3. 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（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知识，以电磁炉“炉盘不发热铁锅发热”等生活情景导入，通过知识回顾电磁感应条件和楞次定律搭建学习支架，帮助学生衔接旧知，逐步深入理解感生电场、涡流等概念。 其亮点在于融合实验探究与对比分析，如铁芯加热实验、铝框转动演示，结合静电场与感生电场对比表，培养科学思维与探究能力。通过电磁炉、金属探测器等应用实例，渗透科学态度与责任，助力学生理解概念本质，也为教师提供逻辑清晰、资源丰富的教学支持。

第二章 电磁感应 人教版（2019）选择性必修 第二册 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 目录 知识回顾 1 学习目标 2 重点难点 3 感生电场 4 电磁阻尼与驱动 6 涡流 5 课堂小结 7 随堂练习 8 2 感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 知识回顾 一、电磁感应现象的产生条件？ 二、楞次定律的内容 穿过闭合电路的磁通量发生变化 学习目标 物理观念 理解感生电场、感生电动势、涡流、电磁阻尼和电磁驱动的概念，明确其物理本质及能量转化规律。 科学思维 能运用电磁感应定律、楞次定律分析涡流的形成及电磁阻尼、电磁驱动的现象，归纳二者的异同点。 科学态度与责任 了解相关知识在生产生活中的应用，体会物理与实际的联系，树立节约能源、合理利用科技的意识。 科学探究 通过实验现象分析，培养观察、推理和归纳能力，掌握科学探究的基本思路。 教学 难点 教学 重点 感生电场 感生电场的抽象理解。 涡流 涡流的概念、形成原因。 电磁阻尼与电磁驱动 本质理解及典型应用。 感生电场与静电场 感生电场的抽象理解及其与静电场的区别。 涡流 涡流的应用与防止。 电磁阻尼与电磁驱动 电磁阻尼和电磁驱动中安培力方向的判断。 重点难点 课堂导入——情景提问 电磁炉 家中电磁炉工作时，炉盘本身不发热，而放置的铁锅却能快速升温加热食物；用半边铁锅也能煮鸡蛋，这一现象背后隐藏着怎样的物理原理？ 01 PART 01 第一部分 电磁感应现象中的感生电场 探究新知 7 电磁感应现象中的感生电场 感生电场：麦克斯韦提出变化的磁场能够在其周围激发一种特殊电场，其电场线为闭合曲线，这种电场被称为感生电场。与静电场不同，感生电场并非由电荷产生，其产生的根本原因是磁场的变化。 在电磁感应中，使导体中自由电荷定向移动的作用力是什么力呢？这个力有什么特点？ 麦克斯韦的解释 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 感生电场的方向 结论：感应电场方向与感应电流的方向相同，我们用判断感应电流的方向的方法判断感生电场——楞次定律+右手螺旋定则。 如图，一线圈处在一竖直向上逐渐增强的磁场中，若自由移动的电荷是正电荷，结合感应电流的方向，想一想感应电场的方向往哪？ 静电场和感生电场的有什么区别 静电场 感生电场 产生 由静止的电荷产生 由变化的磁场在周围空间激发 电场线特点 由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合。 感应电场是一种涡旋电场， 电场线是闭合的。 电场方向判断 正电荷受力的方向 楞次定律+右手螺旋定则 电子感应加速器 电子感应加速器的结构示意图，其核心组成部分 ①磁极（上、下两部分，电磁体） ②环形真空室 ③电子枪和靶。 电子感应加速器:应用感生电场来加速电子的一种设备。 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 感生电场的特点 (2)感生电场的电场线是闭合的 (1)感生电场位于与磁场垂直的平面上 E感 B E感 真空室 i感 B (3)可根据楞次定律判断感生电场的方向 B感 增加 i 增大 增大 02 PART 02 第二部分 涡流 探究新知 13 水为什么会沸腾？ 镊子为什么会变红？ 探究新知:涡流 现象：下列现象中水为什么会沸腾？镊子为什么会变红？ B i i AC 实验探究：将绝缘导线紧密缠绕在块状铁芯上，向导线通入交流电，让学生等待一段时间后触摸铁芯，感受其温度变化。 实验分析：当导线通入交流电时，铁芯内部会产生周期性变化的磁场；由于铁芯是导体，可将其等效为从内到外多个独立的闭合方形回路。变化的磁场穿过这些回路，会在回路中产生感应电流，电流通过导体电阻产生焦耳热，导致铁芯发热。 探究新知:涡流 涡流：将块状金属置于变化的磁场中时，金属块内部会产生闭合回路的感应电流，这些电流在金属块内呈漩涡状分布，因此被称为涡电流，简称涡流。 B i i AC 探究新知:涡流 探究新知:涡流的热效应及应用 真空冶炼炉 工作原理：冶炼炉外部缠绕着线圈，炉内放置待冶炼的金属。当大功率高频交流电源与线圈连接后，线圈中会产生强变化的磁场，使炉内金属内部产生强大的涡流。由于金属电阻较小，涡流的电流强度极大，进而释放出大量焦耳热，使金属迅速熔化。 涡流冶炼的优点：加热快、能耗少、易控温、无杂质 探究新知:电磁炉 工作原理：电磁炉接入家庭电路中的低频交流电后，内部电路会将其整流、逆变为高频交流电；高频交流电通入炉盘下方的线圈，线圈周围会产生强变化的磁场；当电磁炉上放置导磁体制成的专用锅具时，变化的磁场会在锅底产生无数密集的涡流，涡流的热效应使锅体自身快速发热，进而加热锅内食物。 电磁炉 说明：锅具必须为金属导体（且具有良好导磁性），才能有效产生涡流，这也是半边锅能煮鸡蛋的核心原因。 危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流: ①使铁芯发热， 防止： 增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 ②浪费了能量， ③还可能损坏电器。 怎样减少涡流损耗？ 探究新知:涡流的危害与防止 工作原理：探测器内部的线圈通入变化的电流，产生变化的磁场；当探测器靠近金属物体时，变化的磁场会在金属内部激发涡流；涡流本身会产生新的磁场，这个新磁场会反过来影响探测器原磁场的分布；探测器通过检测磁场的变化，发出报警信号，从而实现对金属的探测。 典型应用——金属探测器，如机场安检仪、军事探雷器、地下矿产探测器等 探究新知:涡流的磁效应及应用 03 PART 03 第三部分 电磁阻尼 探究新知 21 ① 问题1：一个单匝线圈自由落入磁场中，分析其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何影响？ ② 问题2：磁电式仪表（如电压表、电流表）的线圈常绕在铝框骨架上，指针固定在铝框上。若仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流的方向如何？铝框受到的安培力方向如何？安培力对铝框的转动产生什么作用？ 