3. 涡流 电磁阻尼 电磁驱动-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

3．涡流　电磁阻尼　电磁驱动 【素养目标】　1.通过实验了解涡流现象，知道涡流是怎样产生的。　2.通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生产、生活中的应用与防止。　3.认识电磁阻尼，了解电磁阻尼在生产、生活中的应用。　4.认识电磁驱动，了解电磁驱动在生产、生活中的应用。 知识点一　涡流 【情境导入】　如图为电磁炉的加热原理图，电磁炉的锅具一般是平底的铁锅，其加热原理是什么？ 提示：通电线圈产生变化的磁场，在平底的铁锅底部产生涡流，从而使得锅底温度升高，起到加热作用。 【教材梳理】 (阅读教材P42－P44完成下列填空) 1．涡流：由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫作涡电流，简称涡流。 2．应用 (1)高频感应炉：利用涡流熔化金属，这种冶炼方法速度快，温度容易控制，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中。 (2)电磁炉：在灶内的励磁线圈中通有交变电流时，形成交变磁场，作用于铁磁材料制成的烹饪锅，使锅底产生涡流，从而发热。 【师生互动】　电磁炉热效率可达83%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠。描述电磁炉工作原理的示意图如图所示。 任务1.使用电磁炉应通入恒定电流还是交变电流，为什么？ 任务2.电磁炉的锅能否用陶瓷锅或耐热玻璃锅，为什么？ 任务3.在打开电磁炉但没有放锅前，不慎有纸落在了放锅的位置，有没有可能将纸引燃？ 提示：任务1.交变电流。电磁炉利用涡流加热原理，线圈通入变化的电流时，锅具底部金属部分产生涡流，使锅具迅速发热，用来加热和烹饪食物，因此通入恒定电流不可以工作，通入交变电流可以。 任务2.不能。电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流，陶瓷或耐热玻璃不属于导体，不能产生感应电流，因此不能用。 任务3.没可能。因为纸不属于导体，不能在其中产生涡流，不能将纸加热，也不会引燃纸。 (多选) 如图为电磁炉的工作原理图。当通以高频交变电流时，线圈产生的磁场会随电流的大小和方向的变化而变化，使电磁炉上方的铁锅产生感应电流，从而使其发热。下列说法正确的是(　　) A．磁场变化的频率越高，电磁炉的加热效果越好 B．由上往下看，图中的线圈该时刻的电流方向为顺时针 C．电磁炉是利用电磁感应在锅体中产生涡流来工作的 D．普通陶瓷砂锅也可利用电磁炉来煲汤 答案：AC 解析：磁场变化频率越高，磁通量变化率越大，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势越大，回路中的电流越大，加热效果越好，故A正确；由上往下看，根据右手螺旋定则可知，题图中的线圈中该时刻电流沿逆时针方向，故B错误；电磁炉的工作原理是利用交变电流通过线圈产生交变磁场，使金属锅自身产生无数小涡流从而加热锅内的食物，故C正确；交变磁场在普通陶瓷砂锅内不能形成涡流，则不能用来加热，故D错误。 学生用书第67页 1．涡流的产生条件：穿过金属块的磁通量发生变化，涡流的大小正比于磁通量的变化率。 2．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。 3．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。　　 针对练． (多选)金属探测器是用来探测金属的仪器，如图所示，关于其工作原理，下列说法中正确的是(　　) A．探测器内的探测线圈会产生变化的磁场 B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到 C．探测到金属物是因为金属物中产生了涡流 D．探测到金属物是因为探测器中产生了涡流 答案：AC 解析：金属探测器利用涡流探测金属物品的时，线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，故A、C正确，B、D错误。 知识点二　电磁阻尼和电磁驱动 【情境导入】　如图所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是什么？ 提示：利用电磁阻尼，使线圈偏转后尽快停下来。 【教材梳理】 (阅读教材P44－P46完成下列填空) 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，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 ①磁电式电表中利用电磁阻尼使线圈很快停止摆动，指针能很快稳定指到读数位置上。 ②电动列车停靠站点时采用电磁制动。 2．电磁驱动 (1)概念：磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流受到安培力使物体运动的现象。 (2)应用：感应电动机。 【师生互动】　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。问题： 任务1.转动磁体，铝框也随之转动起来，为什么？ 任务2.在铝框随磁体转动的过程中，铝框的转动速度比磁体的转动速度慢一些，原因是什么？ 任务3.停止转动磁体，手抓把手不动，磁体立刻停止转动，铝框也会在较短的时间内停止转动，为什么？ 提示：任务1.转动磁体，铝框内的磁通量发生变化产生感应电流，受到安培力作用，阻碍铝框与磁体间的相对运动，于是铝框随磁体转动起来。 任务2.如果铝框的转动速度和磁体的转动速度一样，则两者相对速度为零，便不会产生感应电流，这时的电磁驱动作用就会消失，所以铝框的转动速度比磁体的转动速度慢一些。 任务3.磁体停止转动，而铝框仍在转动，铝框内的磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力的作用，阻碍铝框与磁体间的相对运动，于是铝框很快停止转动。 电磁阻尼 (多选)航天器对接时存在一定的相对速度，由于航天器的质量大，对接时产生的动能比较大，为了减少对接过程中产生的震动和撞击，对接机构内部采用了电磁阻尼器消耗对接能量。如图为某电磁阻尼器的简化原理图，当质量块上下移动时会带动磁芯一起运动，磁芯下方为N极，下列说法正确的是(　　) 学生用书第68页 A．当质量块带动磁芯从线圈上方向下移时，线圈有收缩趋势 B．当质量块带动磁芯下移时，通过电阻R的电流向上 C．整个过程对应的是动能向磁场能转换 D．减小线圈匝数，阻尼效果增强 答案：AB 解析：当质量块带动磁芯下移时，线圈磁通量增大，根据“增缩减扩”，线圈有收缩趋势，故A正确；根据楞次定律，线圈中磁场方向向下，磁通量增大，由安培定则知通过电阻R的感应电流向上，故B正确；整个过程对应的是动能向电能转换，故C错误；减小线圈匝数，产生的感应电流较小，阻尼效果减弱，故D错误。故选A、B。 电磁阻尼与电磁驱动的比较 比较项目 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 安培力方向与导体运动方向相同，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 针对练．(2025·广东广州高二期中)磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种刹车装置，该刹车装置的原理图(从后朝前看)如图所示，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时铜片从强力磁铁间穿过，车很快停下来，关于该装置刹车原理，下列判断正确的是(　　) A．磁力刹车利用了电流的磁效应 B．磁力刹车属于电磁驱动现象 C．磁力刹车利用铜片中涡流与强力磁铁作用刹车 D．过山车的质量越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大 答案：C 解析：铜片穿过磁场时，由于电磁感应，铜片内产生涡流，涡流在强力磁铁的磁场中受到安培力作用，该力阻碍铜片(过山车)的运动，从而使铜片(过山车)快速停下来，由此可知，磁力刹车的原理是电磁感应，属于电磁阻尼，故A、B错误，C正确；强力磁铁的磁场对涡流的安培力的大小与过山车的速度有关，与质量无关，故D错误。 电磁驱动 (多选)(2025·广东佛山高二期中)如图所示是某同学自制的简易磁力传动装置，铝制圆盘放置在可旋转底座上，圆盘正上方悬挂条形磁铁。关于该装置，从上往下看，说法正确的是(　　) A．当条形磁铁顺时针转动时，铝制圆盘顺时针转动 B．当条形磁铁顺时针转动时，铝制圆盘逆时针转动 C．当条形磁铁的转速变快时，铝制圆盘转速也变快 D．当条形磁铁停止转动，铝制圆盘会立即停止运动 答案：AC 解析：当条形磁铁顺时针转动时，穿过铝制圆盘的磁通量会发生变化，根据楞次定律可知，圆盘内产生的感应电流的磁场会阻碍磁通量变化，所以铝制圆盘也顺时针转动，A正确，B错误；当磁铁的转速变快时，穿过铝制圆盘的磁通量变化加快，圆盘产生的阻碍磁通量变化的磁场也变快，所以铝制圆盘转速也变快，C正确；当条形磁铁停止转动，由于铝制圆盘转动过程中仍产生感应电流，所以圆盘会逐渐减速直至停止运动，D错误。故选A、C。 针对练．(2025·广东惠州高二校考)某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的太空单车原理图：在铜质轮子的外侧有一些磁铁(与轮子不接触)，人在健身时带动轮子转动，磁铁会对轮子产生阻碍，磁铁与轮子间的距离可以改变，则下列说法正确的是(　　) A．