2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第二册）

选择性必修二学案 第二章 电磁感应 3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 一、新课标要求 1．知道感生电动势的产生以及与感生电场的联系，会判断感生电动势的方向并计算其大小。 2．了解涡流的产生过程。 3．了解涡流现象的利用和危害。 4．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。 5．了解电磁阻尼和电磁驱动及应用。 二、科学素养要求 1.物理观念：理解感生电场是感生电动势产生的原因。 2.科学思维：体会涡流的原理，培养归纳总结、分析推理能力。 3.科学探究：通过了解质电磁阻尼和电磁驱动的原理，体验其应用。 4.科学态度与责任：通过了解涡流现象的利用和危害，培养科学精神和实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。 三、教材研习 知识点一　电磁感应现象中的感生电场 [情境导学] 电磁感应现象中的感生电场与电荷周围的静电场从产生机理上看有什么区别？ 提示：电磁感应现象中的感生电场是由变化的磁场激发产生的，静电场是由电荷激发产生的。 [知识梳理] 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，它与静电场不同，不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。 2．感生电动势 由感生电场产生的感应电动势。 3．感生电动势中的非静电力 就是感生电场对自由电荷的作用。 4．感生电场的方向判断 由磁场的方向和强弱变化，根据楞次定律判断。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)感生电场线是闭合的。(√) (2)磁场变化时，可以产生感生电场，并不需要电路闭合这一条件。(√) (3)感生电场是产生感生电动势的原因。(√) (4)感生电动势与动生电动势一样都是由于磁场变化产生的。(×) 2．某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能是(　　) A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B．沿AB方向磁场在迅速增强 C．沿BA方向磁场恒定不变 D．沿BA方向磁场在迅速减弱 知识点二　涡流 [情境导学] 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，它的形状像水中的旋涡。 [知识梳理] 1．定义 由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流，把它叫作涡电流，简称涡流。 2．涡流的特点及产生 (1)特点：金属块中的涡流会产生热量。 (2)产生：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉(如图)，炉外有线圈，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。 (3)利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。 3．应用 (1)涡流热效应：如真空冶炼炉、电磁炉。 (2)涡流磁效应：如探雷器、安检门。 4．防止 电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。 (1)途径一：增大铁芯材料的电阻率。 (2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)涡流也是一种感应电流。(√) (2)导体中有涡流时，导体本身会产热。(√) (3)利用涡流制成的探雷器可以探出“石雷”。(×) (4)真空冶炼炉是炉体发热使金属熔化。(×) 2．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、琉璃杯 C．变化的电流、小铁锅 D．变化的电流、玻璃杯 知识点三　电磁阻尼　电磁驱动 [情境导学] (1)如图甲所示，将磁铁在同一高度释放，下端放有闭合线圈的那块磁铁很快停止振动，而另一个磁铁能振动较长时间，如何解释这个现象？ (2)如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁铁时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么力？ 提示：(1)图甲中下端放有闭合线圈的磁铁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)当蹄形磁铁顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁铁逆时针转动时，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。 [知识梳理] 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运动的现象。 (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：磁场相对导体转动时，导体中产生感应电流，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的现象。 (2)应用：交流感应电动机。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。(√) (2)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。(√) (3)磁电式仪表的线圈用铝框做