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第3节　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。2.知道涡流、电磁驱动和电磁阻尼的概念,理解涡流的产生原理。3.理解电磁驱动和电磁阻尼的原理,了解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
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。
4.感生电场的理解
(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,产生感应电流。即
(2)感生电场可用电场线形象描述。感生电场是一种漩涡电场,电场线是闭合的,而静电场的电场线不闭合。
(3)感生电场的方向根据楞次定律和安培定则判断,感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n计算。
5.感生电场与静电场的区别
静电场 感生电场
产生条件 由电荷激发 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或无限远处,终止于负电荷或无限远处,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 正电荷所受电场力的方向与静电场的方向一致;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和安培定则判断的
【思考判断】
(1)只要磁场变化,即使没有电路,在空间也将产生感生电场。(√)
(2)处于变化磁场中的导体,其内部自由电荷定向移动,是由于受到感生电场的作用。(√)
(3)感生电场的电场线和静电场的电场线一样,都是不闭合的。(×)
例1 (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。
总结提升　判断感生电场方向的思路
训练1 (多选)(2026·安徽蚌埠高二期中)电子感应加速器基本原理如图所示,图甲的上、下两个电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化,产生的感生电场使真空室中的电子加速。如图乙所示,从上向下看电子沿逆时针方向运动。下列说法正确的是(　　)
A.磁场变化才能产生感生电场
B.变化的磁场在真空室中激发出的电场与静电场完全相同
C.当图乙中感生电场沿逆时针方向时,电子沿逆时针方向加速运动
D.图甲线圈中的电流增大的过程中,图乙中形成顺时针方向的感生电场
答案　AD
解析　由法拉第电磁感应定律可知,磁场变化时才会产生感生电场,故A正确;变化的磁场在真空室中激发出的电场为无源场,电场线为封闭曲线,与静电场不同,故B错误;当图乙中感生电场沿逆时针方向时,电子沿顺时针方向加速运动,故C错误;图甲线圈中的电流增大的过程中,竖直向上的磁场增强,由楞次定律可知图乙中形成顺时针方向的感生电场,故D正确。
知识点二　涡　流
在一铁块的外面绕有如图所示的线圈,当线圈通有如图所示的交变电流时,请问铁块中有感应电流吗 如果有,它的形状像什么
提示　铁块中有感应电流,它的形状像水中的漩涡。
1.定义:在变化的磁场中的导体内产生的感应电流,看起来就像水中的漩涡,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。
4.对涡流的进一步理解
(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,涡流的大小正比于磁通量的变化率。
(3)涡流的特点:整个金属块回路的电阻一般很小,涡流很大,发热功率很大。
(4)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。
【思考】
1.块状金属在匀强磁场中运动时,能否产生涡流
提示　不能。块状金属在匀强磁场中运动时,穿过金属块的磁通量不变,所以金属块中不能产生涡流。
2.利用涡流加热时,为什么使用高频交流电源
提示　涡流就是感应电流,使用高频交流电源,能产生高频变化的磁场,磁场中导体内磁通量的变化更迅速,产生的感应电流更大,加热效果更好。
3.为什么变压器、电动机的铁芯都不是整块金属,而是由许多互相绝缘的薄片叠合而成的
提示　因为线圈绕在铁芯上,线圈中电流发生变化时,会在整块的铁芯中产生较大的涡流使铁芯发热,浪费能量。采用互相绝缘的薄片叠合是为了增大电阻,减小涡流。
例2 (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交变磁场
B.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
答案　AD
解析　在探测器内的探测线圈中通有交变电流时,线圈会产生交变磁场,在其外部的金属中会激发出感应电流(涡流),不一定要求是有磁性的金属物,涡流的磁场反过来影响线圈中的磁场,从而使探测器报警,故B、C错误,A、D正确。
训练2 (多选)下列四幅图都与涡流有关,其中说法正确的是(　　)
A.图甲中真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B.图乙中自制金属探测器是利用被测金属中产生的涡流来进行探测的
C.图丙中电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物
D.图丁中变压器的铁芯用互相绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流
答案　ABD
解析　真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化,在金属中产生涡流,从而产生大量的热量,熔化金属的,故A正确;金属探测器中变化电流遇到金属物体,在被测金属中产生涡流来进行探测,故B正确;家用电磁炉工作时,在锅体中产生涡流,加热食物,故C错误;当变压器中的电流变化时,在其铁芯将产生涡流,使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能减小涡流,故D正确。
知识点三　电磁阻尼和电磁驱动
(1)如图甲所示,弹簧上端固定,下端悬挂一个磁体,将磁体在同一高度释放,下端放有固定的闭合线圈,磁体上下振动穿过线圈,磁体很快停止振动,而磁体下不放闭合线圈,磁体能振动较长时间,解释这个现象;
(2)如图乙所示,当顺时针或逆时针转动蹄形磁体时线圈怎样转动 使线圈转动起来的动力是什么
提示　(1)下端放有闭合线圈时,磁体上下振动时除了受空气阻力外,还受到线圈的磁场阻力,所以很快停下来。
(2)当蹄形磁体顺时针转动时,线圈也顺时针转动;当蹄形磁体逆时针转动时,线圈也逆时针转动。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。
1.电磁阻尼
(1)定义:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力总是阻碍导体的运动的现象。
(2)应用:电学仪表中利用电磁阻尼使指针很快地停下来,便于读数。
2.电磁驱动
(1)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,这种作用常常称为电磁驱动。
(2)应用:交流感应电动机。
【思考】
1.分别从力的角度和能量的角度解释电磁阻尼的本质。
提示　从力的角度来看:当导体与磁场相对运动时,导体中产生感应电流,感应电流在磁场中受到安培力,阻碍导体与磁场的相对运动。从能量的角度来看:导体产生感应电流的过程也是机械能转化为电能的过程,导体机械能的减少表现为“阻碍”。
2.电磁驱动现象中,导体在安培力作用下的运动速度总要比磁场的运动速度慢一些,原因是什么
提示　如果导体速度和磁场速度一样,则两者相对速度为零,便不会产生感应电流,这时的电磁驱动作用就会消失,所以导体的运动速度总要比磁场的运动速度慢一些。
3.强磁铁通过无缺口和有缺口的铝管时,为什么下落得快慢不同
提示　强磁铁通过无缺口的铝管,使铝管中产生感应电流,感应电流对强磁铁相对铝管的运动有阻碍作用,故在有缺口的铝管中下落得更快。
角度1　电磁阻尼
例3 某同学搬运如图所示的磁电式电流表时,发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议,该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运,发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是(　　)
A.未接导线时,表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势
B.未接导线时,表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用
C.接上导线后,表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势
D.接上导线后,表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用
答案　D
解析　未接导线时,表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势,但不构成闭合回路,故不产生感应电流,不受安培力作用,A、B错误;接上导线后,表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势,在闭合回路中产生感应电流,受到安培力的作用,是电磁阻尼的表现,C错误,D正确。
角度2　电磁驱动
例4 (2026·山东潍坊高二期中)如图是一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极之间。铝框可以绕支点自由转动,先使铝框和磁体静止,转动磁体,观察铝框的运动,可以观察到(　　)
A.铝框与磁体转动方向相反
B.铝框始终与磁体转动的一样快
C.铝框是因为受到安培力而转动的
D.当磁体停止转动后,如果没有空气阻力和摩擦阻力,铝框将保持匀速转动
答案　C
解析　根据楞次定律的推论“来拒去留”可知,转动磁体时,铝框会跟着转动,且转动方向与磁体转动方向一致,A错误;铝框转动的本质是磁体转动过程中,穿过铝框的磁通量发生了变化,在铝框中产生了感应电流,然后感应电流受到磁体周围的磁场对它的安培力作用,从而使铝框转动了起来,又因为感应电流的磁场只是阻碍磁通量的变化,并不是阻止,所以铝框转动的速度要比磁体慢,B错误,C正确;当磁体停止转动后,铝框由于惯性会继续转动,在转动过程中与磁体的相对位置发生了变化,穿过铝框的磁通量发生了变化,所以铝框中产生感应电流,则铝框中会有焦耳热产生,铝框的动能会慢慢减少,所以即使没有空气阻力和摩擦力铝框也会停下来,D错误。
总结提升　
电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的
效果 安培力方向与导体运动方向相反,为阻力 安培力方向与导体运动方向相同,为动力
能量 转化 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
共同点 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间的相对运动
随堂对点自测
1.(电磁感应中的感生电场)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
答案　A
解析　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.(涡流)电磁炉具有无明火、无污染、高效节能等优点,某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉,其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,接通交流电源,一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是(　　)