轮子受到的阻力大小与其材料电阻率无关 B．若轮子用绝缘材料替换，也能保证相同的效果 C．轮子受到的阻力主要来源于铜制轮内产生的感应电流受到的安培力 D．磁铁与轮子间距离不变时，轮子转速越大，受到的阻力越小 答案：C 解析：轮子在磁场中做切割磁感线的运动，会产生感应电动势和感应电流，因此不能用绝缘材料替换，B错误；轮子在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的轮子产生阻力，以阻碍轮子与磁场之间的相对运动，所以轮子受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，安培力大小与电阻率有关，A错误，C正确；磁铁与轮子间的距离不变时，轮子转速越大，产生的感应电流越大，轮子受到的阻力越大，D错误。故选C。 学生用书第69页 1．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列相关的说法正确的是(　　) A．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作 B．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物 D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗 答案：B 解析：直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能正常工作，A错误；锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，B正确；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料来制作，C错误；电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，所以电磁炉上表面要用绝缘材料制作，D错误。 2．(选自鲁科版新教材节练习)如图所示，有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把U形磁铁放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，则铜盘(　　) A.不受影响，和原先一样转动 B．很快停下来 C．比原先需要更长时间停下来 D．比原先更快地转动 答案：B 解析：当铜盘转动时，切割磁感线，产生感应电动势，因为电路闭合，则出现感应电流，处于磁场中受到安培力作用，此力阻碍铜盘转动，故B正确，A、C、D错误。 3．(多选)如图所示，在O点正下方有一个有理想边界的匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B未画出，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是(　　) A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点 C．铜环最终将做等幅摆动 D．最终环将静止于最低点 答案：BC 解析：由于铜环进入和离开磁场过程中会产生感应电流，一部分机械能转化为电能，所以铜环运动不到A点的等高点，即B点低于A点，故B正确，A错误；由于环只在进出磁场的过程中才有机械能转化为焦耳热，故当环的振幅减小到环恰好不能穿出磁场时，机械能开始保持不变，此后环做等幅摆动，故C正确，D错误。 4．(2025·四川省甘孜州康定中学高二月考)如图甲所示为探究电磁驱动的实验装置。某个铝笼置于U形磁铁的两个磁极间，铝笼可以绕支点自由转动，其截面图如图乙所示。开始时，铝笼和磁铁均静止，转动磁铁，会发现铝笼也会跟着发生转动，下列说法正确的是(　　) A．铝笼是因为受到安培力而转动的 B．铝笼转动的速度的大小和方向与磁铁相同 C．磁铁从图乙位置开始转动时，铝笼中的感应电流的方向为a→d→c→b→a D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，铝笼将保持匀速转动 答案：A 解析：磁铁从题图乙位置开始转动时，导致通过铝笼的磁通量增加，从而产生感应电流，方向为a→b→c→d→a，铝笼受到安培力作用而转动，A正确，C错误；根据楞次定律可知，为阻碍通过铝笼的磁通量增加，则铝笼与磁铁转动方向相同，但快慢不相同，铝笼的转速一定比磁铁的转速小，B错误；当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，由于铝笼转动的过程中仍然能产生感应电流，所以铝笼会受到与运动方向相反的安培力作用逐渐减速直到停止运动，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $