2.3 涡流 电磁阻尼 电磁驱动 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

复习任务群一 第二章　电磁感应及其应用 3　涡流　电磁阻尼　电磁驱动 1 学习任务目标 1.了解涡流的产生过程。(物理观念) 2.了解涡流现象的利用和危害。(物理观念) 3.了解电磁阻尼、电磁驱动。(物理观念) 4.通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。(科学态度与责任) 2 问题式预习 知识点一　涡流 1．定义：由于____________，在大块金属中会形成____________，电流在金属块内组成____________，很像水的漩涡，因此叫作涡电流，简称涡流。 2．特点：大块金属沿涡流路径的______一般很小，会形成很强大的_________，释放出大量的_________。 电磁感应 感应电流 闭合回路 电阻 涡电流 焦耳热 3 3．应用 涡流热效应：如_______________和_________。 高频感应炉 电磁炉 4 4．防止 (1)危害：涡流的热效应。对于通____________、有______的变压器、电动机等设备中应防止铁芯中涡流过大，否则不但会消耗很多能量，而且会导致铁芯温度升高，损坏电器。 (2)采取措施：用相互绝缘的____________叠成的铁芯代替整个铁芯。 交变电流 铁芯 薄硅钢片 [科学思维] 　(多选)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　　) A．增加线圈的匝数 B. 提高交流电源的频率 C. 将金属杯换为瓷杯 D. 取走线圈中的铁芯 √ √ AB　解析：增大线圈的匝数，可以增大通过金属杯的磁通量及磁通量的变化率，从而增大金属杯中产生感应电流的大小，增大加热功率，缩短加热时间，A正确；提高交流电的频率，最大磁通量不变，但电流交替变化加快，这也能提高磁通量的变化率，产生更大的感应电流，达到缩短加热时间的目的，B正确；瓷杯是绝缘体，不能产生感应电流，不能被加热，C错误；取走铁芯，金属杯中的磁通量变小，磁通量的变化率也变小，从而导致加热功率变小，加热时间变长，D错误。 [判一判] 1．涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律。 (　　) 2．通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流。 (　　) 3．变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流。 (　　) × √ √ 知识点二　电磁阻尼和电磁驱动 1．电磁阻尼 (1)概念：当闭合电路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_________，安培力总是______导体运动的现象。 (2)应用 ①磁电式仪表中利用____________使线圈很快停止摆动，使指针能很快稳定指到读数位置上。 ②目前，电动列车已经普遍使用了____________这项技术。 安培力 阻碍 电磁阻尼 电磁制动 2．电磁驱动 (1)概念：感应电流受到_________使物体运动起来的现象。 (2)应用：感应电动机。 安培力 [科学思维] 　(多选)如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是(　　) A. 2是磁体，在1中产生涡流 B. 1是磁体，在2中产生涡流 C. 该装置的作用是使指针能够转动 D. 该装置的作用是使指针能很快地稳定 √ √ AD　解析：当电表的指针摆动时，金属框1在蹄形磁体2中同时转动，则1中产生感应电流——即涡流，磁场对涡流产生安培力阻碍其指针的相对运动，使指针很快稳定下来，故A、D正确。 [判一判] 1．电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。 (　　) 2．电磁阻尼是由于电磁感应中安培力阻碍导体与磁场的相对运动产生的，而电磁驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的。 (　　) √ × 任务型课堂 任务一　对涡流的理解及应用 [探究活动] 在一铁块的外面绕有如图所示的线圈，当线圈通有如图所示的交变电流时。 此时铁块中会产生感应电流吗？如果有，它的形状像 什么？如果没有，说明不产生感应电流的原因。 提示：会产生感应电流，其形状像水中的漩涡。 14 [评价活动] 1．下列关于涡流的说法正确的是(　　) A. 涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的 B. 涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流 C. 涡流有热效应，但没有磁效应 D. 在硅钢片中不能产生涡流 √ 15 2．如图甲所示，是一种高效节能厨 具——电磁炉，又名电磁灶。电磁 炉是利用电磁感应加热原理制成的 电气烹饪器具，如图乙所示是电磁 炉的工作原理示意图，它不需要明火或传导式加热，而是直接让锅底发热，因此热效率得到了极大的提高。下列关于电磁炉的说法正确的是 (　　) A. 提高励磁线圈中电流变化的频率，可提高电磁炉的加热效果 B. 炊具中的涡流是由励磁线圈中恒定电流的磁场产生的 C. 利用陶瓷材料制成的炊具可以在电磁炉上正常加热 D. 电磁炉工作时，炉面板中会产生强大的涡流 √ A　解析：提高励磁线圈中电流变化的频率，可以提高产生的交变磁场变化的频率，从而提高穿过炊具底面磁通量的变化率，进而增大涡流，提高电磁炉的加热效果，故A正确；炊具中的涡流是由励磁线圈中交变电流的磁场产生的，故B错误；陶瓷是绝缘体，无法形成涡流，所以利用陶瓷材料制成的炊具无法在电磁炉上正常加热，故C错误；电磁炉工作时，炊具底面会产生强大的涡流，故D错误。 3．(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。如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在待封容器的封口处，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 √ √ 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，而且电源必须是交变电源，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，即控制温度，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，否则同样可能会被熔化或发热而对其内部产品产生影响，所以只能是玻璃、塑料等材质，D正确。 4．(2025·河南卷)如图所示，一金属薄片在力F作用下自左向右从两磁极之间通过。当金属薄片中心运动到N极的正下方时，沿N极到S极的方向看，下列图中能够正确描述金属薄片内涡电流绕行方向的是 (　　) A. B. C. D. √ C　解析：根据题意可知，当金属薄片中心向N极正下方运动的过程中，薄片右侧的磁通量在减小，左侧磁通量在增大，由于两极间的磁场竖直向下，根据楞次定律可知此时薄片右侧的涡电流方向为顺时针，薄片左侧的涡电流方向为逆时针。故C正确。 5．如图所示，光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，抛物线的方程为y＝x2，其下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 (　　) √ 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)金属块放在变化的磁场中，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，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。 任务二　对电磁阻尼与电磁驱动的理解 [探究活动] 如图所示装置可以用来演示电磁阻尼现象。把铜片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个“摆”。 (1)在电磁铁线圈未通电时，铜片可以自由摆动，要经过较长时间才会停下，请解释产生这种现象的原因。 (2)当电磁铁线圈通电后，铜片会很快稳定并停下来，请解释产生这种现象的原因。 25 提示：(1)当电磁铁线圈未通电时，铜片在摆动过程中，所受阻力很小，要经过较长时间才会停下来。 (2)当电磁铁线圈通电后，穿过运动的铜片的磁通量发生变化，铜片内将产生感应电流。根据电磁阻尼的原理，铜片的摆动因受到较大阻力而迅速停止。 [评价活动] 1．(多选)位于光滑水平面上的小车上水平固定一螺线管，一个比螺线管长的条形磁体沿着螺线管的轴线以初速度v0水平穿入螺线管，并最终穿出， 如图所示，在此过程中(　　) A. 磁体做匀速直线运动 B. 磁体做减速运动 C. 小车向右做加速运动 D. 小车先加速后减速 √ √ 2．实验室使用的电流表是某种磁电式电流表，其外观如图甲所示，内部构造如图乙所示。该表的骨架用铝框做成，运输时常用短路片连接正负接线柱来保护电路。下列关于其结构和运输做法的叙述正确的是 (　　) 甲　　　　　乙 A. 用铝框做成骨架，主要是因为铝的密度小，转动轻巧 B. 因线圈是铜质的，故除铜外的其他材质均可做骨架 C. 仪器运输时短接，能避免指针受损 D. 仪器运输时短接，使之成为一体，可避免雷击 √ C　解析：线圈的框架选择铝质材料，不仅考虑铝的密度小、强度高，更主要的是因为铝框转动时产生涡流，阻碍线圈的转动，这样有利于指针很快地稳定在读数位置上，A错误；塑料等绝缘体做骨架时，骨架转动时不能产生涡流，从而不能阻碍线圈的转动，不利于指针很快地稳定指到读数位置上，B错误；在仪器运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，电流表短路，指针摆动时产生感应电流，感应电流受安培力作用，从而可减缓指针的晃动，C正确，D错误。 3．(2025·北京卷)如图所示，绝缘的轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个磁体。将磁体从弹簧原长位置由静止释放，磁体开始振动，由于空气阻力的影响，振动最终停止。现将一个闭合铜线圈固定在磁体正下方的桌面上，仍将磁体从弹簧原长位置由静止释放，振动最终也停止。则 (　　) A. 有无线圈，磁体经过相同的时间停止运动 B. 磁体靠近线圈时，线圈有扩张趋势 C. 磁体离线圈最近时，线圈受到的安培力最大 D. 有无线圈，磁体和弹簧组成的系统损失的机械能相同 √ D　解析：有线圈时，磁体受到电磁阻尼的作用，振动更快停止，故A错误；根据楞次定律，磁体靠近线圈时，线圈的磁通量增大，此时线圈有收缩的趋势，故B错误；磁体离线圈最近时，磁体与线圈的相对速度为零，感应电动势为零，感应电流为零，线圈受到的安培力为零，故C错误；分析可知，有无线圈时，根据平衡条件最后磁体静止后弹簧的伸长量相同，由于磁体和弹簧组成的系统损失的机械能为磁体减小的重力势能减去此时弹簧的弹性势能，因此有无线圈，系统损失的机械能相同，故D正确。 4．扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 (　　) A　　　　　B C　　　　　　D √ A　解析：施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量发生变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，使其受到安培力作用，其受到的安培力将阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案A中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生了变化。方案B中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变；当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变。方案C中，紫铜薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量可能不变。方案D中，当紫铜薄板上下振动时，紫铜薄板中的磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的是方案A。 5．如图所示，蹄形磁体和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁体逆时针转动时，则 (　　) A. 线圈将逆时针转动，转速与磁体相同 B. 线圈将逆时针转动，转速比磁体大 C. 线圈转动时将产生感应电流 D. 线圈转动时感应电流的方向始终是abcda √ C　解析：由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁体同向转动，但转动的角速度一定小于磁体转动的角速度。如果两者的角速度相同，磁感线与线圈处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，故A、B错误；当磁体逆时针转动时，相当于磁体不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生感应电流，故C正确；当线圈相对磁体转过90°时电流方向不再是abcda，D错误。 电磁阻尼与电磁驱动的比较 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 由磁场运动形成 效果 安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力的方向与导体运动方向相同，为动力 能量转化 导体克服安培力做功，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 相同点 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都阻碍导体与磁场的相对运动 37 谢 谢！ 38 $