7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
知识内容 选考要求 课时要求
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 b 1.了解涡流的产生原因，知道涡流的本质是感应电流． 2．了解电磁阻尼和电磁驱动现象． 3．了解涡流的应用和减小涡流危害的方法.
一、涡流
1．涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体中组成闭合回路，很像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．
2．涡流大小的决定因素：磁场变化越快(越大)，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．
二、电磁阻尼
当导体在磁场中运动时，导体中产生的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．
三、电磁驱动
若磁场相对导体转动，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，这种作用常常称为电磁驱动．
判断下列说法的正误．
(1)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．( × )
(2)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律．( √ )
(3)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化．( √ )
(4)电磁驱动中有感应电流产生，电磁阻尼中没有感应电流产生．( × )
一、涡流
如图1所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？
图1
答案 有．变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．
1．产生涡流的两种情况
(1)块状金属放在变化的磁场中．
(2)块状金属进出磁场或在变化的磁场中运动．
2．产生涡流时的能量转化
(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能．
(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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．涡流的应用与防止
(1)应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等．
(2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯．
例1 (2019·牌头中学高二上学期期中)下列做法可能产生涡流的是( )
A．把金属块放在匀强磁场中
B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动
C．让金属块在匀强磁场中做变速运动
D．把金属块放在变化的磁场中
答案 D
解析 由产生涡流的条件可知，当块状金属处于变化的磁场中时，会产生涡流，选项D正确．
例2 (2020·东阳中学高二月考)当穿过导体或线圈的磁能量发生变化时，在导体或线圈中就会产生感应电流，看起来像水中的旋涡，所以把它叫做涡流．下列情况不是利用涡流工作的是( )
A．变压器用电阻率较大且相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
B．用来冶炼合金的高频感应炉
C．用探雷器来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷
D．在机场、车站和重要活动场所的安检门探测人身携带的金属物品
答案 A
解析 A选项用了相互绝缘的硅钢片，阻碍了涡电流的流通，是避免涡流，而不是利用涡流，其他都是利用了涡流．
二、电磁阻尼
弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁．将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来．如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图2所示)，磁铁就会很快停下来，为什么？
图2
答案 磁铁振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来．
1．闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的相对运动，于是产生电磁阻尼现象．
2．电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼现象．
例3 (2018·嘉兴市高二第一学期期末)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3所示．无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是( )
图3
答案 A
解析 感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化．在A图中，系统振动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，都会使穿过紫铜薄板的磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的振动，故A正确；在B、D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无感应电流产生，故B、D错误；在C图中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流，故C错误．
三、电磁驱动
一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图4所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动．当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动．
图4
(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？
(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度之间有什么关系？
答案 (1)变化．
(2)线圈内产生感应电流，线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来．线圈的转动速度小于磁铁的转动速度．
电磁阻尼与电磁驱动的比较
(1)电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动；电磁驱动中导体所受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动．安培力的作用效果均是阻碍导体与磁场的相对运动．
(2)电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能；电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，部分电能转化为导体的机械能．
例4 如图5所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动．从上向下看，当磁铁顺时针转动时，则( )
图5
A．线圈将顺时针转动，转速与磁铁相同
B．线圈将顺时针转动，转速比磁铁小
