第二章 3.涡流 电磁阻尼 电磁驱动-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

3．涡流　电磁阻尼　电磁驱动 【核心素养目标】 物理观念 了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动的概念。 科学思维 了解涡流的原理，能在问题情境中应用其性质进行分析，获得结论。 科学探究 通过实例分析，培养运用理论知识分析求解实际问题的能力。 科学态度与责任 观察电磁阻尼和电磁驱动现象，了解电磁阻尼和电磁驱动的原理及其在生活、生产中的应用。 一、涡流 1．涡流：由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫作涡电流，简称涡流。 2．应用 (1)高频感应炉：利用涡流熔化金属，这种冶炼方法速度快，温度容易控制，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中。 学生用书↓第54页 (2)电磁灶：在灶内的励磁线圈中通有交变电流时，形成交变磁场，作用于铁磁材料制成的烹饪锅，使锅底产生涡流，从而发热。 二、电磁阻尼与电磁驱动 1．电磁阻尼 (1)概念：当导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象叫电磁阻尼。 (2)应用 ①磁电式电表中利用电磁阻尼使线圈很快停止摆动，指针能很快稳定指到读数位置上。 ②电动列车停靠站点时的电磁制动。 2．电磁驱动 (1)概念：磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流受到安培力使物体运动的现象。 (2)应用：感应电动机。 1．判断正误 (1)涡流跟其他感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。(　　) (2)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。(　　) (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。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 2．链接实景 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的，而不采用一整块硅钢，这是为什么？ 提示：增大电阻，减小涡流，减小铁芯的发热量，提高变压器的输电效率。 知识点一　对涡流的理解及应用 利用高频交变电流焊接自行车零件的原理如图所示。图中M是高频交流线圈，N是自行车零件，a是待焊接口。当线圈M中通入高频电流时，把a的两端相接触，接口便会被自动焊接起来。这是为什么？ 提示：线圈中通以高频交变电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊缝口的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升的很高，将金属熔化，焊接在一起。 1．涡流的特点 当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。 2．涡流中的能量转化 涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，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，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是(　　) A．mgb B.mv2 C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2 学生用书↓第55页 审题指导 (1)物块进入和离开磁场时，有涡流产生，造成能量损失。 (2)物块最终在磁场中做往复运动，由能量守恒可求解。 D　[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，焦耳热Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋mv2，D正确。] 规律总结 1．金属块进出匀强磁场时，产生焦耳热，损失机械能。 2．金属块整体在匀强磁场中运动时，其机械能不再损失，在磁场中做往复运动。 3．金属块整体在非匀强磁场中运动时，金属块内部因有涡流产生，金属块的机械能转化为内能。 针对练1.(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不是采用一整块硅钢，这是为了(　　) A．增大涡流，提高变压器的效率 B．减小涡流，提高变压器的效率 C．增大涡流，减小铁芯的发热量 D．减小涡流，减小铁芯的发热量 BD　[涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的，所以不采用整块硅钢，而采用相互绝缘的薄硅钢片叠压在一起，目的是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率，故B、D正确，A、C错误。] 针对练2.(2022·辽宁营口高二期末)(多选)金属探测器是用来探测金属的仪器，如图所示，关于其工作原理，下列说法中正确的是(　　) A.探测器内的探测线圈会产生变化的磁场 B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到 C．探测到金属物是因为金属物中产生了涡流 D．探测到金属物是因为探测器中产生了涡流 AC　[金属探测器利用涡流探测金属物