A.若将交流电源改为恒定电流,则简易电磁炉仍能正常工作
B.若将金属杯换作陶瓷器皿,则简易电磁炉仍能正常工作
C.若仅增大交流电的频率,则简易电磁炉的功率增大
D.在线圈和金属杯之间放一层绝缘垫片,简易电磁炉将不能正常工作
答案　C
解析　交流电源产生变化的磁场,使通过金属杯的磁通量发生变化而产生涡流,利用涡流来加热食物或者水,如果将交流电源改为恒定电流或者将金属杯换作陶瓷器皿,将不能再产生涡流,即简易电磁炉不能正常工作,A、B错误;仅增大交流电的频率,根据法拉第电磁感应定律可知,涡流增大,简易电磁炉的功率增大,C正确;交流电源产生的变化的磁场能穿过绝缘垫片,通过金属杯的磁通量仍会发生变化而产生涡流,故电磁炉仍能正常工作,D错误。
3.(电磁阻尼)如图所示,有一铜盘被轻轻拨动后会绕转轴自由转动,如果转动时把蹄形磁体的两极放在铜盘的边缘,但不与铜盘接触。则下列说法正确的是(　　)
A.铜盘转得越来越快
B.铜盘中会有涡流产生
C.这是电磁驱动现象
D.上下交换磁极铜盘会转得越来越快
答案　B
解析　由于电磁阻尼作用导致铜盘转得越来越慢,故A、C错误;铜盘转动时切割磁感线产生涡流,故B正确;上下交换磁极同样会由于电磁阻尼作用导致铜盘转得越来越慢,故D错误。
基础对点练
题组一　电磁感应中的感生电场
1.(多选)由于方向竖直向上的磁场的磁感应强度B变化,产生了如图所示的感生电场,下列说法中正确的是(　　)
A.若磁场周围有一个水平的金属线圈,则线圈中电流方向与图中电场线的方向相反
B.若磁场周围有一个水平的金属线圈,则线圈中电流方向与图中电场线的方向相同
C.磁感应强度一定在增大
D.磁感应强度一定在减小
答案　BC
解析　若磁场周围有一个水平的金属线圈,则线圈中的电子在静电力的作用下逆时针方向(俯视)运动,线圈中的电流方向为顺时针方向(俯视),故选项A错误,B正确;由于假设的金属线圈中的感应电流方向为顺时针方向(俯视),由安培定则可知感应电流产生的磁场方向向下,与原磁场方向相反,由楞次定律可知原磁场磁感应强度是增大的,故选项C正确,D错误。
2.著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置:一块绝缘圆板可绕其中心竖直的光滑轴自由转动,在圆板的中部有一个线圈,圆板的四周固定着一圈金属小球,如图所示。在线圈接通电源的瞬间发现圆板做顺时针转动(俯视),则下列说法正确的是(　　)
A.圆板上的金属小球一定带正电
B.圆板上的金属小球一定带负电
C.圆板上的金属小球可能不带电
D.圆板上的金属小球可能带负电
答案　D
解析　线圈通电瞬间,根据麦克斯韦电磁场理论可知,变化的磁场产生电场,从而使带电的金属小球受到电场力,使圆板转动起来,但由于线圈中电流方向未知,产生的感生电场的方向未知,所以不能确定小球的电性,但若小球不带电,那么就不会受到感应电场的电场力,圆板就不会转动,故D正确,A、B、C错误。
题组二　涡流
3.(2025·河南卷,5)如图,一金属薄片在力F作用下自左向右从两磁极之间通过。当金属薄片中心运动到N极的正下方时,沿N极到S极的方向看,下列图中能够正确描述金属薄片内涡电流绕行方向的是(　　)
答案　C
解析　根据题图可知,沿N极到S极的方向看,当金属薄片中心向右运动到N极的正下方时,通过薄片右半边的磁通量在减小,通过薄片左半边的磁通量在增多,由楞次定律可知,右侧涡流产生的磁场方向与原磁场方向相同,左侧涡流产生的磁场方向与原磁场方向相反,所以由安培定则可知,右侧涡电流沿顺时针方向,左侧涡流沿逆时针方向,C正确。
4.(多选)如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有(　　)
A.增加线圈的匝数
B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯
D.取走线圈中的铁芯
答案　AB
解析　当线圈接通交流电源时,金属杯处在变化的磁场中产生涡流从而发热,使水温升高。要缩短加热时间,需增大涡流,即增大感应电动势或减小电阻。增加线圈匝数、提高交流电源的频率都是为了增大感应电动势;陶瓷杯不能产生涡电流;取走铁芯会导致磁性减弱而减小感应电动势,故A、B正确,C、D错误。
题组三　电磁阻尼和电磁驱动
5.(多选)(2026·江苏盐城高二期末)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装置等。某减震座椅工作原理示意图如图所示,除了弹簧之外,中间还有磁体和固定在底座上的线圈,在震动过程中磁体可在线圈内上下移动。则(　　)
A.对调磁体的磁极,起不到减震效果
B.对调磁体的磁极,不影响减震效果
C.线圈的匝数越少,电磁阻尼现象越明显
D.线圈的匝数越多,电磁阻尼现象越明显
答案　BD
解析　对调磁体的磁极,震动过程中线圈仍会产生感应电流,不影响减震效果,故A错误,B正确;根据法拉第电磁感应定律E＝n,线圈的匝数越多,产生的感应电动势越大,线圈中的电流越大,电磁阻尼现象越明显,故C错误,D正确。
6.(2026·广东珠海高二期末)如图甲所示是一个“简易电动机”,一节5号干电池的正极向上,一块圆柱形强磁体吸附在电池的负极,将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框,线框上端的弯折位置与正极接触良好,下面弯曲的两端与磁体表面保持良好接触,放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示,关于该“简易电动机”,下列说法正确的是(　　)
A.线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系
B.从上往下看,该“简易电动机”顺时针旋转
C.其工作原理是导线切割磁感线产生感应电流从而使导线框受到安培力而转动
D.电池消耗的电能全部转化为线框的动能
答案　B
