2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦涡流、电磁阻尼和电磁驱动核心内容，以感生电场为基础。通过“思考与讨论”（电磁炉工作原理）导入，衔接动生电动势（洛伦兹力），提出感生电动势非静电力问题，构建前后知识学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过阻尼摆实验、电磁炉烧水等探究活动，结合感生电场与静电场对比表格，深化理解。以电子感应加速器、磁电式仪表等实例落实物理观念，助力学生构建知识网络，教师可高效突破重难点。

3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 第二章 电磁感应 人教版选择性必修第二册 导入新课 思考与讨论： 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？ 导入新课 导体棒ab相 当于电源 线圈B相 当于电源 想一想：上面两种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色？ 非静电力是洛伦兹力 非静电力是什么力？ 学习目标 物理观念 分析感生电动势的非静电力的来源，理解电源中非静电力的作用，深化通过做功实现能量转化的物理观念。 科学思维 了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小。 科学探究 经历电磁炉烧水和阻尼摆实验探究过程，能分析涡流产生的原因，构建涡流的概念。 科学态度 与责任 通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生产生活中的应用和危害。 重点难点 重点 1. 对感生电场的深入理解。 2.了解涡流产生的原因。 3.电磁阻尼和电磁驱动现象的解释。 难点 建立磁场与电场的联系，构建感生电场宏观现象和微观图景的联系。 1. 感生电场 2. 涡流 3. 电磁阻尼 4. 电磁驱动 5. 课堂总结 6. 练习与应用 学习内容 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 一、感生电场 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 一、感生电场 思考：一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，闭合电路内产生了感应电动势。这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色? 电流的本质是什么？ 自由电荷为什么会运动？ 使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的吗？ 猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力或者是其他力。 磁场变强 电荷的运动 一、感生电场 磁场 变化 激发 感生 电场 力 导体中 自由电荷 形成 感应 电流 静止电荷 激发 静电场 感生电动势 （非静电力） 产生 导体 闭合 1、感生电场 感生电场：变化的磁场在空间激发的电场 感生电动势的非静电力是感生电场对电荷的作用力。 麦克斯韦的解释 感生电动势 一、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，我们把它叫作感生电场。 （3）感生电场特点 ① 变化的磁场周围产生电场，与闭合电路是否存在无关。 ② 感生电场是电场的一种形式，是客观存在的一种物质。 ③ 感生电场是涡旋场，电场线闭合，静电场电场线不闭合。 ④ 感生电场可以对带电粒子做功，使其加速或偏转。 （2）方向：就是感生电流的方向，用楞次定律判断。 E感 B 一、感生电场 感生电场的理解 一、感生电场 （2）感生电动势的成因 感生电场的电场力对电荷做功。 2. 感生电动势 （1）定义： 将闭合导体放入变化的磁场中后，变化的磁场会产生感生电场，导体中的自由电荷受到感生电场的作用力发生定向移动，从而形成感应电流和感应电动势。 说明：如果感应电动势是由感生电场产生的，它也叫作感生电动势。 I′ E感 B′ 感生电场是产生感生电动势的原因 一、感生电场 3、感生电场应用实例---电子感应加速器 柱形电磁铁：产生变化的磁场； 环形真空管道：是电子运行的轨道； 工作过程： 磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速。 思考：为使电子逆时针加速，线圈中电流应该如何变化？ i i 一、感生电场 穿过真空室内磁场的方向 由图知电子沿什么方向运动 要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何 由感生电场引起的磁场方向如何 竖直向上 逆时针 顺时针 向下 原磁场在增强，即电流在增大。 E感 B B感 增加 B i感 F洛 F洛 F洛 F洛 v v v v F F F F E感 E感 E感 E感 二、涡流 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 二、涡流 观察与思考： 水为什么会沸腾？ 镊子为什么会变红？ 二、涡流 1. 定义：线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，靠近它的导体内会产生漩涡状电流，叫做涡电流，简称涡流。 3. 特点： B E 2. 涡流实质 涡流的本质是整块金属内的磁通量发生了变化，它仍然是电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。 与一般导体或线圈的最大区别是金属块本身构成闭合回路，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，进而产生大量的焦耳热。 二、涡流 （1）涡流的热效应：真空冶炼炉、电磁炉。 冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化。 ① 真空冶炼炉 4. 涡流的应用 真空冶炼炉的优点：加热速度快，能量损失小，温度容易控制，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。 二、涡流 ②电磁炉 AC 电阻率低 B 具铁磁性 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。 二、涡流 （2）涡流的磁效应：探雷器、金属探测器、安检门等 探雷器的长柄线圈中，通有变化的电流，在其周围就产生变化的磁场埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流，涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警。 涡流是不是都是有利的呢？ 二、涡流 5. 涡流的危害与防止 （1）危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。 （2）防止（减少涡流的途径）： ① 增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢。 ② 用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 二、涡流 练习1、下列说法正确的是( ) A.电磁炉主要是利用线圈中电流的热效应来加热物体的 B.金属物品通过安检门时会产生涡流，涡流的磁场影响报警器使其报警 C.真空冶炼炉的线圈中通入直流电时，冶炼炉也能正常工作 D.变压器内用整块铁芯代替硅钢片，可以减小涡流损失 B 三、电磁阻尼 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 三、电磁阻尼 思考与讨论： 一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？ 电流方向？ 安培力的方向阻碍导体的运动。 安培力的方向? ：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。 阻尼摆 电气机车的电磁制动 磁电式仪表 1. 定义 磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等。 3. 应用： 以动生电，以电阻动。 2.特征： 三、电磁阻尼 思考与讨论：如图所示，磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。 （1）假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？ 参考答案：仪表工作时指针向右偏转即铝框在向右转动过程中，磁通量在增加，根据楞次定律可知，产生的感应电流的方向 (从上往下看)是逆时针，即左边电流出来，右边进去。 × 三、电磁阻尼 （2）由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？ × F安 F安 参考答案：根据左手定则，安培力方向铝框左边受向下的安培力，而右边受向上的安培力，安培力阻碍阻碍铝框的转动。 三、电磁阻尼 因内部有磁体和线圈。把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，使指针迅速停止摆动，保护游丝、指针。 三、电磁阻尼 练习2.(多选)以下哪些现象利用了电磁阻尼规律(　 　) A．图甲中线圈能使上下振动的条形磁铁快速停下来 B．图乙中无缺口的铝管比有缺口的铝管能更快使强磁铁匀速运动 C．图丙中U形磁铁可以使高速转动的铝盘迅速停下来 D．图丁中转动把手时下面的闭合铜线框会随U形磁铁同向转动 ABC 三、电磁阻尼 四、电磁驱动 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 四、电磁驱动 思考与讨论： 是什么力让硬币运动的？ 四、电磁驱动 类比分析：如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁体，观察铝框的运动。怎样解释铝框的运动？ B N S N S B I F F 受到安培力 连接到三相电源时能产生旋转的磁场 2.应用：交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。磁悬浮列车等。 一种交流感应电动机的结构 1.定义：如磁场相对于导体转动，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——电磁驱动。 四、电磁驱动 磁悬浮列车 思考：在前面的演示实验中，随着蹄形磁铁转动的加快，铝框也转动得更快，那么铝框会不会跟磁铁转动得一样快呢? 参考答案：不会，如果跟磁铁转动得一样快，铝框中的磁通量就不变了，没有感应电流，也就不会受到安培力了。 线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。 四、电磁驱动 v F v F 导体在磁场中运动 磁铁相对导体运动 阻尼 驱动 成因 对导体的作用 表现 原因 能量观 导体在磁场中运动 磁铁相对导体运动 阻尼 驱动 阻碍相对运动 阻碍磁通量变化 电磁阻尼和电磁驱动 导体的机械能转化为电能 磁体的机械能转化为导体的机械能 电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系 相同点：两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电 流的导体与磁场间的相对运动 四、电磁驱动 练习3.如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO'转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（　　） A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C.线圈转动时将产生交变电流 D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda BC 四、电磁驱动 五、课堂总结 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 五、课堂总结 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 电磁感应现象中的感生电场 电磁阻尼与电磁驱动 定义、特点、方向判断 感生电动势 电子感应加速器 涡流 由于电磁感应，在导体中产生的像水中漩涡样的感应电流，所以把它叫做涡电流，简称涡流 实质、特点、应用 涡流的危害与防止 六、练习与应用 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 六、练习与应用 1. (多选)如图所示，挂在弹簧下端的条形磁铁在闭合线圈内振动，如果空气阻力不计，则（ ） A．磁铁的振幅不变 B．磁铁做阻尼振动 C．线圈中有逐渐变弱的直流电 D．线圈中逐渐变弱的交流电 N S BD 六、练习与应用 AD 3．扫描隧道显微镜可探测样品表面原子尺寸上的形貌。为了有效减弱外界振动对它的扰动，在其圆盘周边沿其径向对称竖直安装若干对紫铜薄板，图示为其中的一个紫铜薄板，利用磁场来衰减其微小振动，按四种方法施加恒定磁场，则对铜板上下及其左右振动的衰减最有效的方法是（　　） 六、练习与应用 B 六、练习与应用 4.(多选)如图所示,在圆柱形区域内存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度的大小B随时间t的变化关系为B=B0+kt,其中B0、k为正的常数.在此区域的水平面内固定一个半径为r且内壁光滑的圆环形细玻璃管,将一电荷量为q的带正电小球在管内由静止释放,不考虑带电小球在运动过程中产生的磁场,则下列说法正确的是( 　) A.从上往下看,小球将在管内沿顺时针方向运动 B.从上往下看,小球将在管内沿逆时针方向运动 C.转动一周的过程中,动能增量为qkπr2 D.转动一周的过程中,动能增量为2qkπr2 AC Lavf58.12.100 无标题项目 FormatFactory : www.pcfreetime.com 无标题项目 Lavf58.29.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com 无标题项目 无标题项目 $