探究新知:电磁阻尼 现象与问题： 问题1：根据楞次定律和右手定则判断感应电流方向，再依据左手定则判断安培力方向，得出安培力方向与线圈运动方向相反，阻碍线圈的下落运动 问题2：磁感线从右向左穿过铝框，铝框向右转动时，穿过铝框的磁通量增大，根据楞次定律，铝框中产生逆时针方向的感应电流（从左侧看），铝框两侧导线切割磁感线，由左手定则可知安培力方向与转动方向相反，阻碍铝框的转动。 探究新知:电磁阻尼 分析与结论： 总结：当导体在磁场中运动时，因电磁感应产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，且安培力的方向始终阻碍导体的相对运动，这种现象称为电磁阻尼。 探究新知:电磁阻尼 分析与结论： 应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆 ① 磁电式仪表：电磁阻尼能使震动和摆动迅速停止。 ② 灵敏电流计的运输保护：在运输时常常用导线把正负两个接线柱连在一起，使表内的线圈和接线柱构成一个闭合回路，这样如果它的指针摆动，就会在线圈中产生感应电流，接着出现电磁阻尼的现象，使指针很快的停止运动就不容易折断。 应用：电气机车的电磁制动、阻尼摆等，均利用电磁阻尼实现减速或稳速 探究新知:电磁阻尼应用实例 04 PART 04 第四部分 电磁驱动 探究新知 26 演示实验：将铝框置于蹄形磁体的两个磁极之间，使铝框可绕支点自由转动；摇动把手带动磁体旋转，观察铝框的运动状态。 思考：当磁场静止、导体相对磁场运动时，导体受到阻碍运动的安培力（电磁阻尼）；反之，若导体静止、磁场相对导体转动，导体是否会受到安培力？其运动情况如何？以下视频中铝线框为什么会运动？ 探究新知:电磁驱动 现象分析：磁体旋转时，穿过铝框的磁通量发生周期性变化，铝框中产生感应电流；根据楞次定律，感应电流受到的安培力方向与磁场的转动方向相同，从而驱动铝框跟随磁体一起转动（铝框的转速始终小于磁体转速，即“追而不及”）。 B N S N S B I F F 探究新知:电磁驱动 电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，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，进而带动导体运动，这种现象称为电磁驱动。 工作原理：将三相交流电通入电动机定子上三个互成120°的线圈，会在空间中产生一个匀速旋转的磁场（旋转磁场）；旋转磁场穿过转子线圈，使转子线圈中产生感应电流；感应电流在旋转磁场中受到安培力，驱动转子跟随旋转磁场转动，实现电能向机械能的转化。 探究新知:三相交流电动机   电磁阻尼 电磁驱动 原因 导体在磁场中运动 磁场相对于导体转动 安培力的作用 总是阻碍导体的运动 使导体运动起来 联系 安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动 电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系 v F v F 探究新知:电磁阻尼与电磁驱动 05 PART 04 第四部分 随堂练习 随堂练习 31 随堂练习 1、(多选)某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关磁感应强度的变化与感生电场方向的关系，下列描述正确的是(　　) A．当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向 B．当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向 C．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向 D．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向 答案　AD 解析　感生电场中磁场的方向用楞次定律来判定，原磁场方向向上且磁感应强度增大时，在周围有闭合导线的情况下，感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反，即感应电流的磁场方向向下，再由右手螺旋定则知感应电流的方向即感生电场的方向从上向下看应为顺时针方向；同理可知，原磁场方向向上且磁感应强度减小时，感生电场的方向从上向下看应为逆时针方向，所以A、D正确。 随堂练习 随堂练习 2、(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，它的工作原理是：在封口机工作时，套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过，致使靠近线圈(但与线圈绝缘)的铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在被封容器的瓶口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是(　　) A．封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B．该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C．封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决 D．该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器 答案　CD 解析　由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电源，A、B错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，可解决温度过高的问题，C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被加热，只能是玻璃、塑料等材质，D正确。 随堂练习 3、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 随堂练习 随堂练习 答案　D 解析　未接导线时，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势，但不构成闭合回路，故不产生感应电流，不受安培力作用，A、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，在闭合回路中产生感应电流，受到安培力的作用，是电磁阻尼的表现，C错误，D正确。 课堂小结 感生电场 涡流 阻尼与驱动 感生电场的概念 涡流的概念 电磁阻尼与电磁驱动 感生电场的特征 应用 热效应 磁效应 危害 科学方法 逻辑推理法 归纳概括法 分析比较法 关键规律 涡流的应用与危害 电磁阻尼与驱动 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 Lavf58.12.100 Lavf58.29.100 无标题项目 Lavf58.29.100 Lavf58.12.100 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.63 无标题项目 无标题项目 $