2022-2023学年人教版选择性必修第二册 3.涡流.电磁阻尼和电磁驱动

3.涡流.电磁阻尼和电磁驱动

【课程标准】

1.通过实验，了解涡流现象。

2.能举例说明涡流现象在生产生活中的应用。

【素养目标】

1.了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动。（物理观念）

2.通过实验了解涡流现象、观察电磁阻尼和电磁驱动。（科学探究）

3.会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小。（科学思维）

》基础认知•自主学习《

一、涡流

1.产生：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.特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多。

3.应用：

⑴涡流热效应的应用:如真空冶炼炉。

（2）涡流磁效应的应用:如探雷器、安检门。

4.防止:

电动机、变压器等设备中为防止铁芯中遇流过大而导致浪费能量，损

坏电器。

⑴途径一：增大铁芯材料的电阻率。

⑵途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。

二、电磁阻尼和电磁驱动

1.电磁阻尼：

⑴产生：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的现象。

⑵应用：电学仪表中利用曳磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数。

2.电磁驱动：

⑴产生：如果磁场相对于导体转动，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。

⑵应用：交流感应电动机。

情境实践

1.在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发

热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？

提示：当电磁炉上放有专用的锅具时，变化的磁场会在导磁体制成的

锅底中产生无数的涡流，使锅体本身高速发热,进而达到加热锅内食

物的目的。

2.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，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快停下来。分析

