3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动
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。 3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理及其在生产和生活中的应用。
知识点一 电磁感应现象中的感生电场
情境：如图所示，一个闭合电路静置于磁场中。
问题：（1）当磁场的强弱发生变化时闭合电路内会产生感应电流，是什么原因？
（2）如果将闭合电路移走，磁场的强弱仍然发生变化时与有闭合电路时有什么不同？
1.感生电场
麦克斯韦认为，磁场 时会在空间激发一种 ，这种电场叫作感生电场。
2.感生电动势
由 产生的电动势叫感生电动势。
3.电子感应加速器
电子感应加速器是利用 使电子加速的设备，当电磁铁线圈中 的大小、方向发生变化时，产生的 使电子加速。
【易错辨析】
（1）变化的磁场中如果没有闭合电路，则在空间不产生感生电场。（ ）
（2）处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动的动力是感生电场的作用。（ ）
（3）感生电场与静电场是一样的。（ ）
1.感生电场是一种涡漩电场，电场线是闭合的。
2.感生电场的产生与闭合电路的有无无关。
3.感生电场的方向：感生电场的方向与感应电流的方向相同，可由楞次定律判断。如图所示，当磁场增强时产生的感生电场的方向是顺时针（从上往下看）的、与磁场方向垂直且阻碍磁场的增强。
4.感生电动势的大小：可由法拉第电磁感应定律E＝n计算。
【例1】 （感生电场的理解） 〔多选〕某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系，下列描述正确的是（ ）
A.当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向
B.当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向
C.当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向
D.当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向
尝试解答
方法技巧
判断感生电场方向的思路
【例2】 （感生电场的应用）现代科学研究中常用到高速电子，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、下为电磁体的两个磁极；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，改变电磁体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.通入电磁体线圈的电流在增强
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
尝试解答
规律总结
感生电场与静电场的比较
比较项目 静电场 感生电场
产生条件 由静止电荷产生 由变化的磁场激发
电场线特点 静电场的电场线总是始于正电荷，终止于负电荷，不闭合、不相交、也不相切 感生电场的电场线是闭合曲线，没有终点和起点
电场对电荷做功 单位正电荷在静电场中沿闭合路径运动一周时，电场力所做的功为零 单位正电荷在感生电场中沿闭合路径运动一周时，电场力所做的功不为零
电场方向的判断方法 静电场方向与正电荷所受电场力的方向一致，沿电场线的切线方向 感生电场方向是根据磁场的变化情况由楞次定律判断的
知识点二 涡流
情境：如图所示为利用电磁炉加工食物的情景。
问题：电磁炉加热用的锅具一般是金属制成的，电磁炉能给普通陶瓷锅具加热吗？
1.定义：在 的磁场中的 内产生的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。
2.应用
（1）涡流 的应用：真空冶炼炉、电磁炉等。
（2）涡流 的应用：探雷器、安检门等。
3.防止
电动机、变压器等设备中为防止铁芯中 过大而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施：
（1）增大铁芯材料的 ；
（2）用互相 的硅钢片叠成的铁芯代替 硅钢铁芯。
【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）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。（ ）
（3）涡流有热效应，但没有磁效应。（ ）
（4）涡流的方向遵守楞次定律。（ ）
1.涡流产生的本质：电磁感应现象。
2.涡流产生的条件：穿过金属块的磁通量发生变化。
3.涡流的特点
（1）涡流的方向遵守楞次定律、涡流的大小遵守法拉第电磁感应定律；
（2）整个金属块回路的电阻一般很小，涡电流很大，发热功率很大。
4.涡流中的能量转化：金属块放在变化的磁场中，磁场能转化为电能，电能在金属块中转化为内能，导体内部发热的原理是电流的热效应。
【例3】 （涡流的产生）〔多选〕（2025·河南新乡期末）如图所示为真空冶炼炉，真空冶炼涡流是一种利用电磁感应产生涡流的技术。通过在真空条件下对炼钢过程进行控制，可以有效地去除钢液中的气体、杂质和氧化物。下列说法正确的是（ ）
A.炉内金属中产生的涡流是感应电流
B.电源可以是高压直流电
C.增大电源频率，炉内金属中产生的电流增大
D.增大电源频率，炉内金属中产生的电流减小
尝试解答
〔多选〕图甲为常见的家用电磁炉，图乙为电磁炉的工作原理图。当通以高频交变电流时，线圈产生的磁场会随电流的大小和方向的变化而变化，使电磁炉上方的铁锅产生感应电流，从而使其发热。下列说法正确的是（ ）
A.磁场变化的频率越高，电磁炉的加热效果越好
B.由上往下看，图乙中的线圈该时刻的电流方向为顺时针
C.电磁炉是利用电磁感应在锅体中产生涡流来工作的
D.普通陶瓷砂锅也可以利用电磁炉来煲汤
【例4】 （涡流的应用）如图所示，下列生产生活现象中，不涉及涡流的是（ ）
A.甲图中用电磁炉烹制菜肴
B.乙图中变压器工作时，绕制线圈的铁芯中会发热
C.丙图中过安检时用金属探测仪探测人身上是否携带金属物品
D.丁图中工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业
尝试解答
知识点三 电磁阻尼与电磁驱动
情境1：如图甲所示，两根相同的弹簧上端分别固定，下端分别悬挂一个相同的条形磁铁，左侧磁铁下端放有固定的闭合线圈（线圈内径大于磁铁的粗度），右侧磁铁下不放闭合线圈，将两个磁铁上提至同一高度同时释放，两个磁铁上下振动，左侧磁铁很快停止振动，而右侧磁铁能振动较长时间。
问题：利用电磁感应现象知识分析产生上述现象的原因是什么？
情境2.如图乙所示，通过手柄使蹄形磁铁顺时针（或逆时针）转动时线圈会跟着磁铁顺时针（或逆时针）转动。使线圈转动起来的动力是什么？
问题：利用电磁感应现象知识分析使线圈转动起来的动力是什么？
1.电磁阻尼
（1）概念：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到 ， 的方向总是阻碍导体的运动。
（2）应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。
2.电磁驱动
（1）概念：磁场相对于导体转动时，在导体中会产生 ，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。
（2）应用：交流感应电动机。
【易错辨析】
（1）电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。（ ）
（2）电磁驱动和电磁阻尼都是由于电磁感应中安培力阻碍磁场与导体间的相对运动。（ ）
电磁阻尼与电磁驱动的比较
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
【例5】 （电磁阻尼）（2025·江苏宿迁期中）如图所示，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块摆动通过导体板上方时，导体板内产生涡流。关于阻尼器，下列说法正确的是（ ）
A.阻尼器摆动时产生的涡流源于外部电源供电
B.阻尼器最终将机械能转化为内能
C.风速越大，导体板中磁通量变化率越小
D.阻尼器摆动时产生的涡流源于电流的磁效应现象
尝试解答
【例6】 （电磁驱动）〔多选〕（2025·陕西西安期末）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.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变
D.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
尝试解答
感生电动势与动生电动势的比较
感生电动势 动生电动势
产生原因 由于磁场变化引起磁通量的变化而产生 由于导体在磁场中做切割磁感线的运动而产生
计算公式 E＝n，n是线圈匝数，是磁通量的变化率 E＝BLv（导体棒垂直切割磁感线），B是磁感应强度，L是导体棒的有效长度，v是导体棒垂直磁场的运动速度
非静电 力本质 非静电力是感生电场对电荷的作用力 非静电力是洛伦兹力
能量转化 磁场能转化为电能 机械能转化为电能
【典例1】 〔多选〕（2025·北京海淀区期末）感应电动势是由回路中磁通量的变化引起的，根据磁通量变化的原因不同，可分为感生电动势和动生电动势。由磁场变化引起磁通量变化而产生的感应电动势称为感生电动势。变化的磁场在其周围空间会激发出感应电场（称为涡旋电场），这种电场迫使导体内的电荷做定向移动而产生感生电动势，如图甲所示；导体切割磁感线产生的电动势称为动生电动势。导体切割磁感线时，导体中的自由电子由于和导体一起运动，因而受到洛伦兹力的作用，使导体两端产生电动势，如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A.对甲图，当如图所示的磁感应强度增加时，导体中电子将受到如图所示的涡旋电场力
B.对甲图，电荷定向移动对应的电能来自于让磁通量变化所需的能量
C.对乙图，当电子沿着导体棒运动时，受到另一个洛伦兹力的分力做负功，但电子受到的合洛伦兹力不做功
D.对乙图，电荷定向移动所增加的电势能来源于外力移动导体棒时所提供给系统的能量
尝试解答
【典例2】 （2025·云南昆明月考）如图所示，一金属导线单位长度的电阻为ρ，折成等腰直角三角形线框，直角边长为a，在t＝0时刻线框从图示位置开始以速度v匀速进入按B＝B0＋kt规律变化的均匀磁场中，其中k为大于零的常数，当线框的水平直角边有一半进入磁场时，求：
（1）线框产生的动生电动势；
（2）线框产生的感生电动势；
（3）线框内的电流。
尝试解答
提示：完成课后作业 第二章 3.
7 / 73.涡流、电磁阻尼和电磁驱动
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。 3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理及其在生产和生活中的应用。
知识点一 电磁感应现象中的感生电场
情境：如图所示，一个闭合电路静置于磁场中。
问题：（1）当磁场的强弱发生变化时闭合电路内会产生感应电流，是什么原因？
（2）如果将闭合电路移走，磁场的强弱仍然发生变化时与有闭合电路时有什么不同？
提示：（1）闭合电路内产生感应电流，是因为闭合电路内产生了感应电场，使得导体中的自由电子在电场力作用下定向运动，产生感应电流。
（2）将闭合电路移走，磁场的强弱仍然发生变化，感应电场仍然存在，但是没有感应电流了。
1.感生电场
麦克斯韦认为，磁场 变化 时会在空间激发一种 电场 ，这种电场叫作感生电场。
2.感生电动势
由 感生电场 产生的电动势叫感生电动势。
3.电子感应加速器
电子感应加速器是利用 感生电场 使电子加速的设备，当电磁铁线圈中 电流 的大小、方向发生变化时，产生的 感生电场 使电子加速。
【易错辨析】
（1）变化的磁场中如果没有闭合电路，则在空间不产生感生电场。（ × ）
（2）处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动的动力是感生电场的作用。（ √ ）
（3）感生电场与静电场是一样的。（ × ）
1.感生电场是一种涡漩电场，电场线是闭合的。
2.感生电场的产生与闭合电路的有无无关。
3.感生电场的方向：
感生电场的方向与感应电流的方向相同，可由楞次定律判断。如图所示，当磁场增强时产生的感生电场的方向是顺时针（从上往下看）的、与磁场方向垂直且阻碍磁场的增强。
4.感生电动势的大小：可由法拉第电磁感应定律E＝n计算。
【例1】 （感生电场的理解） 〔多选〕某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系，下列描述正确的是（ ）
A.当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向
B.当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向
C.当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向
D.当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向
答案：AD
解析：由楞次定律知，原磁场向上且磁感应强度在增大时，闭合导线中的感应电流的磁场方向向下，再由右手螺旋定则知感应电流的方向即感生电场的方向从上向下看应为顺时针方向；同理可知，原磁场方向向上且磁感应强度减小时，感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向，所以A、D正确。
方法技巧
判断感生电场方向的思路
【例2】 （感生电场的应用）现代科学研究中常用到高速电子，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、下为电磁体的两个磁极；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，改变电磁体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.通入电磁体线圈的电流在增强
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
答案：B
解析：电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备，电子带负电，电场方向与电子运动的方向相反，所以真空室中产生的感生电场沿顺时针方向，A错误；电磁体线圈中电流变大时，产生的磁感应强度变大，由楞次定律可知，产生的感生电场方向沿顺时针方向，电子受感生电场的力与运动方向相同，电子的速度增大，B正确；电子在轨道中做圆周运动的向心力是由洛伦兹力提供的，D错误；感生电场使电子加速，即电子在轨道中加速的力是静电力，C错误。
规律总结
感生电场与静电场的比较
比较项目 静电场 感生电场
产生条件 由静止电荷产生 由变化的磁场激发
电场线特点 静电场的电场线总是始于正电荷，终止于负电荷，不闭合、不相交、也不相切 感生电场的电场线是闭合曲线，没有终点和起点
电场对电荷做功 单位正电荷在静电场中沿闭合路径运动一周时，电场力所做的功为零 单位正电荷在感生电场中沿闭合路径运动一周时，电场力所做的功不为零
电场方向的判断方法 静电场方向与正电荷所受电场力的方向一致，沿电场线的切线方向 感生电场方向是根据磁场的变化情况由楞次定律判断的
知识点二 涡流
情境：如图所示为利用电磁炉加工食物的情景。
问题：电磁炉加热用的锅具一般是金属制成的，电磁炉能给普通陶瓷锅具加热吗？