解析　线框①、②两部分导线电阻在电路中是并联关系,故A错误;线框的上下两条边受到安培力的作用而发生转动,根据左手定则可以判断从上往下看,线框将做顺时针转动,故B正确;电动机的工作原理是通电导线在磁场中受安培力的作用,故C错误;电池消耗的电能一部分用于线框发热产生的内能,一部分提供线框的动能,故D错误。
7.(多选)图甲为磁控健身车,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,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。
综合提升练
8.(2026·江西抚州高二期末)下列关于教材中四幅插图的说法正确的是(　　)
A.甲图中当摇动手柄使得蹄形磁体转时,铝框会同向转动,且和磁体转得一样快
B.乙图中探测地雷的探测器通过长柄线圈中的电流是变化电流
C.丙图是通过电磁炉生成的电磁波对食物加热
D.丁图中磁电式仪表,把线圈绕在铝框骨架上,目的是起到电磁驱动的作用
答案　B
解析　根据电磁驱动原理,图甲中摇动手柄使得蹄形磁体转时,铝框会同向转动,且比磁体转的慢,故A错误;探测地雷的探雷器是利用涡流工作的,士兵手持一个长柄线圈在地面上扫过,线圈中通有变化的电流,如果地下埋着金属物品,金属中感应出涡流,涡流的磁场反过来影响线圈中的电流,使仪器报警,故B正确;电磁炉是采用涡流加热食物的,故C错误;丁图中磁电式仪表,把线圈绕在铝框骨架上,目的是起到电磁阻尼的作用,故D错误。
9.如图所示,一根长1 m左右的空心铝管竖直放置,把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口,圆柱形磁体直径略小于铝管的内径。让磁体从管口处由静止下落,磁体在管内运动时,没有跟铝管内壁发生摩擦,不计空气阻力。有关磁体在铝管中下落的过程,下列说法可能正确的是(　　)
A.磁体做自由落体运动
B.磁体受到铝管中涡流的作用力方向先向上后向下
C.磁体受到的合力方向一直向下
D.磁体的机械能先增加后减少
答案　C
解析　磁体下落时,由于铝管是无缝空心铝管,因此铝管中产生涡流,根据楞次定律可知会产生阻力阻碍磁体的下落。开始时,磁体的速度较小,阻力小于重力,合力向下,速度逐渐增大,磁体所受阻力也增大,加速度减小。当空心铝管足够长时,磁体会先做加速度逐渐减小的加速运动,速度最大时,磁体所受阻力等于重力,做匀速直线运动,因此磁体不可能做自由落体运动,且磁体受到铝管中涡流的作用力方向一直向上,故A、B错误;当铝管长度有限时,磁体可能达不到最大速度就穿过了铝管,即该过程中磁体受到的合力方向一直向下,故C正确;由于一直存在阻力做负功,因此磁铁的机械能一直减少,故D错误。
10.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(　　)
A.0 B.r2qk
C.2πr2qk D.πr2qk
答案　D
解析　根据法拉第电磁感应定律可知,该变化磁场产生的感生电动势为E＝·S＝kπr2,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W＝qE＝πr2qk,故D正确。
11.(2026·湖北武汉高二期末)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(　　)
答案　A
解析　A图是铝板,磁场在铝板中间,无论指针偏转角度大小,都会在铝板上产生涡流,起到电磁阻尼的作用,指针会很快稳定的停下,便于读数,A方案合理;如图B、D所示,当指针向左偏转时,铝框或铝板可能会离开磁场,产生不了涡流,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。
12.高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下:将磁体的N极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘,使磁感线垂直铝盘向里,铝盘随即减速,如图所示。图中磁体左方铝盘的甲区域(虚线区域)朝磁体方向运动,磁体右方铝盘的乙区域(虚线区域)朝离开磁体方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是(　　)
A.铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场
B.铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场
C.磁体与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力,都会使铝盘减速
D.若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘,则磁体对空洞铝盘的作用力变大
答案　C
解析　铝盘甲区域中的磁通量增加,由楞次定律和右手定则可知,甲区域感应电流方向为逆时针,则此感应电流的磁场方向垂直于铝盘向外,故A错误;铝盘乙区域中的磁通量减少,由楞次定律和右手定则可知,乙区域感应电流方向为顺时针,则此感应电流的磁场方向垂直于铝盘向里,故B错误;由“来拒去留”可知,磁体与感应电流之间有相互阻碍的作用力,则会使铝盘减速,故C正确;若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘,这样会导致涡流产生的磁场减弱,则磁体对空洞铝盘的作用力变小,所产生的减速效果明显低于实心铝盘,故D错误。(共62张PPT)
第3节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动
第二章　电磁感应
1.了解感生电场的概念。
2.知道涡流、电磁驱动和电磁阻尼的概念,理解涡流的产生原理。
3.理解电磁驱动和电磁阻尼的原理,了解其在生产和生活中的应用。
学习目标
目 录
00ONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　涡　流
知识点一　电磁感应现象中的感生电场