产生这个现象的原因。

提示:当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流,

感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除

了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，安培阻力相对较大，因

而磁铁会很快停下来。

质疑批判

学习涡流、电磁阻尼和电磁驱动，进行判断。

①涡流的形成不遵循法拉第电磁感应定律。

②电磁炉利用涡流的原理制成，使用高频交流电加热效果更好。

③导体棒在磁场中运动时，会存在电磁阻尼，安培力对导体棒做正功。

④阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动。

⑤涡流是一种电磁感应现象。

⑥电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作。

⑦金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物。

以上说法正确的有②⑤。

》能力形成•合作探究

任务一、涡流

口情境探究

高频感应炉是用来熔化金属并对其进行冶炼的，如图所示为冶炼金属

的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变

电流，这时被冶炼的金属就能被熔化。这种冶炼方法速度快，温度易

控制，并能避免有害杂质混入被冶炼金属中，因此适用于冶炼金属。

试结合上述现象思考以下问题：

探究1:涡流是在整块金属中产生的漩涡状电流，是否遵循法拉第电

磁感应定律？

提示：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。

探究2:涡流产生的条件是什么？块状金属在匀强磁场中运动时，能

否产生涡流？

提示：①涡流是发生电磁感应现象时产生的感应电流，故涡流的产生

条件：A.金属块本身能够形成闭合回路。b.穿过金属块的磁通量发

生变化。

②块状金属在匀强磁场中运动时不能产生涡流，因为穿过该金属块的

磁通量不发生变化。

探究3：我们可以通过哪些方式使金属块中产生涡流？

提示：只要能使穿过构成闭合回路金属块的磁通量发生变化，它就能

产生涡流，即：①金属块处在变化的磁场中。

②金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动。

探究4:请分析金属块产生涡流的过程中能量是如何转化的。

提示：①当金属块处在变化的磁场中时，磁场能转化为电能，最终转

化为内能。

②当金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动时，由于要克服安培力做

功，所以金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。

能力形成

涡流的实质

⑴涡流仍然是由电磁感应产生的，它仍然遵循感应电流的产生条件,

特殊之处在于涡流产生于块状金属中。

⑵严格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流产生，只是涡

流的大小有区别，以致一些微弱的涡流被我们忽视了。

［］典题引导

【典例1］如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一

小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中

水温升高，则通入的电流与水温升高的是（）

A.恒定直流、小铁锅

B.恒定直流、玻璃杯

C.变化的电流、小铁锅

D.变化的电流、玻璃杯

【解析】选C。通入恒定直流时，所产生的磁场不变,不会产生感应

电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电

场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使

水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水

不会升温。

对点训练►►

1.如图所示，A、B两图是把带绝缘层的线圈绕在软铁上，C、D两

图是把带绝缘层的线圈绕在有机玻璃上，则能产生涡流的是（）

【解析】选A。只有穿过导体的磁通量发生变化，才产生涡流，题图

B错在是直流电源，题图C、D中不是导体。

2.（多选）安检门是一个用于安全检查的“门"“门框”内有线圈，线圈

里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过

“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引

起报警。以下关于这个安检门的说法正确的是（）

A.这个安检门也能检查出毒品携带者

B.这个安检门只能检查出金属物品携带者

C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携

D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁

效应

【解析】选B、Do这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出

金属物品携带者，A错，B对；若“门框”的线圈中通上恒定电流，只

能产生恒定磁场，它不能使块状金属产生涡流，因而不能检查出金属

物品携带者，C错；安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用

了电流的磁效应，D对。

【拔高题组】

1.随着科技的进步，手机无线充电技术得到飞速发展，其原理如图

所示，手机内部有一电力接收线圈，手机下方为充电板，内部有一电

力输出线圈，下列说法正确的是（）

磁通量

电力接手机

收线圈电池

电力输

出线圈

A.无线充电技术主要应用了电磁感应原理

B.该充电板可以接在直流电源上使用

C.电力接收线圈两端产生的是恒定电流

D.电力输出线圈中，电流产生的是匀强磁场

【解析】选A。手机无线充电技术主要应用了电磁感应原理，A正确；

电力输出线圈两端应接入交变电流才可以产生周期性变化的磁场，电

力接收线圈中才可以产生感应电流，B、D错误；电磁感应过程中，

原交变电流的频率不改变，即电力接收线圈中产生的也是交变电流，

C错误。

2.（多选）如图所示，在一金属块上环绕许多匝导线，当导线中通以

交变电流时，金属块中的磁通量会不断变化从而产生感应电流，这些

电流的分布就像水中的漩涡一样，我们把它叫作涡电流，简称涡流。

涡流会消耗电能产生热量，下列判断正确的有（）

A.产生感应电动势的非静电力是涡旋电场给电荷的作用力

B.如果想增大涡流发热，可以仅增大金属材料的电阻率

C.如果想增大涡流发热，可以仅增加线圈的匝数

D.如果想增大涡流发热，在线圈电流强度不变的条件下，可以仅增

大电流频率

【解析】选A、C、Do产生感应电动势的非静电力是涡旋电场给电

荷的作用力，A正确；根据P=?可知，如果想增大涡流发热，可

以仅减小金属材料的电阻率，从而减小电阻，B错误；根据P=?可

知，如果想增大涡流发热，可以仅增加线圈的匝数，从而增加感应电

动势，C正确；在线圈电流强度不变的条件下，仅增大电流频率，则

产生的感应电动势会变大，从而可增大涡流发热，D正确。

任务二、电磁阻尼和电磁驱动

打情境探究

情境1:磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，

指针也固定在铝框上。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应

电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培

力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？

提示：铝框转动分析：磁感线从右向左，当铝框在向右转动过程中，

磁通量在增加，根据楞次定律可知，产生的感应电流的方向是逆时针,

即左边电流出来，右边进去。根据左手定则安培力方向如图甲所示,

在图乙中，切割磁感线的只有左、右两边的两根，阻碍铝框的转动。

XX铝框

XX

X0XXX

甲

情境2:如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支

点自由转动。转动磁体，观察铝框的运动。怎样解释铝框的运动？

提示：当摇动把手，旋转蹄形磁铁时穿过铝框的磁通量发生变化，铝

框中产生感应电流，使铝框受到安培力的作用，最终驱动铝框随磁场

一起运动。根据楞次定律，此时安培力的方向跟磁场运动方向是相同

的，因此铝框会随磁铁运动。

能力形成

电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系

项目电磁阻尼电磁驱动

区别导体在磁场中运动磁场相对于导体转动

安培力的作用总是阻碍导体的运动使导体运动起来

联系安培力的作用总是阻碍它们间的相对运动

m典题引导

【典例2】如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴00,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（）

0

O'

