2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 学历案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

高二、物理

课题

涡流、电磁阻尼和电磁驱动

课时

第5课时/共1课时

课型

新授课

授课日期

上课时长

40分钟

授课班级

授课教师

学习目标

1.了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理。

2.理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用(重点)。

3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，了解其在生产和生活中的应用(重难点)。

评价任务

任务一指向学习目标1      任务二指向学习目标2       

学习过程

学习活动一：温故知新（指向目标1）

1. 感生电场：（1）麦克斯韦认为_____的磁场能在周围空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场。感生电场的方向就是感应电流的方向，用楞次定律判断。

（2）由_________产生的电动势叫感生电动势。

（3）感生电场的应用--电子感应加速器

2. 电子感应加速器是利用_________使电子加速的设备，当线圈中_____的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。
3. 感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E=nΔΦ/Δt计算。

思考与讨论

（1）如图所示，B增强时，就会在空间激发一个感生电场E。如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会发生定向移动，而产生感应电流。

(2)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？

(3)在上述情况下，哪种力扮演了非静电力的角色？

易错辨析

(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)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用。(　　)

例1 现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图所示，图甲为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极；图乙为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁铁线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（    ）

A.真空室中产生的感生电场沿逆时针方向

B.通入电磁铁线圈的电流在增强

C.电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力

D.电子在轨道中做圆周运动的向心力是由静电力提供的

针对训练1  如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增强时，小球将（   ）

A.沿顺时针方向运动

B.沿逆时针方向运动

C.在原位置附近往复运动

D.仍然保持静止状态

总结提升：闭合回路(假定其存在)的感应电流方向就表示感生电场的方向。判断思路如下：

学习活动二：涡流

1.涡流：当某线圈中的______随时间变化时，由于电磁感应，这个线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生__________，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。

2.涡流的应用与防止

(1)应用：___________、_______、_______等。

(2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的_____做材料，或者用互相绝缘的______叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。

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？

易错辨析

(1)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。(　　)

(2)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。(　　)

(3)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。(　　)

(4)涡流有热效应，但没有磁效应。(　　)

例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

学习活动三：电磁阻尼和电磁驱动

(1)如图甲所示，将两条形磁体在同一高度释放，下方放有闭合线圈的磁体很快停止振动，而下方不放闭合线圈的磁体能振动较长时间，如何解释这个现象？

(2)如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁体时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么？

梳理与总结

1.电磁阻尼

当_________________时，感应电流会使导体受到安培力作用，安培力总是_____导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。

2.电磁驱动

(1)如果___________________，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到_______的作用，_______使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。

(2)交流感应电动机是利用________的原理工作的，把____转化成______。

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。你能解释其中的原因吗？

例3 (2023·北京市房山区高二期中)如图，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极之间。铝框可以绕支点自由转动，先使铝框和磁体静止，转动磁体，观察铝框的运动，可以观察到(    )

A.铝框与磁体转动方向相反

B.铝框始终与磁体转动的一样快

C.铝框是因为受到安培力而转动的

D.当磁体停止转动后，如果没有空气阻力和摩擦阻力,铝框将保持匀速转动

例4(2024·云南师范大学附属中学高二期末)电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的减震悬架等。某车型的减震系统由两部分组成：一部分是机械弹簧主减震系统；另一部分是电磁辅助减震系统。装置示意图如图所示，强磁体固定在汽车底盘上，阻尼线圈固定在轮轴上，轮轴与底盘通过弹簧主减震系统相连，在震动过程中磁体可在线圈内上下移动。则（     ）

A.对调磁体的磁极，电磁辅助减震系统就起不到减震效果

B.增多线圈匝数，不影响安培力的大小      C.只要产生震动，电磁辅助减震系统就能起到减震效果

D.震动过程中，线圈中有感应电流，且感应电流方向不变

总结提升

3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动课后作业

1.(多选)下列说法正确的是(　　)

A.感生电场由变化的磁场产生    B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场

C.感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定 D.感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向

2.如图所示为著名物理学家费曼设计的一个实验装置：水平绝缘圆板可绕通过其中心的竖直光滑轴自由转动，圆盘边缘固定着若干金属小球，在圆盘的中部有一个导电线圈。在线圈接通电源的瞬间发现圆板发生了转动，则下列说法正确的是(　　)

A.圆盘上的金属小球一定带正电   B.圆盘上的金属小球不带电

C.线圈接通电源的瞬间在圆盘上的金属小球所在处产生了电场

D.线圈接通电源的瞬间在圆盘上的金属小球所在处只产生了磁场

3.(2024·杭州外国语学校高二期末)考生入场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场。探测器内有通电线圈，当探测器靠近任何金属材料物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化，报警器就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器工作原理，下列说法正确的是(　　)

A.探测器利用的是静电感应现象      B.探测器利用的是磁场对金属的吸引作用

C.探测器利用发射和接收电磁波进行工作的

D.当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化

4.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，下列措施可行的是（　　）

A．提高交流电源的频率 B．将金属杯换为陶瓷杯

C．减少线圈的匝数 D．增大交流电的周期

5.(2023·南京市金陵中学高二期中)如图所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(　　)

A.交流电的频率越高，焊缝处的电阻越大

B.交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快

C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小

D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大

6.1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是（　　）

A．圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动

B．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

C．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动

D．若圆盘可以绕中心轴自由转动，则转动小磁针，圆盘也会跟着转动

7.(2024·银川一中高二期末)物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴自由转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，以下说法正确的是(　　)

A.法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电动势，无感应电流

B.阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动

C.阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘

D.法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现

8.(2023·北京市西城区高二期末)如图所示，一根长1 m左右的空心铝管竖直放置，把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。让磁体从管口处由静止下落，磁体在管内运动时，没有跟铝管内壁发生碰撞及摩擦。有关磁体在铝管中下落的过程，下列说法可能正确的是(　　)

A.磁体做自由落体运动    B.磁体受到铝管中涡流的作用力方向先向上后向下

C.磁体受到的合力方向一直向下     D.磁体的机械能先增大后减小

9.(2023·无锡市高二期末)某研究小组制作了一仪表，发现指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难。在指针转轴上装上扇形铝板或扇形铝框，在合适区域加上磁场，可以解决此困难。下列方案合理的是(　　)

10.(2024·常州市高二期中)高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下：将磁体的N极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向里，铝盘随即减速，如图所示。图中磁体左方铝盘的甲区域(虚线区域)朝磁体方向运动，磁体右方铝盘的乙区域(虚线区域)朝离开磁体方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是(　　)

A.铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场

B.铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场

C.磁体与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速

D.若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁体对空洞铝盘的作用力变大

11.（选练）(多选)(2023·天津市第四十二中学高二期末)如图甲所示，一半径为r的光滑绝缘细圆管固定在水平面上，一质量为m、电荷量为q的带负电小球在细圆管中运动。垂直细圆管平面存在方向竖直向上的匀强磁场，其磁感应强度大小随时间的变化规律如图乙所示(取竖直向上为正，图中B0、t0为已知量)。已知当磁感应强度均匀变化时，在圆管内产生电场强度大小处处相等的感生电场(电场线闭合的涡旋电场)，原来静止的小球在管内做圆周运动，小球可看作点电荷且电荷量保持不变。则下列说法正确的是(　　)