2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第二册）2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（原卷版）

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动

课程标准物理素养

1.了解感生电场的概念，了解电子感应物理观念：涡流是一种特殊的电磁感应现象，在生产生活以及实

加速器的工作原理.验教学等方面有许多应用。

2.理解涡流的产生原理，了解涡流在生科学思维：涡流及其成因、涡流的热效应和机械效应等。

产和生活中的应用.科学探究：从能量的角度来分析电磁驱动现象和电磁阻尼现象。

3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，了科学态度与责任：通过涡流的应用、电磁阻尼和电磁驱动的应用，

解其在生产和生活中的应用．体会物理知识与科学技术的关系。

（一）课前研读课本，梳理基础知识：

一、电磁感应现象中的感生电场

1．感生电场

认为，磁场变化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

感生电场使电子加速．

二、涡流

1．涡流：当线圈中的随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应

电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作，简称．

2．金属块中的涡流会产生，利用涡流产生的可以冶炼金属．

三、电磁阻尼

当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是导体的运动，这种现象称为

电磁阻尼．

四、电磁驱动

若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的作用，使导体运动

起来，这种作用常常称为电磁驱动．

【题型一】电磁感应现象中的感生电场

1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的磁场中放一个闭合电路，自由

电荷在感生电场的作用下发生定向移动．

2．感生电场可用电场线形象描述．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合．

ΔΦ

3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n

Δt

计算．

【典型例题1】英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为r

的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一带电荷量为+q的小球。已知磁感应强度

B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是

（）

1

A．0B．r2qC．2r2qkD．r2qk

2

【典型例题2】麦克斯韦从场的观点出发，认为变化的磁场会激发感生电场。如图甲所示，半径为r的绝缘

光滑真空管道（内径远小于半径r）固定在水平面上，管内有一质量为m、带电量为q的小球，直径略小

于管道内径。真空管处在匀强磁场中，磁感应强度B随时间变化如图乙所示，规定竖直向上为正方向。t0

时刻无初速释放小球。下列说法正确的是（）

A．俯视真空管道，感生电场的方向是逆时针

Br

B．感生电场对小球的作用力大小为0q

t0

Br2

C．小球绕环一周，感生电场做功为0q

t0

22

B0rq

D．t0时刻管道对小球的作用力大小

4m

【对点训练1】现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，它

的基本原理如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室。当电磁铁线圈通入如

图乙所示的正弦式交变电流时，真空室中产生磁场，电子在真空室中做圆周运动。以图甲中所示电流方向

T3T

为正方向，俯视看在0~和~T两个时间段内电子的运动，下列说法正确的是（）

44

A．电子都沿逆时针做加速圆周运动

T3T

B．0~内电子沿逆时针做加速圆周运动，~T内电子沿逆时针做减速圆周运动

44

T3T

C．0~内电子沿逆时针做减速圆周运动，~T内电子沿逆时针做加速圆周运动

44

T3T

D．0~内电子沿逆时针做加速圆周运动，~T内电子无法做圆周运动

44

【对点训练2】如图所示，水平放置的内壁光滑半径为R的玻璃圆环，有一直径略小于圆环口径的带正电q

的小球，在圆环内以速度v0沿顺时针方向匀速转动（俯视）。在t0时刻施加方向竖直向上的变化磁场，磁

感应强度Bktk0。设运动过程中小球带电荷量不变，不计小球运动产生的磁场及相对论效应。加上磁

场后，下列说法正确的是（）

A．小球对玻璃圆环的压力不断增大

B．小球对玻璃圆环的压力不断减小

C．小球所受的磁场力一定不断增大

D．小球每运动一周增加的动能为kqR

【题型二】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非匀强磁场中运动．

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．

【典型例题3】下列设备中工作原理与涡流无关的是（）

A．冶炼炉B．电磁炉

C．微波炉D．金属探测器

【典型例题4】如图，安检门是检测人员有无携带金属物品的探测装置，它由发射器发射出正弦交流信号，

再由传感器接收金属物发出的信号，信号经过放大处理，当信号量达到设定值时即以声光形式产生报警。

当某人携带手机经过安检门时，下列说法正确的是（）

A．手机中出现的涡流方向不变

B．手机中出现的涡流受到的安培力方向不变

C．手机中出现涡流的频率与发射器发出的交流电频率不相同

D．发射器发射出交流信号频率越高，涡流越大

【对点训练3】金属冶炼炉的示意图如图所示，炉内装入被冶炼的金属，线圈通入某种电流，这时被冶炼的

金属就能熔化。这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼金属中，因此适于冶

炼特种金属。关于该金属冶炼炉，下列说法正确的是（）

A．利用线圈中电流的热效应

B．当线圈中电流变化越快，冶炼炉热功率越大

C．电流变化得越快，金属熔化得越快

D．炉中金属的电阻率越大，金属熔化得越快

【对点训练4】管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接，焊机的原理如图所示，圆管通过一

个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生感应电流，电流产生的热量使接缝处的

材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为（）

A．库仑B．密立根C．法拉第D．洛伦兹

【题型三】电磁阻尼和电磁驱动

电磁阻尼和电磁驱动的比较

电磁阻尼电磁驱动

成因由导体在磁场中运动形成的由磁场运动而形成的

安培力方向与导体运动方向相反，安培力方向与导体运动方向

不效果

为阻力相同，为动力

同

磁场能转化为电能，通过安

点能量克服安培力做功，其他形式的能转

培力做功，电能转化为导体

转化化为电能，最终转化为内能

的机械能

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

共同点

间的相对运动

【典型例题5】如图所示，导体小球A在光滑的绝缘水平圆形轨道上处于静止状态，现在使小球正上方的条

形磁铁在轨道正上方做匀速圆周运动，转速为n。关于小球的运动，下列说法正确的是（）

A．磁铁转动过程中远离小球时小球加速，靠近小球时小球减速

B．安培力对小球做的功大于小球动能的增加

C．安培力对小球做的功等于小球内部产生的焦耳热和小球动能的增量

D．运动稳定后，小球的转速最后等于n

【典型例题6】物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心

轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘

可绕中心轴自由转动，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，以下说法正确的是（）

A．法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电动势，无感应电流

B．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动

C．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘

D．法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现

【对点训练5】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x随时间t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t0时间，可认为振幅A衰