A.铜盘转动将变慢

B.铜盘转动将变快

C.铜盘仍以原来的转速转动

D.铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定

【思维导引】

程序内容

使一个铜盘绕其竖直的轴00,转动,转动是匀速的。现

提取信息

把一个蹄形磁铁移近铜盘

转化情境电磁阻尼

感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻

选择规律

碍导体的运动

【解析】选Ao当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线,

产生感应电流，由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运

动，所以铜盘转动将变慢。本题也可以从能量守恒的角度去分析，因

为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电

能，铜盘转动会逐渐变慢。故A正确。

对点训练►►

1.（2022.汕头高二检测）下列物理情景不属于电磁阻尼应用的是（）

连接两个接

线柱的导线

A.选用铝框做磁B.在运输灵敏电流表时

电式电表骨架用导线把两接线柱连在

一起

aKFD

巴

二⑶

苣B

C.魔术师将小圆D.延时继电器控制

柱形磁铁从竖直高压电路开闭时

放置的空心铝管

上端管口放入表

演失重魔术

【解析】选Do选用铝框做骨架，当线圈在磁场转动时，导致铝框的

磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动,

属于电磁阻尼应用，故A不符合题意。运输过程中的震动颠簸，可

能会损坏指针、线圈，游丝短路后，产生感应电流，根据楞次定律，

产生电磁阻尼，减轻指针、线圈、游丝的摆动，属于电磁阻尼应用，

故B不符合题意。磁铁在下落时，导致铝管内的磁通量发生变化，

从而产生感应电流,进而产生安培力阻碍磁铁的下落，属于电磁阻尼

应用，故C不符合题意。电磁铁原理是用低压控制电路进而控制高

压工作电路，属于电流磁效应应用，则D符合题意。

2.如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以绕

00轴自由转动，两磁极靠近铜盘，但不接触。当磁铁绕轴转动时，

铜盘将（）

O'

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

【解析】选B。因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感

应电流，进而受安培力作用发生转动，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，线圈中能产生电流的条件必须是磁通量发生变化。故要求铜

盘转动方向与磁铁相同而转速小，不能同步转动。故选Bo

【拔高题组】

1,水平放置的玻璃板上方有一用细线悬挂的可自由旋转的小磁针，

下方有一水平放置的铜圆盘。圆盘的轴线与小磁针悬线在同一直线

上，初始时小磁针与圆盘均处于静止状态。当圆盘绕轴逆时针方向匀

速转动时，下列说法正确的是（）

A.小磁针不动

B.小磁针逆时针方向转动

C.小磁针顺时针方向转动

D.由于圆盘中没有磁通量的变化，因此圆盘中没有感应电流

【解析】选及铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿

过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流（涡流）,此

电流产生的磁场导致小磁针逆时针方向转动，构成电磁驱动。故选Bo

2.（2022.大庆高二检测）磁电式电流表是常用的电学实验器材，图甲

为其结构示意图。电表内部由线圈、磁铁、极靴、圆柱形软铁、螺旋

弹簧等构成。图乙为线圈在磁场中的受力示意图，下列说法正确的是

A.极靴与圆柱形软铁之间为匀强磁场

B.当线圈中电流方向改变时，线圈受到的安培力方向不变

C.在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起,

是利用了电磁阻尼原理

D.通电线圈通常绕在铝框上，其主要原因是铝的电阻率小，可以减

小焦耳热的产生

【解析】选Co极靴与圆柱形软铁之间的磁场均匀地辐向分布，磁感

应强度方向并不是处处相同，所以该磁场并不是匀强磁场，A错误；

当线圈中电流方向改变时，磁场方向不变，所以线圈受到的安培力方

向发生改变，B错误；在运输过程中，由于振动会使指针不停摆动，

可能使指针损坏，将接线柱用导线连在一起，相当于把表的线圈电路

组成闭合电路,在指针摆动过程中线圈切割磁感线产生感应电流,利

用电磁阻尼原理，阻碍指针摆动，防止指针因撞击而变形，C正确；

用金属铝做线圈框架，主要原因有：1.铝不导磁，用铝做框架可以减

小对磁场的影响，保证仪表的准确性更高；2.铝材料较轻，电阻率较

小，能更好地利用电磁阻尼现象，使指针迅速停下来，D错误。

【拓展例题】考查内容：电磁阻尼实验

【典例】为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组

的同学利用“电磁阻尼”来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方

案：甲方案：在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于零刻度中间；乙

方案：在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于零刻度中间。下列说法

正确的是（）

指针指针

A.甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流

B.甲方案中，铝板摆动时都能产生涡流，起电磁阻尼的作用

C.乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流

D.乙方案比甲方案更合理

【解析】选Bo甲方案中，铝板摆动时，磁通量变化，产生感应电流,

起电磁阻尼的作用，指针能很快停下来，故A错误，B正确；乙方案

中，当指针偏转角度较小时，铝框中磁通量不变，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，因此，甲方案更合理,

故C、D错误。

》情境模型©।

情境创新题

【例1】侈选）电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的

减震悬架，精密实验仪器的防震等。某减震座椅工作原理示意图如图

所示，除了弹簧可减震之外，中间还有磁体和配套定子线圈，在震动

过程中磁体可在定子线圈内上下移动。下列说法中正确的是（）

座椅

弹簧