C．线圈将顺时针转动，转速比磁铁大
D．线圈静止不动
答案 B
解析 由楞次定律可知，线圈将与磁铁同向转动，但转速一定小于磁铁的转速．如两者的转速相同，磁感线与线圈处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，B正确，A、C、D错误．
电磁阻尼、电磁驱动都是楞次定律“阻碍”的体现．阻碍磁通量的变化，阻碍导体与磁场的相对运动．
1．(对涡流的理解)(2019·北仑中学高二上学期期中)下列图中，A图是真空冶炼高质量的合金；B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是安检门可以探测人身是否携带金属物品；D图是工人穿上包含金属丝的织物制成的衣服可以高压带电作业，不属于涡流现象的是( )
答案 D
2．(涡流的应用)(2017·绍兴市高二检测)电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟，无废气，“火力”强劲，安全可靠．图6所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是( )
图6
A．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好
B．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作
C．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用
D．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
答案 B
解析 锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是交流，不是直流，故A错误；根据电磁炉的工作原理可知，电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B正确；在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁炉的加热作用，故C错误；金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅底，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，故D错误．
3．(对电磁阻尼的理解)(多选)如图7所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法正确的是( )
图7
A．2是磁铁，在1中产生涡流
B．1是磁铁，在2中产生涡流
C．该装置的作用是使指针能够转动
D．该装置的作用是使指针能很快地稳定
答案 AD
解析 当指针摆动时，1随之转动，2是磁铁，那么在1中产生涡流，2对1的安培力将阻碍1的转动；不管1向哪个方向转动，2对1的效果总起到阻尼作用，所以它能使指针很快地稳定下来，选项A、D正确．
4．(对电磁驱动的理解)(多选)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8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( )
图8
A．圆盘上产生了感应电动势
B．圆盘内的涡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发生了变化
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 AB
考点一 涡流
1．(多选)如图1所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( )
图1
A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
答案 AD
2．如图2所示，电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，该磁场使铁质锅底部产生无数小涡流，使锅体发热．则下列相关说法中正确的是( )
图2
A．锅体发热是由于电磁炉本身发热且传导给锅体
B．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
C．恒定磁场的磁感应强度越大，电磁炉的热功率越大
D．只提高磁场变化频率，可提高电磁炉的热功率
答案 D
解析 锅体发热是由于变化的磁场产生涡流，并不是电磁炉本身发热且传导给锅体，故A错误；锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，故B、C错误；提高磁场变化的频率，即提高磁通量的变化率，从而增大涡流，可提高电磁炉的热功率，故D正确．
3.(多选)如图3所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是( )
图3
A．防止涡流而设计的
B．利用涡流而设计的
C．起电磁阻尼的作用
D．起电磁驱动的作用
答案 BC
解析 线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流．涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用，故B、C正确．
4.(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，如图4所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在待封容器的封口处，达到迅速封口的目的．下列有关说法正确的是( )
图4
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
答案 CD
解析 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，即控制温度，C正确；封口材料应是金属类材料，但被封口的容器不能是金属，否则同样会被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，D正确．
考点二 电磁阻尼
5.(2018·温州十五校联合体高二第一学期期末)如图5所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁．将磁铁拉离平衡位置后，磁铁将上下振动，经较长时间才会停下来．若在磁铁下方放一个固定的金属环，则磁铁很快就会停下来．这是因为放上金属圆环后( )
图5
A．金属环被磁铁磁化产生磁性，从而阻碍磁铁振动
B．金属环上产生感应电流，感应电流的磁场阻碍磁铁振动
C．金属环上产生静电感应，感应电荷的电场阻碍磁铁振动
D．金属环材料的电阻率越大，阻碍效果就越明显
答案 B
6.甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴O1O2旋转，现让它们以相同角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止，若将圆环置于如图6所示的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向垂直，乙环的转轴与磁场方向平行，现让甲、乙两环同时以相同的初始角速度开始转动后，下列判断正确的是( )
图6
A．甲环先停下 B．乙环先停下
C．两环同时停下 D．两环都不会停下
答案 A
解析 当铜环转动时，乙环一直与磁场方向平行，穿过乙环的磁通量为零，而穿过甲环的磁通量不断变化，不断有感应电流产生，一定受到安培力，安培力阻碍圆环与磁场间的相对运动，故甲环先停止运动，A正确．
7.如图7所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的．现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则( )