提示：不能。
1.定义：在 变化 的磁场中的 导体 内产生的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。
2.应用
（1）涡流 热效应 的应用：真空冶炼炉、电磁炉等。
（2）涡流 磁效应 的应用：探雷器、安检门等。
3.防止
电动机、变压器等设备中为防止铁芯中 涡流 过大而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施：
（1）增大铁芯材料的 电阻率 ；
（2）用互相 绝缘 的硅钢片叠成的铁芯代替 整块 硅钢铁芯。
【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）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。（ × ）
（3）涡流有热效应，但没有磁效应。（ × ）
（4）涡流的方向遵守楞次定律。（ √ ）
1.涡流产生的本质：电磁感应现象。
2.涡流产生的条件：穿过金属块的磁通量发生变化。
3.涡流的特点
（1）涡流的方向遵守楞次定律、涡流的大小遵守法拉第电磁感应定律；
（2）整个金属块回路的电阻一般很小，涡电流很大，发热功率很大。
4.涡流中的能量转化：金属块放在变化的磁场中，磁场能转化为电能，电能在金属块中转化为内能，导体内部发热的原理是电流的热效应。
【例3】 （涡流的产生）〔多选〕（2025·河南新乡期末）如图所示为真空冶炼炉，真空冶炼涡流是一种利用电磁感应产生涡流的技术。通过在真空条件下对炼钢过程进行控制，可以有效地去除钢液中的气体、杂质和氧化物。下列说法正确的是（ ）
A.炉内金属中产生的涡流是感应电流
B.电源可以是高压直流电
C.增大电源频率，炉内金属中产生的电流增大
D.增大电源频率，炉内金属中产生的电流减小
答案：AC
解析：涡流的实质是一种电磁感应现象，任何金属处在变化的磁场中时，均产生感应电流，即涡流，故A正确；该装置利用电磁感应产生涡流，电源应为高频交流电，故B错误；增大电源频率，感应电动势增大，炉内金属中产生的感应电流增大，故C正确，D错误。
〔多选〕图甲为常见的家用电磁炉，图乙为电磁炉的工作原理图。当通以高频交变电流时，线圈产生的磁场会随电流的大小和方向的变化而变化，使电磁炉上方的铁锅产生感应电流，从而使其发热。下列说法正确的是（ ）
A.磁场变化的频率越高，电磁炉的加热效果越好
B.由上往下看，图乙中的线圈该时刻的电流方向为顺时针
C.电磁炉是利用电磁感应在锅体中产生涡流来工作的
D.普通陶瓷砂锅也可以利用电磁炉来煲汤
解析：AC 磁场变化频率越高，磁通量变化率越大，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势越大，回路中的电流越大，加热效果越好，故A正确；由上往下看，根据安培定则可知，题图乙线圈中该时刻电流沿逆时针方向，故B错误；电磁炉的工作原理是利用交变电流通过线圈产生交变磁场，使金属锅自身产生涡流从而加热锅内的食物，故C正确；交变磁场在普通陶瓷砂锅内不能形成涡流，则不能用来加热，故D错误。
【例4】 （涡流的应用）如图所示，下列生产生活现象中，不涉及涡流的是（ ）
A.甲图中用电磁炉烹制菜肴
B.乙图中变压器工作时，绕制线圈的铁芯中会发热
C.丙图中过安检时用金属探测仪探测人身上是否携带金属物品
D.丁图中工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业
答案：D
解析：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正确；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，主要是为了防止在铁芯中产生过大涡流，故B正确；金属探测仪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正确；工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业是利用静电屏蔽原理，故D错误，符合题意。
知识点三 电磁阻尼与电磁驱动
情境1.如图甲所示，两根相同的弹簧上端分别固定，下端分别悬挂一个相同的条形磁铁，左侧磁铁下端放有固定的闭合线圈（线圈内径大于磁铁的粗度），右侧磁铁下不放闭合线圈，将两个磁铁上提至同一高度同时释放，两个磁铁上下振动，左侧磁铁很快停止振动，而右侧磁铁能振动较长时间。
问题：利用电磁感应现象知识分析产生上述现象的原因是什么？
提示：图甲中左侧磁铁下端放有闭合线圈，磁铁上下振动时，闭合线圈中会产生感应电流，根据楞次定律可知，磁铁除了受空气阻力外，还受到线圈的感应电流产生的磁场的阻力，所以很快停下来。
情境2.如图乙所示，通过手柄使蹄形磁铁顺时针（或逆时针）转动时线圈会跟着磁铁顺时针（或逆时针）转动。使线圈转动起来的动力是什么？
问题：利用电磁感应现象知识分析使线圈转动起来的动力是什么？
提示：当蹄形磁铁顺时针（或逆时针）转动时，线圈内产生感应电流，线圈受到安培力的作用，根据楞次定律可知，安培力会阻碍蹄形磁铁与线圈间的相对运动，安培力作为动力使线圈跟着磁铁顺时针（或逆时针）转动。
1.电磁阻尼
（1）概念：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。
（2）应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。
2.电磁驱动
（1）概念：磁场相对于导体转动时，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。
（2）应用：交流感应电动机。
【易错辨析】
（1）电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。（ √ ）
（2）电磁驱动和电磁阻尼都是由于电磁感应中安培力阻碍磁场与导体间的相对运动。（ √ ）
电磁阻尼与电磁驱动的比较
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
【例5】 （电磁阻尼）（2025·江苏宿迁期中）如图所示，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块摆动通过导体板上方时，导体板内产生涡流。关于阻尼器，下列说法正确的是（ ）
A.阻尼器摆动时产生的涡流源于外部电源供电
B.阻尼器最终将机械能转化为内能
C.风速越大，导体板中磁通量变化率越小
D.阻尼器摆动时产生的涡流源于电流的磁效应现象
答案：B
解析：阻尼器摆动时，永磁铁通过导体板上方，导体板的磁通量发生变化，从而在导体板中产生涡流，属于电磁感应现象，故A、D错误；通过阻碍质量块上的永磁铁的运动，阻尼器将动能转化为电能，并通过电流做功将电能最终转化为焦耳热，故B正确；风速越大，质量块摆动越快，则导体板中磁通量变化率越大，故C错误。
【例6】 （电磁驱动）〔多选〕（2025·陕西西安期末）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.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变
D.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
答案：ABC
解析：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，选项A正确；圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等而形成涡流，涡电流产生的磁场导致磁针转动，选项B正确；圆盘转动过程中，圆盘位置，圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，选项C正确；当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，引起涡流，从而磁体对电流有力的作用，导致电磁驱动，D错误。
感生电动势与动生电动势的比较
感生电动势 动生电动势
产生原因 由于磁场变化引起磁通量的变化而产生 由于导体在磁场中做切割磁感线的运动而产生
计算公式 E＝n，n是线圈匝数，是磁通量的变化率 E＝BLv（导体棒垂直切割磁感线），B是磁感应强度，L是导体棒的有效长度，v是导体棒垂直磁场的运动速度
非静电力本质 非静电力是感生电场对电荷的作用力 非静电力是洛伦兹力
能量转化 磁场能转化为电能 机械能转化为电能
【典例1】 〔多选〕（2025·北京海淀区期末）感应电动势是由回路中磁通量的变化引起的，根据磁通量变化的原因不同，可分为感生电动势和动生电动势。由磁场变化引起磁通量变化而产生的感应电动势称为感生电动势。变化的磁场在其周围空间会激发出感应电场（称为涡旋电场），这种电场迫使导体内的电荷做定向移动而产生感生电动势，如图甲所示；导体切割磁感线产生的电动势称为动生电动势。导体切割磁感线时，导体中的自由电子由于和导体一起运动，因而受到洛伦兹力的作用，使导体两端产生电动势，如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A.对甲图，当如图所示的磁感应强度增加时，导体中电子将受到如图所示的涡旋电场力
B.对甲图，电荷定向移动对应的电能来自于让磁通量变化所需的能量
C.对乙图，当电子沿着导体棒运动时，受到另一个洛伦兹力的分力做负功，但电子受到的合洛伦兹力不做功
D.对乙图，电荷定向移动所增加的电势能来源于外力移动导体棒时所提供给系统的能量
答案：BCD
解析：对甲图，当如图所示的磁感应强度增加时，根据楞次定律，感应电流的磁场向里，由右手定则可知，感应电场方向为顺时针方向，则导体中电子将受到与如图所示的方向相反的涡旋电场力，选项A错误；由能量关系可知，对甲图，电荷定向移动对应的电能来自于让磁通量变化所需的能量，选项B正确；对乙图，当电子随导体棒向右运动时受到向上的洛伦兹力作用，该洛伦兹力对电子做正功，另一方向当电子沿着导体棒运动时，电子有沿导体棒向上运动的速度，受到向左的洛伦兹力作用，该洛伦兹力做负功，则电子受到的合洛伦兹力不做功，选项C正确；由能量关系可知，对乙图，电荷定向移动所增加的电势能来源于外力移动导体棒时所提供给系统的能量，选项D正确。
