驱动轴上，当车运动时，驱动轴会带动磁铁转动，由于电磁感应，由金属做成的速度盘也会随之转动，从而带动指针指示出相应的速度。则下列说法正确的是( )
A．速度盘和磁铁将以相同的角速度同时转动
B．在速度盘转动过程中，穿过整个速度盘的磁通量发生了变化
C．速度盘中产生的感应电流受到的安培力驱使速度盘转动
D．速度盘中的感应电流是速度盘中的自由电子随圆盘转动形成的
C [当磁铁转动时，由于电磁感应，速度盘也会随磁铁发生转动，但会略有滞后，故A错误；在速度盘转动的过程中，穿过整个速度盘的磁通量不发生变化，故B错误；当磁铁转动时，在速度盘中会产生感应电流，感应电流在磁铁产生的磁场中受到安培力，安培力驱使速度盘转动，故C正确；速度盘中的感应电流是由电磁感应产生的，不是速度盘中的自由电子随圆盘转动形成的，故D错误。]
9．如图所示，一块长方形光滑铝板A1水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向铝板的右端滚动，则( )
A．铝环的滚动速度将越来越小
B．铝环将保持匀速滚动
C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝环的运动速率不变，但运动方向发生改变
A [由于铝环的移动，导致产生感应电动势，从而产生感应电流，出现安培力，使其速度越来越小，A正确，B错误；运动的铝环受到安培力，与磁场方向垂直，因此不会偏向磁铁的N极或S极，C错误；铝环的运动速率会改变，在运动过程中铝环的动能最终全部转化为内能，所铝环最终会静止，但运动方向不会发生改变，D错误。]
10．(多选)电阻不可忽略的导电圆盘的边缘用电阻不计的导电材料包裹，圆盘可绕过圆心O的竖直轴转动，转动过程中接触处在转动时不会产生阻力，空气阻力也忽略不计。用导线将电动势为E的电源、导电圆盘圆心O、圆盘边缘导电材料、电阻和开关连接成闭合回路。如图甲所示，圆盘区域内有竖直向下的匀强磁场，闭合开关S1，经足够长时间，圆盘转速稳定；如图乙所示，在A、O之间的一圆形区域内有竖直向下的匀强磁场(圆形磁场区域直径小于圆盘半径)，闭合开关S2，经足够长时间，圆盘转速稳定。图甲和图乙中的两个磁场区域固定，其中的磁感应强度大小均为B。则( )
A．从上往下看(俯视)，圆盘都沿逆时针方向转动
B．转速稳定时，甲中圆盘转速比乙中圆盘转速大
C．若断开开关S1，甲中圆盘仍然匀速转动
D．若断开开关S2，乙中圆盘仍然匀速转动
AC [根据左手定则可知，从上往下看(俯视)，圆盘都沿逆时针方向转动，故A正确；两盘稳定后，感应电动势和E相等，有BL2ω＝E，可得ω＝，甲中的磁场区域大，切割磁感线的半径长，所以稳定后甲中圆盘的转速小，故B错误；断开开关S1，由于甲的磁场充满整个圆盘，沿圆盘每条半径方向的感应电动势都一样大，电荷只在盘心和盘边缘处积累，不会形成涡流，所以甲中圆盘仍然匀速转动，故C正确；由于乙中的磁场只存在一部分区域，断开开关S2，乙中圆盘会形成涡流，所以乙中圆盘受到安培力作用，不能做匀速转动，故D错误。故选AC。]
11．物理课上，老师做了一个“神奇”的实验：将 1 m 长的铝管竖直放置，一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放，观察到磁铁用较长时间才从下管口落出，如图所示。对于这个实验现象同学们经分析讨论做出相关的判断，你认为正确的是(下落过程中不计空气阻力，磁铁也没有与管壁接触)( )
A．如果磁铁的磁性足够强，磁铁会停留在铝管中，永远不落下来
B．如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动时间更长，但一定会落下来
C．磁铁在铝管中运动的过程中，由于不计空气阻力，所以机械能守恒
D．如果将铝管换成塑料管，磁铁从塑料管中出来也会用较长时间
B [如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动受到阻力更大，原因：当磁铁运动时才会导致通过铝管的磁通量发生变化，才出现感应磁场阻碍原磁场的变化，所以运动时间变长，但一定会落下，故A错误，B正确；磁铁在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，出现安培力做功产生热能，所以机械能不守恒，故C错误；如果将铝管换成塑料管，磁铁不会受到安培力阻力，因此出来的时间较铝管更短，故D错误。]
12．(多选)如图所示为磁控健身车车轮处的结构示意图，在金属飞轮的外侧有磁铁与飞轮不接触，人用力蹬车带动飞轮旋转时，需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍，通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健身需求(当拉紧旋钮拉线时可以减少磁铁与飞轮间的距离)，下列说法正确的是( )
A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力
B．人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，飞轮受到的阻力变小
C．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，受到的阻力越大
D．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越弱
AC [飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，A正确；人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，磁铁与飞轮间的距离减小，磁场增强，飞轮受到的安培力变大，B错误；控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，飞轮内部的涡流越大，受到的安培力越大，C正确；控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越强，D错误。]
13．如图所示，用一根长为L质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点联结并悬挂于O点，悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且d0 L，先将线框拉开到如图所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦。下列说法正确的是( )
A．金属线框进入磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a
B．金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a
C．金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等
D．金属线框最终将停在最低点
A [金属线框进入磁场时，由于电磁感应，产生感应电流，根据楞次定律判断电流的方向为a→d→c→b→a，故A正确；金属线框离开磁场时由于电磁感应，产生感应电流，根据楞次定律判断电流的方向为a→b→c→d→a，故B错误；根据能量转化和守恒，线圈每次经过边界时都会消耗机械能，故可知，金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小不相等。如此往复摆动，最终金属线框在匀强磁场内摆动，由于d0 L，单摆做简谐运动的条件是摆角小于等于5°，故最终在磁场内做简谐运动，故C、D错误。]