图7
A．铜盘的转动将变慢
B．铜盘的转动将变快
C．铜盘仍以原来的转速转动
D．铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁上下两端的极性来决定
答案 A
8．(多选)(2019·无锡市天一中学期中)图8甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁铁与飞轮间的距离．下列说法正确的有( )
图8
A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力
B．飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小
C．磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小
D．磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强
答案 AD
解析 根据题意，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，选项A正确；飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的安培力越大，即阻力越大，选项B错误；磁铁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，则飞轮内部的涡流越强，产生的安培力越大，受到的阻力越大，选项C错误，D正确．
考点三 电磁驱动
9.如图9所示，光滑绝缘水平面上有两个静止的金属环，环1竖直，处于平面中间分割线上，环2水平放置，直径处于平面中间分割线上．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( )
图9
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
答案 C
解析 条形磁铁向右运动时，环1中磁通量为零，不变，无感应电流，环1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，感应电流产生的效果是使环2向右运动，C正确．
10．(多选)(2018·汕头市华侨中学期中)如图10所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动．从上向下看，当蹄形磁铁逆时针转动时，则( )
图10
A．线圈将顺时针转动，转速与蹄形磁铁相同
B．线圈将逆时针转动，转速比蹄形磁铁小
C．线圈转动时线圈内将产生方向变化的电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
答案 BC
解析 由楞次定律的推广含义可知，线圈将与蹄形磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于蹄形磁铁转动的角速度，选项A错误，B正确；由于线圈转速小于蹄形磁铁转速，线圈中磁通量不断增大、减小，线圈中产生方向变化的电流，选项C正确，D错误．
11.(2020·江西新余一中期中考试)如图11所示，闭合线框ABCD和abcd可分别绕轴线OO′转动．当线框abcd绕OO′轴逆时针转动时(俯视图)，下列关于线框ABCD的转动情况的说法正确的是( )
图11
A．线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微慢了些
B．线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微快了些
C．线框ABCD顺时针转动，只不过稍微慢了些
D．线框ABCD顺时针转动，只不过稍微快了些
答案 A
12．(多选)(2019·温州中学期中)如图12所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈等距离排列，且与传送带以相同的速度匀速运动．为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带运动方向，根据穿过磁场后线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈．通过观察图形，判断下列说法正确的是( )
图12
A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈中感应电流方向从上向下看为逆时针
B．若线圈闭合，传送带以较大速度匀速转动时，磁场对线圈的作用力增大
C．从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈
D．从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈
答案 BD
解析 若线圈闭合，进入磁场时，穿过线圈的磁通量增大，由楞次定律可知，线圈中的感应电流的磁场方向向下，所以感应电流的方向从上向下看是顺时针，故A错误；根据法拉第电磁感应定律，传送带以较大速度匀速运动时，线圈中产生的感应电动势较大，则感应电流较大，磁场对线圈的作用力增大，故B正确；由题图知1、2、4、5、6线圈位置均匀，则都发生了相对滑动，而第3个线圈没有向后滑动，则第3个线圈不闭合，没有产生感应电流，故C错误，D正确．
13.(2020·东阳中学高二月考)光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图13所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(如图中的虚线所示)．一个质量为m的小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，重力加速度为g，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的总热量是( )
图13
A．mgb B.mv2
C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2
答案 D
解析 金属块在曲面上滑动的过程中，由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒．
初状态机械能E1＝mgb＋mv2
末状态机械能E2＝mga
总热量Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋mv2.
14.如图14所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A.在弧形轨道上高为h的地方，无初速度释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB.(重力加速度为g)
图14
(1)螺线管A将向哪个方向运动？
(2)求全过程中整个电路所消耗的电能．
答案 (1)向右 (2)mgh－MvA2－mvB2
解析 (1)磁铁B向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A向右运动．
(2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能，
故mgh＝MvA2＋mvB2＋E电
即E电＝mgh－MvA2－mvB2.
(共52张PPT)
7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
第四章 电磁感应
知识内容 选考要求 课时要求
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 b 1.了解涡流的产生原因，知道涡流的本质是感应电流.
2.了解电磁阻尼和电磁驱动现象.
3.了解涡流的应用和减小涡流危害的方法.
