第二章 第三节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版 ）

第三节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动　　　► 对应学生用书P39 课标要求 核心素养 通过实验，了解涡流现象。能举例说明涡流现象在生产生活中的应用。 1.物理观念：了解涡流现象、电磁阻尼和电磁驱动。 2．科学思维：区别电磁驱动和电磁阻尼产生机制。 3．科学态度与责任：了解生产、生活中涡流现象的利用和危害。 　高效导学第一步　预习新知，落实必备知识 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场 (1)定义：麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫感生电场。 (2)方向：感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路)中的感应电流方向确定。 2．感生电动势：由感生电场产生的感应电动势。 二、涡流 1．定义：在变化的磁场中的导体内产生的感应电流，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：如真空冶炼炉。 (2)涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门。 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)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块硅钢铁芯。 三、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，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 2．应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数。 四、电磁驱动 1．定义：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。 【概念辨析·试身手】 (1)感生电场线是闭合的。(√) (2)只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场。(√) (3)涡流是一种有害的电磁感应现象。(×) (4)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流。(√) (5)变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流。(√) 　高效导学第二步　课堂探究，培优关键能力 要点一 | 对涡流的理解 　　　　　　　　　　　　　　　　 【要点培优】 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。如果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；如果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。 3．注意 (1)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。 (2)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。 [思考·探究] 如图所示，变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的。 探究：为什么不采用一整块硅钢？ 提示：不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是为了防止涡流而采取的措施。 【应用培优】 [例1] 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 解析：选D。由初状态到末状态(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，故选项D正确。 [训练]1.(多选)如图所示，条形磁铁位于固定的半圆光滑轨道的圆心位置，一半径为R、质量为m的金属球从半圆轨道的一端沿半 圆轨道由静止下滑，重力加速度大小为g，下列说法正确的是(　　 ) A．金属球会运动到半圆轨道的另一端 B．由于金属球没有形成闭合电路，所以金属球中不会产生感应电流 C．金属球受到的安培力做负功 D．系统产生的总热量为mgR 解析：选CD。金属球在运动过程中，穿过金属球的磁通量不断变化，在金属球内形成闭合回路，产生涡流，金属球受到的安培力做负功，金属球产生的热量不断地增加，机械能不断地减少，直至金属球停在半圆轨道的最低点，C正确，A、B错误；根据能量守恒定律得系统产生的总热量为mgR，D正确。 要点二 | 对电磁阻尼和电磁驱动的理解 　　　　　　　　　　　　　　　　 【要点培优】 电磁阻尼