第二章 第3节 涡流 电磁阻尼 电磁驱动（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第3节　涡流　电磁阻尼　电磁驱动 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道感生电场和感生电动势的概念及产生原因． 2．了解涡流的产生过程，通过实 例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用． 3．了解电磁阻尼、电磁驱动，知道其在生活和生产中的应用． 1．物理观念：通过感生电场及感生电动势的提出，体会物理概念的产生过程． 2．科学思维：通过涡流的实例分析，体会物理模型在探索自然规律中的作用． 3．科学态度与责任：通过涡流、电磁阻尼和电磁驱动在生产、生活中的应用，体会科学对社会发展的推动作用． [对应学生用书P34] 1．定义：由于电磁感应，在大块金属中产生的像水中漩涡的感应电流． 2．应用： 涡流的热效应：如高频感应炉、电磁炉． 3．防止 电动机、变压器等设备中应防止铁芯中产生的涡流过大而导致能量损耗或损坏电器． (1)途径一：增大铁芯材料的电阻率． (2)途径二：用许多相互绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯． [判断]　(对的画“√”，错的画“×”) 　(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，不遵从法拉第电磁感应定律．(　×　) (2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流．(　√　) (3)变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，目的是减小涡流．(　√　) 1．电磁阻尼 (1)概念：当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，产生的感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动的现象． (2)应用：磁电式仪表． 2．电磁制动 电磁制动与电磁阻尼本质上是相同的，感应电流受磁场对它的安培力起着制动的作用． 3．电磁驱动 (1)概念：涡流受到安培力使物体运动的现象． (2)应用：感应电动机． [思考] 用导线把微安表的两个接线柱连在一起后，晃动微安表时，表针摆动的幅度为什么比没连接接线柱时的小？ 提示　用导线把微安表的两个接线柱连接起来后，就形成了闭合回路，表针在磁场中运动时产生感应电流，由此使表针受到阻碍表针相对运动的安培力，即发生电磁阻尼现象． [对应学生用书P34] 探究点一　对涡流的理解及应用 (1)右图是电磁炉的工作原理图，电磁炉为什么用平底的铁锅？涡流发生时，伴随着哪些能量转化？ (2)增大线圈中的电流，能否很好地提高电磁炉的加热效果？ 提示　(1)铁是导磁的，容易在平底的铁锅底部产生涡流，从而使得锅底发热温度升高，起到加热食材的作用．其他形式的能转化为电能，最终转化为内能． (2)不能，因为涡流是由变化的磁场产生的，由E＝知涡流大小与电流变化快慢有关． 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，由于整块金属沿涡流路径的电阻很小，涡流往往很大，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．若金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；若金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则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． (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，则下列措施可行的有(　　) A．增加线圈的匝数 B．将金属杯换为瓷杯 C．提高交流电源的频率 D．取走线圈中的铁芯 AC　[该装置是利用涡流现象进行加热的，由法拉第电磁感应定律可知，增加线圈的匝数、提高交流电的频率均可以增大涡流，从而缩短加热时间，故A、C正确；陶瓷不属于铁磁性导体材料，将金属杯换作瓷杯，不能产生涡流，故无法加热水，C错误；取走铁芯，磁场的变化率减弱，则加热时间变长，故D错误．] [题后总结]　解决涡流问题的三点注意事项 (1)涡流的产生条件及能量转化情况． (2)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． (3)磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大． [训练1]　(多选)右图是高频焊接原理示意图．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，感应电流在焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(　　) A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 AD　[交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快．根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大，而放出的热量与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高，单位时间内焊缝处放出的热量越多；焊缝处与其他地方的电流大小一样，根据Q＝I2Rt