达标检测
自主预习
重点探究
内容索引
NEIRONGSUOYIN
课时对点练
自主预习
01
1.涡流：当线圈中的 时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体中组成闭合回路，很像 ，所以把它叫做涡电流，简称 .
2.涡流大小的决定因素：磁场变化越 ( 越 )，导体的横截面积S越 ，导体材料的电阻率越 ，形成的涡流就越大.
涡流
一
电流随时间变化
水中的旋涡
涡流
快
大
大
小
电磁阻尼
二
当导体在 运动时，导体中产生的感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是 导体的运动，这种现象称为电磁阻尼.
磁场中
阻碍
电磁驱动
三
若磁场相对导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到
的作用， 使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动.
安培力
安培力
判断下列说法的正误.
(1)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.
( )
(2)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律.( )
(3)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化.( )
(4)电磁驱动中有感应电流产生，电磁阻尼中没有感应电流产生.( )
×
√
√
×
即学即用
02
重点探究
导学探究
涡流
一
图1
如图1所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？
答案 有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流.
知识深化
1.产生涡流的两种情况
(1)块状金属放在变化的磁场中.
(2)块状金属进出磁场或在变化的磁场中运动.
2.产生涡流时的能量转化
(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能.
(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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.涡流的应用与防止
(1)应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等.
(2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯.
例1 (2019·牌头中学高二上学期期中)下列做法可能产生涡流的是
A.把金属块放在匀强磁场中
B.让金属块在匀强磁场中做匀速运动
C.让金属块在匀强磁场中做变速运动
D.把金属块放在变化的磁场中
解析 由产生涡流的条件可知，当块状金属处于变化的磁场中时，会产生涡流，选项D正确.
√
例2 (2020·东阳中学高二月考)当穿过导体或线圈的磁能量发生变化时，在导体或线圈中就会产生感应电流，看起来像水中的旋涡，所以把它叫做涡流.下列情况不是利用涡流工作的是
A.变压器用电阻率较大且相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
B.用来冶炼合金的高频感应炉
C.用探雷器来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷
D.在机场、车站和重要活动场所的安检门探测人身携带的金属物品
√
解析 A选项用了相互绝缘的硅钢片，阻碍了涡电流的流通，是避免涡流，而不是利用涡流，其他都是利用了涡流.
弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁.将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来.如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图2所示)，磁铁就会很快停下来，为什么？
电磁阻尼
二
图2
导学探究
答案 磁铁振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来.
1.闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的相对运动，于是产生电磁阻尼现象.
2.电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼现象.
知识深化
例3 (2018·嘉兴市高二第一学期期末)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3所示.无扰动时，按
下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是
图3
√
解析 感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化.在A图中，系统振动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，都会使穿过紫铜薄板的磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的振动，故A正确；
在B、D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无感应电流产生，故B、D错误；
在C图中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流，故C错误.
一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图4所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动.当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动.
(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？
答案 变化.
电磁驱动
三
图4
导学探究
(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度之间有什么关系？
答案 线圈内产生感应电流，线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来.线圈的转动速度小于磁铁的转动速度.
电磁阻尼与电磁驱动的比较
(1)电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动；电磁驱动中导体所受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动.安培力的作用效果均是阻碍导体与磁场的相对运动.
(2)电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能；电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，部分电能转化为导体的机械能.
知识深化
例4 如图5所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动.从上向下看，当磁铁顺时针转动时，则
A.线圈将顺时针转动，转速与磁铁相同
B.线圈将顺时针转动，转速比磁铁小
C.线圈将顺时针转动，转速比磁铁大
D.线圈静止不动
图5
解析 由楞次定律可知，线圈将与磁铁同向转动，但转速一定小于磁铁的转速.如两者的转速相同，磁感线与线圈处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，B正确，A、C、D错误.
√
总结提升
电磁阻尼、电磁驱动都是楞次定律“阻碍”的体现.阻碍磁通量的变化，阻碍导体与磁场的相对运动.
