2.3 涡流 电磁阻尼 电磁驱动(Word教参)-【优化指导】2025-2026学年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 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道涡流现象。 2．知道电磁阻尼现象。 3．知道电磁驱动现象。 　　能够解释有关涡流、电磁阻尼、电磁驱动现象，了解其中的物理原理。 　　学会利用所学知识解释实际问题，养成探索科学的习惯。 [对应学生用书P50] 一、涡流 1．定义：由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内部形成像水的漩涡一样的闭合回路，因此叫作涡电流，简称涡流。 2．涡流的应用：①涡流的热效应：高频感应炉、电磁炉； ②涡流的磁效应：探雷器、安检门。 3．涡流的害处和防止：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资源，损坏电器。常见的减小涡流的途径有以下两种： ①增大铁芯材料的电阻率； ②用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯。 二、电磁阻尼和电磁制动 1．电磁阻尼 (1)定义：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，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相对于磁场的运动。 　　　　　 (2)实例：磁式电流表用铝框做线圈骨架。 磁电式电表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。磁电式电表在运输过程中将正、负接线柱短路，既可避免指针因摆动剧烈而变形 ，又减小轴承处的磨损。 2．电磁制动 (1)原理：列车制动时将电动机与电源断开，并把电动机的线圈与制动电路连接成闭合回路，列车前进时带动电动机线圈转动，而产生感应电流，磁场对它的安培力起着制动的作用。 (2)优点：减少机械磨损并将列车的动能转化为电能给蓄电池充电。 三、电磁驱动 1．概念：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 。 3．优点：可控性强、驱动力输出 精度高、能量损耗小。 (物理与生活)如图为电磁炉原理示意图，使用时，加热线圈中通入交变电流，线圈周围便产生一交变磁场，于是锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热。 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (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)处于变化磁场中的铁磁性材料锅底，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用。 (　　√　　) (3)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。 (　　√　　) (4)铁磁性材料锅底中有涡流时，没有和其他元器件组成闭合回路，也会发热。 (　　√　　) (5)在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同。 (　　×　　) [对应学生用书P52] 探究点一___涡流 电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。 [问题设计] 能否使用陶瓷锅加热食物？能否使用蓄电池给电磁炉供电？ 提示：不能使用陶瓷锅加热食物，因为在陶瓷锅内不能产生涡流。不能使用蓄电池给电磁炉加热，因为直流电不能在锅内产生涡流。 1．涡流的本质：电磁感应现象。 2．产生涡流的两种情况 (1)块状金属放在变化的磁场中。 (2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。 3．产生涡流时的能量转化：伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能。 (1)金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能。 (2)如果是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。 【例1】 如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热。关于电磁炉，下列说法正确的是 (　　) A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热 B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热 C．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热 D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热 B　解析：电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热，B正确，A、C、D错误。 [练1] 下列图中的设备或元件没有利用涡流的是 (　　) B　解析：金属探测器、真空冶炼炉都是利用涡流现象工作的，磁电式仪表利用涡流能让指针快速稳定，也是利用涡流现象，变压器中的硅钢片是为了防止涡流产生铁损，没有利用涡流，B正确。 探究点二___电磁阻尼、电磁驱动 用手晃动微安表，会发现微安表的指针迅速摆动，如果摆动的幅度过大，会造成指针损坏，尤其在长途运输的时候，更容易造成指针损坏。因此在长途运输途中，经常用导线将电表的正负接线柱连接。 [问题设计] 为什么在长途运输时，需要将正负接线柱用导线连接？ 提示：用导线将电流表的正负接线柱连接，使电表内部的线圈形成闭合回路，指针摆动时，线圈内产生感应电流，感应电流受到的磁场力阻碍线圈的摆动，从而保护指针。 项目 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 安培力方向与磁场运动方向相同，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 【例2】 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 D　解析：未接导线时，表针晃动过程中导线切割磁感线，表内线圈会产生感应电动势，A错误；未接导线时，未连成闭合回路，没有感应电流，所以不受安培力，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，根据楞次定律可知，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用，C错误，D正确。 [练2] 如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。电磁制动是一种非接触的制动方式，其原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是 (　　) A．制动过程中，导体不会产生热量 B．如果导体反向转动，此装置将不起制动作用 C．制动力的大小与线圈中电流的大小无关 D．线圈电流一定时，导体运动的速度越大，制动力就越大 D　解析：制动过程中，导体在通电线圈产生的磁场中运动，会产生涡流，电流流过导体时会产生热量，A错误；当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力会阻碍导体的运动，故导体反向转动时还是会受到阻碍运动的制动力，B错误；线圈中电流越大，则产生的磁场越强，转盘转动产生的涡流越强，则转盘所受制动力越大，C错误；线圈电流一定时，导体运动的速度越大，产生的涡流越强，制动力就越大，D正确。 【例3】 车速表是用来测量车辆瞬时速度的一种装置，其工作原理如图所示。永久磁铁固定在驱动轴上，当车运动时，驱动轴会带动磁铁转动，由于电磁感应，由金属做成的速度盘也会随之转动，从而带动指针指示出相应的速度。则下列说法正确的是 (　　) A．速度盘和磁铁将以相同的角速度同时转动 B．在速度盘转动过程中，穿过整个速度盘的磁通量发生了变化 C．速度盘中产生感应电流而受到安培力，驱使速度盘转动 D．速度盘中的感应电流是速度盘中的自由电子随圆盘转动形成的 C　解析：由电磁驱动原理知，当磁铁开始转动时，速度盘也会随磁铁发生转动，但会略有滞后，A错误；在速度盘转动的过程中，穿过整个速度盘的磁通量不发生变化，B错误；当磁铁转动时，速度盘中会产生感应电流，在磁铁产生的磁场中受到安培力，安培力驱使速度盘转动，C正确；速度盘中的感应电流是由电磁感应产生的，不是速度盘中的自由电子随圆盘转动形成的，D错误。 [练3] 如图所示，闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴OO′自由转动，开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内。若条形磁铁突然绕OO′轴，N极向纸里、S极向纸外转动，在此过程中，圆环将 (　　) A．产生逆时针方向的感应电流，圆环上端向里、下端向外随磁铁转动 B.产生顺时针方向的感应电流，圆环上端向外、下端向里转动 C．产生逆时针方向的感应电流，圆环并不转动 D．产生顺时针方向的感应电流，圆环并不转动 A　解析：磁铁转动时，环中穿过环向里的磁通量增加，根据楞次定律，环中产生逆时针方向的感应电流。为阻碍磁通量的变化，导线环与磁铁同向转动，A正确。 [对应学生用书P54] 1．金属探测器已经广泛应用于安检场所，下列关于金属探测器的说法正确的是 (　　) A．金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中 B．金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流 C．金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流 D．探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动探测效果相同 C　解析：金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产防止细小的砂石颗粒混入食品中，A错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，B错误，C正确；探测过程中工作时金属探测器应与被测物体相对运动，相对静止时无法得出探测效果，D错误。 2．台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示为该阻尼器的简化图，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁体的质量块在导体板上方摆动时，导体板内产生电涡流。下列说法正确的是 (　　) A．阻尼器摆动时产生的电涡流源于外部电源供电 B．阻尼器最终将机械能转化成内能 C．导体板电阻率越大，阻尼越明显 D．导体板的电涡流大小与质量块摆动速率无关 B　解析：阻尼器摆动时，穿过导体板的磁通量发生变化，从而使导体板中产生电涡流，属于电磁感应现象，A错误；通过阻碍质量块和永磁体的运动，阻尼器将动能转化为电能，并通过电流做功将电能最终转化为焦耳热，B正确；导体板电阻率越大，导体的电阻越大，电流越小，阻尼越不明显，C错误；质量块通过导体板上方的速度越快，磁通量变化越快，产生的感应电动势和感应电流也越大，D错误。 3．如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块 (　　) A．在P和Q中都做自由落体运动 B．在两个下落过程中的机械能都守恒 C．在P中的下落时间比在Q中的长 D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大 C　解析：小磁块在内壁光滑的塑料管Q中，从高处由静止释放做自由落体运动，机械能守恒，小磁块在内壁光滑的铜管P中，则会产生电磁阻尼阻碍小磁块的运动，相比Q中自由落体运动时间要长，C正确，A错误；由于电磁阻尼产生焦耳热，机械能不守恒，B错误；由于机械能有损失，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，D错误。 4．如图所示，将一个空的铝质易拉罐倒扣于笔尖上，在“冂”形木框两侧各固定一个强铷磁铁，用电钻控制木框匀速转动，发现木框虽然不与易拉罐接触，但易拉罐也会随木框转动。则下列说法正确的是 (　　) A．木框的转速总比易拉罐的大 B．易拉罐与木框的转动方向相反 C．易拉罐与木框保持相同的转速同方向转动 D．两个磁铁必须异名磁极相对 A　解析：根据电磁驱动原理，易拉罐与木框的转动方向相同，木框的转速总比易拉罐的大，A正确，B、C错误；两个磁铁异名磁极或同名磁极相对均可，在磁极附近的易拉罐导体中都会产生涡流，在磁场受安培力使易拉罐跟着木框转动起来，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$