【典例2】 （2025·云南昆明月考）如图所示，一金属导线单位长度的电阻为ρ，折成等腰直角三角形线框，直角边长为a，在t＝0时刻线框从图示位置开始以速度v匀速进入按B＝B0＋kt规律变化的均匀磁场中，其中k为大于零的常数，当线框的水平直角边有一半进入磁场时，求：
（1）线框产生的动生电动势；
（2）线框产生的感生电动势；
（3）线框内的电流。
答案：（1）＋
（2）ka2
（3）
解析：（1）当线框的水平直角边有一半进入磁场时，磁感应强度为B＝B0＋k·
则线框产生的动生电动势为E动＝B··v
整理得E动＝＋。
（2）当线框的水平直角边有一半进入磁场时，磁场中的面积为S＝a2
则线框产生的感生电动势为E感＝S
联立解得E感＝ka2。
（3）当线框的水平直角边有一半进入磁场时，线框的感应电动势为E＝E动＋E感
线框中的感应电流为I＝
此时线框总电阻R＝a·ρ
联立解得I＝。
1.（感生电场）〔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.感生电场的方向也同样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
解析：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正确，B、D错误。
2.（涡流）（2025·江西上饶期中）感应加热表面淬火是利用电磁感应原理，将工件置于感应线圈中，向线圈通入交流电时，工件中将出现涡流，在很短时间内，工件表面温度可以达到淬火温度1 000 ℃，立即冷却使工件表面淬火。下列关于工件加热过程中说法正确的是（ ）
A.工件中磁通量保持不变
B.工件中出现的涡流方向不变
C.工件中出现的是交流电，其频率小于感应线圈中通入交流电的频率
D.在感应线圈中通入的交流电峰值不变的情况下，频率越高，工件中的感应电流越大
解析：D 根据楞次定律，工件中出现涡流，磁通量必然变化，故A错误；由于感应线圈中通入的是交流电，根据楞次定律可得工件中出现的涡流方向周期性变化，工件中出现的是交流电，其频率等于感应线圈中通入交流电的频率，故B、C错误；根据法拉第电磁感应定律，在峰值不变的情况下，可得感应线圈中通入交流电的频率越高，磁通量的变化率越大，感应电动势越大，感应电流越大，故D正确。
3.（电磁阻尼）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（ ）
解析：A 施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量发生变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，其受到的安培力阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案A中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化。方案B中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变；当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变。方案C中，紫铜薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量都可能不变。方案D中，当紫铜薄板上下振动时，通过紫铜薄板的磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是A。
4.（电磁驱动）〔多选〕（2025·广东佛山期中）如图是某同学自制的简易磁力传动装置，铝制圆盘放置在可旋转底座上，圆盘正上方悬挂条形磁铁。关于该装置，从上往下看，说法正确的是（ ）
A.当条形磁铁顺时针转动时，铝制圆盘顺时针转动
B.当条形磁铁顺时针转动时，铝制圆盘逆时针转动
C.当条形磁铁的转速变快时，铝制圆盘转速也变快
D.当条形磁铁停止转动时，铝制圆盘会立即停止运动
解析：AC 当条形磁铁顺时针转动时，穿过铝制圆盘的磁通量会发生变化，根据楞次定律可知，圆盘内产生的感应电流的磁场会阻碍磁通量的变化，所以铝制圆盘也顺时针转动，A正确，B错误；当磁铁的转速变快时，穿过铝制圆盘的磁通量变化加快，圆盘内产生的感应电流的磁场也会加快阻碍磁通量的变化，所以铝制圆盘转速也变快，C正确；当条形磁铁停止转动，由于铝制圆盘转动过程中仍产生感应电流，所以圆盘会逐渐减速直至停止运动，D错误。
知识点一 电磁感应现象中的感生电场
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