03
达标检测
1
2
3
4
1.(对涡流的理解)(2019·北仑中学高二上学期期中)下列图中，A图是真空冶炼高质量的合金；B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是安检门可以探测人身是否携带金属物品；D图是工人穿上包含金属丝的织物制成的衣服可以高压带电作业，不属于涡流现象的是
√
2.(涡流的应用)(2017·绍兴市高二检测)电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟，无废气，“火力”强劲，安全可靠.图6所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是
1
2
3
4
A.当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定
磁场越强，电磁炉加热效果越好
B.电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，
进而发热工作
C.在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用
D.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
图6
√
解析 锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是交流，不是直流，故A错误；
根据电磁炉的工作原理可知，电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B正确；
在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁炉的加热作用，故C错误；
金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅底，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，故D错误.
1
2
3
4
3.(对电磁阻尼的理解)(多选)如图7所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法正确的是
1
2
3
4
A.2是磁铁，在1中产生涡流
B.1是磁铁，在2中产生涡流
C.该装置的作用是使指针能够转动
D.该装置的作用是使指针能很快地稳定
图8
√
√
解析 当指针摆动时，1随之转动，2是磁铁，那么在1中产生涡流，2对1的安培力将阻碍1的转动；不管1向哪个方向转动，2对1的效果总起到阻尼作用，所以它能使指针很快地稳定下来，选项A、D正确.
4.(对电磁驱动的理解)(多选)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8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
1
2
3
4
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡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
发生了变化
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
图9
√
√
04
课时对点练
考点一 涡流
1.(多选)如图1所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是
1
2
3
4
基础对点练
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
A.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
图1
√
√
2.如图2所示，电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，该磁场使铁质锅底部产生无数小涡流，使锅体发热.则下列相关说法中正确的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
A.锅体发热是由于电磁炉本身发热且传导给锅体
B.锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
C.恒定磁场的磁感应强度越大，电磁炉的热功率越大
D.只提高磁场变化频率，可提高电磁炉的热功率
图2
√
解析 锅体发热是由于变化的磁场产生涡流，并不是电磁炉本身发热且传导给锅体，故A错误；
锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，故B、C错误；
提高磁场变化的频率，即提高磁通量的变化率，从而增大涡流，可提高电磁炉的热功率，故D正确.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
3.(多选)如图3所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是
A.防止涡流而设计的
B.利用涡流而设计的
C.起电磁阻尼的作用
D.起电磁驱动的作用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
图3
√
解析 线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流.涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用，故B、C正确.
√
1
2
3
4
4.(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，如图4所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在待封容器的封口处，达到迅速封口的目的.下列有关说法正确的是
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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
图4
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
解析 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，即控制温度，C正确；
封口材料应是金属类材料，但被封口的容器不能是金属，否则同样会被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，D正确.
1
2
3
4
考点二 电磁阻尼
5.(2018·温州十五校联合体高二第一学期期末)如图5所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁.将磁铁拉离平衡位置后，磁铁将上下振动，经较长时间才会停下来.若在磁铁下方放一个固定的金属环，则磁铁很快就会停下来.这是因为放上金属圆环后
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
图5
A.金属环被磁铁磁化产生磁性，从而阻碍磁铁振动
B.金属环上产生感应电流，感应电流的磁场阻碍磁铁振动
C.金属环上产生静电感应，感应电荷的电场阻碍磁铁振动
D.金属环材料的电阻率越大，阻碍效果就越明显
√
1
2
3
6.甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴O1O2旋转，现让它们以相同角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止，若将圆环置于如图6所示的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向垂直，乙环的转轴与磁场方向平行，现让甲、乙两环同时以相同的初始角速度开始转动后，下列判断正确的是
A.甲环先停下 B.乙环先停下
C.两环同时停下 D.两环都不会停下
4
5
6
7
8
9
10
11
12
图6
13
14
√
1
2
3
解析 当铜环转动时，乙环一直与磁场方向平行，穿过乙环的磁通量为零，而穿过甲环的磁通量不断变化，不断有感应电流产生，一定受到安培力，安培力阻碍圆环与磁场间的相对运动，故甲环先停止运动，A正确.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