知识点三　电磁阻尼和电磁驱动
知识点一　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。
麦克斯韦
电场
感生电场
电流
4.感生电场的理解
(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,产生感应电流。即
(2)感生电场可用电场线形象描述。感生电场是一种漩涡电场,电场线是闭合的,而静电场的电场线不闭合。
(3)感生电场的方向根据楞次定律和安培定则判断,感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n计算。
5.感生电场与静电场的区别
静电场 感生电场
产生条件 由电荷激发 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或无限远处,终止于负电荷或无限远 处,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 正电荷所受电场力的方向与静电场的方向一致;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和安培定则判断的
【思考判断】
(1)只要磁场变化,即使没有电路,在空间也将产生感生电场。( )
(2)处于变化磁场中的导体,其内部自由电荷定向移动,是由于受到感生电场的作用。( )
(3)感生电场的电场线和静电场的电场线一样,都是不闭合的。( )
√
√
×
例1 (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
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。
总结提升　判断感生电场方向的思路
训练1 (多选)(2026·安徽蚌埠高二期中)电子感应加速器基本原理如图所示,图甲的上、下两个电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化,产生的感生电场使真空室中的电子加速。如图乙所示,从上向下看电子沿逆时针方向运动。下列说法正确的是(　　)
AD
A.磁场变化才能产生感生电场
B.变化的磁场在真空室中激发出的电场与静电场完全相同
C.当图乙中感生电场沿逆时针方向时,电子沿逆时针方向加速运动
D.图甲线圈中的电流增大的过程中,图乙中形成顺时针方向的感生电场
解析　由法拉第电磁感应定律可知,磁场变化时才会产生感生电场,故A正确;变化的磁场在真空室中激发出的电场为无源场,电场线为封闭曲线,与静电场不同,故B错误;当图乙中感生电场沿逆时针方向时,电子沿顺时针方向加速运动,故C错误;图甲线圈中的电流增大的过程中,竖直向上的磁场增强,由楞次定律可知图乙中形成顺时针方向的感生电场,故D正确。
知识点二　涡　流
在一铁块的外面绕有如图所示的线圈,当线圈通有如图所示的交变电流时,请问铁块中有感应电流吗 如果有,它的形状像什么
提示　铁块中有感应电流,它的形状像水中的漩涡。
1.定义:在变化的磁场中的导体内产生的____________,看起来就像水中的漩涡,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____________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)用互相绝缘的_________叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。
感应电流
热效应
磁效应
涡流过大
电阻率
硅钢片
4.对涡流的进一步理解
(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,涡流的大小正比于磁通量的变化率。
(3)涡流的特点:整个金属块回路的电阻一般很小,涡流很大,发热功率很大。
(4)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。
【思考】
1.块状金属在匀强磁场中运动时,能否产生涡流
提示　不能。块状金属在匀强磁场中运动时,穿过金属块的磁通量不变,所以金属块中不能产生涡流。
2.利用涡流加热时,为什么使用高频交流电源
提示　涡流就是感应电流,使用高频交流电源,能产生高频变化的磁场,磁场中导体内磁通量的变化更迅速,产生的感应电流更大,加热效果更好。
3.为什么变压器、电动机的铁芯都不是整块金属,而是由许多互相绝缘的薄片叠合而成的
提示　因为线圈绕在铁芯上,线圈中电流发生变化时,会在整块的铁芯中产生较大的涡流使铁芯发热,浪费能量。采用互相绝缘的薄片叠合是为了增大电阻,减小涡流。
例2 (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(　　)
AD
A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场
B.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
解析　在探测器内的探测线圈中通有交变电流时,线圈会产生交变磁场,在其外部的金属中会激发出感应电流(涡流),不一定要求是有磁性的金属物,涡流的磁场反过来影响线圈中的磁场,从而使探测器报警,故B、C错误,A、D正确。
训练2 (多选)下列四幅图都与涡流有关,其中说法正确的是(　 　)
ABD
A.图甲中真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B.图乙中自制金属探测器是利用被测金属中产生的涡流来进行探测的
C.图丙中电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物
D.图丁中变压器的铁芯用互相绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流