解析：A 磁感应强度的方向竖直向下，当磁场突然增强时，由楞次定律可知，感生电场沿逆时针方向，由于小球带负电，所以小球将沿顺时针方向运动，A正确。
2.著名物理学家费曼曾设计这样一个实验装置：一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动，在圆板的中部有一个线圈，圆板的四周固定着一圈带电的金属小球，如图所示。当线圈接通电源后，将有图示方向的电流流过，则下列说法正确的是（ ）
A.接通电源瞬间，圆板不会发生转动
B.线圈中电流的增大或减小会引起圆板向相同方向转动
C.接通电源后，保持线圈中电流不变，圆板转动方向与线圈中电流流向相同
D.若金属小球带负电，接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流流向相同
解析：D 线圈接通电源瞬间，变化的磁场产生的电场，导致带电小球受到电场力，从而使圆板转动，故A错误；不论线圈中电流增大或减小都会引起磁场的变化，从而产生电场，使小球受到电场力，从而使圆板转动，由于小球所受电场力的方向与所带电荷正负有关，故B错误；接通电源后，保持线圈中电流不变，则磁场不变，不会产生电场，小球不受电场力作用，故C错误；接通电源瞬间小球受到电场力作用而使圆板转动，由于金属小球带负电，圆盘转动方向与线圈中电流流向相同，故D正确。
知识点二 涡流
3.（人教选择性必修第二册·P36图2.3－3改编）如图所示，真空冶炼炉冶炼合金钢时，在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。下列说法错误的是（ ）
A.炉内金属中产生涡流是因为金属中产生了感应电流
B.炉内金属发生了电磁感应现象
C.处于变化的磁场中的金属内都有涡流产生
D.炉内金属电阻率越小，形成的涡流越小
解析：D 涡流的实质是一种电磁感应现象，任何金属处在变化的磁场中时，均产生感应电流，这样的感应电流即为涡流，A、B、C正确；炉内金属电阻率越小，形成的涡流越大，D错误。
4.（2025·山东青岛期末）为了研究电磁炉的工作原理，某个同学制作了一个简易装置，如图所示，将一根电线缠绕在铁芯外部，接通交流电源，放置在铁芯上方的不锈钢锅具开始发热，下述可以增大锅具的发热功率的办法，可行的是（ ）
A.增大交流电源的频率
B.把不锈钢锅换成陶瓷锅
C.将电源换成电动势更大的直流电源
D.把线圈内部铁芯去掉
解析：A 当下方线圈通入交流电时，在不锈钢锅具中会产生感应电动势，形成涡流而产生热量，因感应电动势与通入线圈电流的变化率成正比，增大交流电源的频率，感应电动势增大，涡流增大，热功率增大，故A正确；陶瓷不是导体，把不锈钢锅换成陶瓷锅，则不会产生涡流，则不发热，故B错误；换成直流电源，恒定电流产生恒定的磁场，锅具中不会有感应电流，热功率为0，故C错误；把线圈内部铁芯去掉，则磁场减弱，感应电动势减小，感应电流减小，热功率变小，故D错误。
5.〔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
解析：CD 由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电源，A、B错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，可解决温度过高的问题，C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被加热，只能是玻璃、塑料等材质，D正确。
知识点三 电磁阻尼与电磁驱动
6.〔多选〕磁控健身车车轮处的结构示意图如图所示，在金属飞轮的外侧有一些磁体（与飞轮不接触），人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁体会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁体与飞轮间的距离。下列说法正确的有（ ）
A.飞轮受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力
B.飞轮转速一定时，磁体越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小
C.磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小
D.磁体和飞轮间的距离和飞轮转速一定时，磁体磁性越强，阻力越大
解析：AD 根据题意，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁体会对飞轮产生阻碍作用，飞轮受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力，选项A正确；飞轮转速一定时，磁体越靠近飞轮，飞轮受到的安培力越大，即阻力越大，选项B错误；磁体和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，磁通量的变化率越大，产生的安培力越大，受到的阻力越大，选项C错误，距离和转速一定时，磁体磁性越强，阻力越大，D正确。