7.如图7所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的.现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
图7
A.铜盘的转动将变慢
B.铜盘的转动将变快
C.铜盘仍以原来的转速转动
D.铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁上下两端
的极性来决定
√
1
2
3
8.(多选)(2019·无锡市天一中学期中)图8甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁铁与飞轮间的距离.下列说法正确的有
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
图8
A.飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力
B.飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到
的阻力越小
C.磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，
受到的阻力越小
D.磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强
√
√
1
2
3
解析 根据题意，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，选项A正确；
飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的安培力越大，即阻力越大，选项B错误；
磁铁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，则飞轮内部的涡流越强，产生的安培力越大，受到的阻力越大，选项C错误，D正确.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
考点三 电磁驱动
9.如图9所示，光滑绝缘水平面上有两个静止的金属环，环1竖直，处于平面中间分割线上，环2水平放置，直径处于平面中间分割线上.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
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
图9
√
1
2
3
解析 条形磁铁向右运动时，环1中磁通量为零，不变，无感应电流，环1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，感应电流产生的效果是使环2向右运动，C正确.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
10.(多选)(2018·汕头市华侨中学期中)如图10所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动.从上向下看，当蹄形磁铁逆时针转动时，则
A.线圈将顺时针转动，转速与蹄形磁铁相同
B.线圈将逆时针转动，转速比蹄形磁铁小
C.线圈转动时线圈内将产生方向变化的电流
D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
图10
√
√
1
2
3
解析 由楞次定律的推广含义可知，线圈将与蹄形磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于蹄形磁铁转动的角速度，选项A错误，B正确；
由于线圈转速小于蹄形磁铁转速，线圈中磁通量不断增大、减小，线圈中产生方向变化的电流，选项C正确，D错误.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
11.(2020·江西新余一中期中考试)如图11所示，闭合线框ABCD和abcd可分别绕轴线OO′转动.当线框abcd绕OO′轴逆时针转动时(俯视图)，下列关于线框ABCD的转动情况的说法正确的是
A.线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微慢了些
B.线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微快了些
C.线框ABCD顺时针转动，只不过稍微慢了些
D.线框ABCD顺时针转动，只不过稍微快了些
图11
√
1
2
3
12.(多选)(2019·温州中学期中)如图12所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈等距离排列，且与传送带以相同的速度匀速运动.为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带运动方向，根据穿过磁场后线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈.通过观察图形，判断下列说法正确的是
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
能力综合练
A.若线圈闭合，进入磁场时，线圈中感应电
流方向从上向下看为逆时针
B.若线圈闭合，传送带以较大速度匀速转动时，磁场对线圈的作用力增大
C.从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈
D.从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈
图12
√
√
1
2
3
解析 若线圈闭合，进入磁场时，穿过线圈的磁通量增大，由楞次定律可知，线圈中的感应电流的磁场方向向下，所以感应电流的方向从上向下看是顺时针，故A错误；
根据法拉第电磁感应定律，传送带以较大速度匀速运动时，线圈中产生的感应电动势较大，则感应电流较大，磁场对线圈的作用力增大，故B正确；
由题图知1、2、4、5、6线圈位置均匀，则都发生了相对滑动，而第3个线圈没有向后滑动，则第3个线圈不闭合，没有产生感应电流，故C错误，D正确.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
13.(2020·东阳中学高二月考)光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图13所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(如图中的虚线所示).一个质量为m的小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，重力加速度为g，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的总热量是
图13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
解析 金属块在曲面上滑动的过程中，由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒.
末状态机械能E2＝mga
1
2
3
14.如图14所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A.在弧形轨道上高为h的地方，无初速度释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB.(重力加速度为g)
(1)螺线管A将向哪个方向运动？
答案 向右
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
图14
解析 磁铁B向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A向右运动.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
(2)求全过程中整个电路所消耗的电能.
解析 全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能，