解析　真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化,在金属中产生涡流,从而产生大量的热量,熔化金属的,故A正确;金属探测器中变化电流遇到金属物体,在被测金属中产生涡流来进行探测,故B正确;家用电磁炉工作时,在锅体中产生涡流,加热食物,故C错误;当变压器中的电流变化时,在其铁芯将产生涡流,使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能减小涡流,故D正确。
知识点三　电磁阻尼和电磁驱动
(1)如图甲所示,弹簧上端固定,下端悬挂一个磁体,将磁体在同一高度释放,下端放有固定的闭合线圈,磁体上下振动穿过线圈,磁体很快停止振动,而磁体下不放闭合线圈,磁体能振动较长时间,解释这个现象;
(2)如图乙所示,当顺时针或逆时针转动蹄形磁体时线圈怎样转动 使线圈转动起来的动力是什么
提示　(1)下端放有闭合线圈时,磁体上下振动时除了受空气阻力外,还受到线圈的磁场阻力,所以很快停下来。
(2)当蹄形磁体顺时针转动时,线圈也顺时针转动;当蹄形磁体逆时针转动时,线圈也逆时针转动。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。
1.电磁阻尼
(1)定义:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力总是______导体的运动的现象。
(2)应用:电学仪表中利用____________使指针很快地停下来,便于读数。
2.电磁驱动
(1)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_________的作用,_________使导体运动起来,这种作用常常称为电磁驱动。
(2)应用:交流感应电动机。
阻碍
电磁阻尼
安培力
安培力
【思考】
1.分别从力的角度和能量的角度解释电磁阻尼的本质。
提示　从力的角度来看:当导体与磁场相对运动时,导体中产生感应电流,感应电流在磁场中受到安培力,阻碍导体与磁场的相对运动。从能量的角度来看:导体产生感应电流的过程也是机械能转化为电能的过程,导体机械能的减少表现为“阻碍”。
2.电磁驱动现象中,导体在安培力作用下的运动速度总要比磁场的运动速度慢一些,原因是什么
提示　如果导体速度和磁场速度一样,则两者相对速度为零,便不会产生感应电流,这时的电磁驱动作用就会消失,所以导体的运动速度总要比磁场的运动速度慢一些。
3.强磁铁通过无缺口和有缺口的铝管时,为什么下落得快慢不同
提示　强磁铁通过无缺口的铝管,使铝管中产生感应电流,感应电流对强磁铁相对铝管的运动有阻碍作用,故在有缺口的铝管中下落得更快。
角度1　电磁阻尼
例3 某同学搬运如图所示的磁电式电流表时,发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议,该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运,发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是(　　)
D
A.未接导线时,表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势
B.未接导线时,表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用
C.接上导线后,表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势
D.接上导线后,表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用
解析　未接导线时,表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势,但不构成闭合回路,故不产生感应电流,不受安培力作用,A、B错误;接上导线后,表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势,在闭合回路中产生感应电流,受到安培力的作用,是电磁阻尼的表现,C错误,D正确。
角度2　电磁驱动
例4 (2026·山东潍坊高二期中)如图是一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极之间。铝框可以绕支点自由转动,先使铝框和磁体静止,转动磁体,观察铝框的运动,可以观察到(　　)
C
A.铝框与磁体转动方向相反
B.铝框始终与磁体转动的一样快
C.铝框是因为受到安培力而转动的
D.当磁体停止转动后,如果没有空气阻力和摩擦阻力,铝框将保持匀速转动
解析　根据楞次定律的推论“来拒去留”可知,转动磁体时,铝框会跟着转动,且转动方向与磁体转动方向一致,A错误;铝框转动的本质是磁体转动过程中,穿过铝框的磁通量发生了变化,在铝框中产生了感应电流,然后感应电流受到磁体周围的磁场对它的安培力作用,从而使铝框转动了起来,又因为感应电流的磁场只是阻碍磁通量的变化,并不是阻止,所以铝框转动的速度要比磁体慢,B错误,C正确;当磁体停止转动后,铝框由于惯性会继续转动,在转动过程中与磁体的相对位置发生了变化,穿过铝框的磁通量发生了变化,所以铝框中产生感应电流,则铝框中会有焦耳热产生,铝框的动能会慢慢减少,所以即使没有空气阻力和摩擦力铝框也会停下来,D错误。
总结提升　
电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的
效果 安培力方向与导体运动方向相 反,为阻力 安培力方向与导体运动方向相同,为动力
能量 转化 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
共同点 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间的相对运动
随堂对点自测
2
A
1.(电磁感应中的感生电场)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　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。