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，然后转动磁铁，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
解析：A 根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，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.（2025·浙江宁波期中）如图是高速列车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当金属圆盘D在磁场中运动时，会产生涡流，使圆盘受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（ ）
A.制动过程中，圆盘不会产生热量
B.制动力的大小与圆盘运动的速度无关
C.换用更强的磁场，制动效果更好
D.如果改变磁场的方向，可以使圆盘获得促进它运动的动力
解析：C 电磁制动的原理是当金属圆盘D在磁场中运动时，会产生涡流，金属盘会产生热量，故A错误；圆盘运动的速度越大，磁通量变化越快，产生的感应电流越强，制动器对圆盘的制动力越大，故制动力的大小与圆盘运动的速度有关，故B错误；换用更强的磁场，圆盘受到的安培阻力更大，则制动效果更好，故C正确；如果改变磁场的方向，产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故圆盘还是受到阻碍运动的制动力，故D错误。
9.（2025·重庆涪陵区期末）关于教材中的四幅插图，下列说法正确的是（ ）
A.图甲：当摇动手柄使得蹄形磁铁转动，铝框会反向转动
B.图乙：给真空冶炼炉通入高频交流电，通电的导线会产生大量热量，从而冶炼金属
C.图丙：在蹄形磁铁两极间自由转动的铜盘，如果忽略摩擦，铜盘会一直转动下去
D.图丁：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从而保护电表指针，这是利用了电磁阻尼原理
解析：D 当摇动手柄使得蹄形磁铁转动，铝框会同向转动，但转得比磁铁慢，故A错误；给真空冶炼炉通入高频交流电，在炉内的金属中会产生涡流，从而产生大量热量，从而冶炼金属，故B错误；在蹄形磁铁两极间自由转动的铜盘，就算摩擦极小，也会因产生感应电流，在电磁阻尼的作用下停止转动，故C错误；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（从而保护电表指针）这是利用了电磁阻尼原理，故D正确。
10.〔多选〕位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁体沿着螺线管的轴线以初速度v水平穿过（忽略重力对磁体的影响），如图所示，在此过程中（ ）
A.磁体做匀速直线运动 B.磁体做减速运动
C.小车向右做加速运动 D.小车先加速后减速
解析：BC 磁体水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知该感应电流产生的磁场阻碍磁体与小车的相对运动，同理，磁体穿出时，由楞次定律知感应电流产生的磁场阻碍磁体与小车的相对运动，故整个过程中，磁体做减速运动，故A错误，B正确；而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右的，这个安培力使小车向右运动，故小车一直做加速运动，故C正确，D错误。
11.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（ ）
解析：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，指针很快会稳定地停下，A方案合理；B、D图中当指针向左偏转时，铝框或铝板向右偏转可能会离开磁场，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。
12.（2023·浙江1月选考7题）如图甲所示，一导体杆用两条等长细导线悬挂于水平轴OO'，接入电阻R构成回路。导体杆处于竖直向上的匀强磁场中，将导体杆从竖直位置拉开小角度由静止释放，导体杆开始下摆。当R＝R0时，导体杆振动图像如图乙所示。若横纵坐标皆采用图乙标度，则当R＝2R0时，导体杆振动图像是（ ）
解析：B 导体杆切割磁感线时，回路中产生感应电流，由楞次定律可得，导体杆受到的安培力总是阻碍导体杆的运动。当R＝2R0时，回路中的电阻增大，则电流减小，导体杆所受安培力减小，即导体杆在摆动时所受的阻力减小，所以杆从开始摆动到停止，经历的时间变长，故选B。
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