减到0）。不计空气阻力，下列说法正确的是（）

A．x＞0的那些时刻线圈对桌面的压力小于线圈的重力

B．x=0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A会更快地衰减到零

D．增加线圈的匝数，t0会减小，线圈产生的内能不变

【对点训练6】

如图所示为电磁打点计时器的部分结构示意图，它由底板、励磁线圈、永磁体和带有打点振针的振动片等

组成．当线圈中通以6～8V、50Hz的交变电流时，电流的磁场使振动片磁化，其右端就会在永磁体的磁场

中上下振动，从而使振针在拖动的纸带上打出点迹．下列关于电磁打点计时器的说法中正确的是（）

A．当线圈中通有如图所示方向的电流时，振动片右侧受到向上的磁场力

B．接通电源后，振动片就立即以其固有频率持续稳定的振动

C．在允许的范围内增大电源电压时，会增大振针的打点频率

D．断开打点计时器电源的瞬间，振动片立即停止振动

【基础强化】

1．现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原

理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电

磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为侧视图，下图为真空室的俯视

图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。已知电子的电荷量为e，电子做圆周运动的轨道半径为r，

B

因电流变化而产生的磁感应强度随时间的变化率为k（k为一定值）。下列说法中正确的是（）

t

A．电子受到的感生电场力提供圆周运动的向心力

B．为使电子加速，感生电场的方向应该沿逆时针方向

C．为使电子加速，当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流应该增大

D．电子在圆形轨道中加速一周的过程中，感生电场对电子所做的功为2keπr

2．如图所示，一长玻璃圆管内壁光滑、竖直放置。有一带正电的小球（可视为质点），以速率v0沿逆时针

方向从管口上端贴着管壁水平射入管内，经过一段时间后从底部离开圆管。若再次重复该过程，以相同速

率v0进入管内，同时在此空间加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间均匀增加的磁场。设运动过程中小

球所带电量不变，空气阻力不计。以下说法正确的是（）

A．加磁场后小球离开管口的速率与没加磁场时的速率的大小关系不能确定

B．加磁场后小球离开管口的时间小于没加磁场时的时间

C．加磁场后小球对玻璃管的压力一定不断增大

D．加磁场后，小球在玻璃管中运动时，只有重力做功，故小球与地球组成的系统机械能守恒

3．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（）

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

4．下列与电磁感应有关的现象中，说法正确的是（）

A．甲图变压器把硅钢切成片状的目的是为了增大涡流

B．乙图探雷器使用通以恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有较大金属零件的地雷

C．丙图冶炼炉通高频交流电时，冶炼炉会产生涡流，涡流产生热量将炉内金属块融化

D．丁图中磁电式仪表的线圈绕在铝框骨架上，铝框起到了电磁阻尼的作用

5．关于下列四幅图中，下列说法正确的是（）

A．甲图是电磁感应实验，说明磁可以生电

B．乙图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量

C．丙图是金属探测器，探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中会产生涡流

D．丁图是电吉他中电拾音器的基本结构，金属弦被磁化，弦振动过程中线圈中会产生感应电流，从而

使音箱发声。如果选用铜质弦，电吉他也能正常工作

6．动圈式的话筒和动圈式扬声器结构如图所示，扬声器中的锥形纸盆和话筒中的弹性膜片均与金属线圈粘

连在一起，线圈处于永磁体的磁场中，则（）

A．该扬声器可以当话筒使用

B．扬声器根据电磁感应原理工作的

C．话筒是根据电流的磁效应工作的

D．话筒是将电信号转换成声音信号的传感器

【素养提升】

7．如图所示，在O点正下方有一个有理想边界的匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不

考虑空气阻力，则下列说法正确的是（）

A．A、B两点在同一水平线B．A点高于B点

C．铜环最终将做等幅摆动D．最终环将静止于最低点

8．如图所示，磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是（）

A．使线圈偏转角度更大B．使线圈偏转后尽快停下来

C．起电磁阻尼的作用D．起电磁驱动的作用

9．飞机在航母上弹射起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动的原理如图所示，当固定线圈上突然通过直

流电流时，线圈附近的金属环会被弹射出去。现在固定线圈左侧的同一位置，先后放置两个分别由铜和铝

制成的闭合金属环。已知两环横截面积相等，形状、大小相同，且电阻率铜铝，合上开关S瞬间（）

A．铜环受到的安培力等于铝环受到的安培力

B．若将铜环放置在线圈右方，环将向右运动

C．从左侧看，环中感应电流的方向沿顺时针方向

D．电池正负极调换后，金属环不能向左弹射

10．神舟十二号乘组在与香港大中学生进行的天地连线中，聂海胜示范了太空踩单车。太空自行车是利用

电磁力增加阻力的一种体育锻炼器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图：其中圆

形结构为金属圆盘，当航天员踩脚踏板时，金属圆盘随之旋转。则下列设计中可行的方案有（）

A．B．C．

D．

【能力培优】

11．电磁灶（又叫电磁炉）的基本结构图如图甲所示，利用电磁感应产生涡流的原理对食物进行加热，

利用涡流现象来冶炼钢铁的炼钢炉装置如