C
2.(涡流)电磁炉具有无明火、无污染、高效节能等优点,某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉,其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,接通交流电源,一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是(　　)
A.若将交流电源改为恒定电流,则简易电磁炉仍能正常工作
B.若将金属杯换作陶瓷器皿,则简易电磁炉仍能正常工作
C.若仅增大交流电的频率,则简易电磁炉的功率增大
D.在线圈和金属杯之间放一层绝缘垫片,简易电磁炉将不能正常工作
解析　交流电源产生变化的磁场,使通过金属杯的磁通量发生变化而产生涡流,利用涡流来加热食物或者水,如果将交流电源改为恒定电流或者将金属杯换作陶瓷器皿,将不能再产生涡流,即简易电磁炉不能正常工作,A、B错误;仅增大交流电的频率,根据法拉第电磁感应定律可知,涡流增大,简易电磁炉的功率增大,C正确;交流电源产生的变化的磁场能穿过绝缘垫片,通过金属杯的磁通量仍会发生变化而产生涡流,故电磁炉仍能正常工作,D错误。
B
3.(电磁阻尼)如图所示,有一铜盘被轻轻拨动后会绕转轴自由转动,如果转动时把蹄形磁体的两极放在铜盘的边缘,但不与铜盘接触。则下列说法正确的是(　　)
A.铜盘转得越来越快 B.铜盘中会有涡流产生
C.这是电磁驱动现象 D.上下交换磁极铜盘会转得越来越快
解析　由于电磁阻尼作用导致铜盘转得越来越慢,故A、C错误;铜盘转动时切割磁感线产生涡流,故B正确;上下交换磁极同样会由于电磁阻尼作用导致铜盘转得越来越慢,故D错误。
课后巩固训练
3
BC
基础对点练
题组一　电磁感应中的感生电场
1.(多选)由于方向竖直向上的磁场的磁感应强度B变化,产生了如图所示的感生电场,下列说法中正确的是(　　)
A.若磁场周围有一个水平的金属线圈,则线圈中电流方向与图中电场线的方向相反
B.若磁场周围有一个水平的金属线圈,则线圈中电流方向与图中电场线的方向相同
C.磁感应强度一定在增大
D.磁感应强度一定在减小
解析　若磁场周围有一个水平的金属线圈,则线圈中的电子在静电力的作用下逆时针方向(俯视)运动,线圈中的电流方向为顺时针方向(俯视),故选项A错误,B正确;由于假设的金属线圈中的感应电流方向为顺时针方向(俯视),由安培定则可知感应电流产生的磁场方向向下,与原磁场方向相反,由楞次定律可知原磁场磁感应强度是增大的,故选项C正确,D错误。
D
2.著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置:一块绝缘圆板可绕其中心竖直的光滑轴自由转动,在圆板的中部有一个线圈,圆板的四周固定着一圈金属小球,如图所示。在线圈接通电源的瞬间发现圆板做顺时针转动(俯视),则下列说法正确的是(　　)
A.圆板上的金属小球一定带正电
B.圆板上的金属小球一定带负电
C.圆板上的金属小球可能不带电
D.圆板上的金属小球可能带负电
解析　线圈通电瞬间,根据麦克斯韦电磁场理论可知,变化的磁场产生电场,从而使带电的金属小球受到电场力,使圆板转动起来,但由于线圈中电流方向未知,产生的感生电场的方向未知,所以不能确定小球的电性,但若小球不带电,那么就不会受到感应电场的电场力,圆板就不会转动,故D正确,A、B、C错误。
C
题组二　涡流
3.(2025·河南卷,5)如图,一金属薄片在力F作用下自左向右从两磁极之间通过。当金属薄片中心运动到N极的正下方时,沿N极到S极的方向看,下列图中能够正确描述金属薄片内涡电流绕行方向的是(　　)
解析　根据题图可知,沿N极到S极的方向看,当金属薄片中心向右运动到N极的正下方时,通过薄片右半边的磁通量在减小,通过薄片左半边的磁通量在增多,由楞次定律可知,右侧涡流产生的磁场方向与原磁场方向相同,左侧涡流产生的磁场方向与原磁场方向相反,所以由安培定则可知,右侧涡电流沿顺时针方向,左侧涡流沿逆时针方向,C正确。
AB
4.(多选)如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有(　　)
A.增加线圈的匝数 B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯 D.取走线圈中的铁芯
解析　当线圈接通交流电源时,金属杯处在变化的磁场中产生涡流从而发热,使水温升高。要缩短加热时间,需增大涡流,即增大感应电动势或减小电阻。增加线圈匝数、提高交流电源的频率都是为了增大感应电动势;陶瓷杯不能产生涡电流;取走铁芯会导致磁性减弱而减小感应电动势,故A、B正确,C、D错误。
BD
A.对调磁体的磁极,起不到减震效果
B.对调磁体的磁极,不影响减震效果
C.线圈的匝数越少,电磁阻尼现象越明显
D.线圈的匝数越多,电磁阻尼现象越明显
题组三　电磁阻尼和电磁驱动
5.(多选)(2026·江苏盐城高二期末)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装置等。某减震座椅工作原理示意图如图所示,除了弹簧之外,中间还有磁体和固定在底座上的线圈,在震动过程中磁体可在线圈内上下移动。则(　　)
解析　对调磁体的磁极,震动过程中线圈仍会产生感应电流,不影响减震效果,故A错误,B正确;根据法拉第电磁感应定律E＝n,线圈的匝数越多,产生的感应电动势越大,线圈中的电流越大,电磁阻尼现象越明显,故C错误,D正确。
B
6.(2026·广东珠海高二期末)如图甲所示是一个“简易电动机”,一节5号干电池的正极向上,一块圆柱形强磁体吸附在电池的负极,将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框,线框上端的弯折位置与正极接触良好,下面弯曲的两端与磁体表面保持良好接触,放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示,关于该“简易电动机”,下列说法正确的是(　　)
A.线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系
B.从上往下看,该“简易电动机”顺时针旋转
C.其工作原理是导线切割磁感线产生感应电流从而使导线框受到安培力而转动
D.电池消耗的电能全部转化为线框的动能
解析　线框①、②两部分导线电阻在电路中是并联关系,故A错误;线框的上下两条边受到安培力的作用而发生转动,根据左手定则可以判断从上往下看,线框将做顺时针转动,故B正确;电动机的工作原理是通电导线在磁场中受安培力的作用,故C错误;电池消耗的电能一部分用于线框发热产生的内能,一部分提供线框的动能,故D错误。
AD
7.(多选)图甲为磁控健身车,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一定时,飞轮转速越大,内部的涡流越强
解析　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,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。
B
综合提升练
8.(2026·江西抚州高二期末)下列关于教材中四幅插图的说法正确的是(　　)
A.甲图中当摇动手柄使得蹄形磁体转时,铝框会同向转动,且和磁体转得一样快
B.乙图中探测地雷的探测器通过长柄线圈中的电流是变化电流
C.丙图是通过电磁炉生成的电磁波对食物加热
D.丁图中磁电式仪表,把线圈绕在铝框骨架上,目的是起到电磁驱动的作用
解析　根据电磁驱动原理,图甲中摇动手柄使得蹄形磁体转时,铝框会同向转动,且比磁体转的慢,故A错误;探测地雷的探雷器是利用涡流工作的,士兵手持一个长柄线圈在地面上扫过,线圈中通有变化的电流,如果地下埋着金属物品,金属中感应出涡流,涡流的磁场反过来影响线圈中的电流,使仪器报警,故B正确;电磁炉是采用涡流加热食物的,故C错误;丁图中磁电式仪表,把线圈绕在铝框骨架上,目的是起到电磁阻尼的作用,故D错误。
C
9.如图所示,一根长1 m左右的空心铝管竖直放置,把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口,圆柱形磁体直径略小于铝管的内径。让磁体从管口处由静止下落,磁体在管内运动时,没有跟铝管内壁发生摩擦,不计空气阻力。有关磁体在铝管中下落的过程,下列说法可能正确的是(　　)
A.磁体做自由落体运动
B.磁体受到铝管中涡流的作用力方向先向上后向下
C.磁体受到的合力方向一直向下
D.磁体的机械能先增加后减少
解析　磁体下落时,由于铝管是无缝空心铝管,因此铝管中产生涡流,根据楞次定律可知会产生阻力阻碍磁体的下落。开始时,磁体的速度较小,阻力小于重力,合力向下,速度逐渐增大,磁体所受阻力也增大,加速度减小。当空心铝管足够长时,磁体会先做加速度逐渐减小的加速运动,速度最大时,磁体所受阻力等于重力,做匀速直线运动,因此磁体不可能做自由落体运动,且磁体受到铝管中涡流的作用力方向一直向上,故A、B错误;当铝管长度有限时,磁体可能达不到最大速度就穿过了铝管,即该过程中磁体受到的合力方向一直向下,故C正确;由于一直存在阻力做负功,因此磁铁的机械能一直减少,故D错误。
D
10.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(　　)
A.0 B.r2qk
C.2πr2qk D.πr2qk
解析　根据法拉第电磁感应定律可知,该变化磁场产生的感生电动势为E＝·S＝kπr2,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W＝qE＝πr2qk,故D正确。
A
11.(2026·湖北武汉高二期末)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图是铝板,磁场在铝板中间,无论指针偏转角度大小,都会在铝板上产生涡流,起到电磁阻尼的作用,指针会很快稳定的停下,便于读数,A方案合理;如图B、D所示,当指针向左偏转时,铝框或铝板可能会离开磁场,产生不了涡流,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。
C
12.高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下:将磁体的N极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘,使磁感线垂直铝盘向里,铝盘随即减速,如图所示。图中磁体左方铝盘的甲区域(虚线区域)朝磁体方向运动,磁体右方铝盘的乙区域(虚线区域)朝离开磁体方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是(　　)
A.铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场
B.铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场
C.磁体与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力,都会使铝盘减速
D.若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘,则磁体对空洞铝盘的作用力变大
解析　铝盘甲区域中的磁通量增加,由楞次定律和右手定则可知,甲区域感应电流方向为逆时针,则此感应电流的磁场方向垂直于铝盘向外,故A错误;铝盘乙区域中的磁通量减少,由楞次定律和右手定则可知,乙区域感应电流方向为顺时针,则此感应电流的磁场方向垂直于铝盘向里,故B错误;由“来拒去留”可知,磁体与感应电流之间有相互阻碍的作用力,则会使铝盘减速,故C正确;若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘,这样会导致涡流产生的磁场减弱,则磁体对空洞铝盘的作用力变小,所产生的减速效果明显低于实心铝盘,故D错误。
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