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

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 第二章 电 磁 感 应 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? 导入新知 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）。 2、理解涡流的产生原理，了解涡流现象在生产和生活中的应用（重点）。 1、了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理 素养目标 思考1：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？ 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 麦克斯韦的解释 一、电磁感应现象中的感生电场 思考2:如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？ 磁场变强 产生顺时针方向的感应电流 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。 一、电磁感应现象中的感生电场 (1)定义：麦克斯韦认为变化的磁场会在周围空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场。 1.感生电场 2.感生电动势： (1)定义：由感生电场产生的电动势叫感生电动势。 (2)方向:就是感生电流的方向，根据楞次定律及右手螺旋定则判断。 (2)感生电动势的大小： E = n = n 一、电磁感应现象中的感生电场 3.静电场和感生电场比较 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。 电场对电荷做功 单位正电荷在静电场中沿闭合路径运动一周时，静电力所做的功为零 单位正电荷在感生电场中沿闭合路径运动一周时，感生电场所做的功不为零 电场方向判断 正电荷受力的方向 楞次定律+右手螺旋定则 一、电磁感应现象中的感生电场 4.感生电场应用：电子感应加速器。 利用感生电场使电子加速的设备，当线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 一、电磁感应现象中的感生电场 (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。(　　) √ √ 例题精选 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 B 例题精选 2、(来自鲁科教材改编)如图所示，在圆柱形区域存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在此区域内，沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管，环心O在区域中心。质量为m、电荷量为q的带正电小球，在管内沿逆时针方向(从上向下看)做圆周运动。当磁感应强度均匀增大时，会产生涡旋电场，其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆，同一条电场线上各点的电场强度大小相等。此小球的 A.动能保持不变，是因为洛伦兹力和管道的弹力对小球始终不做功 B.动能减小，是因为洛伦兹力对小球做负功 C.动能减小，是因为涡旋电场使小球减速 D.动能增大，是因为涡旋电场使小球加速 D 例题精选 为什么水会沸腾起来呢？ 镊子为什么会变红？ 观察下面两个实验 二、涡流 1.定义：根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，导体中的自由电子就会在感生电场的作用下定向移动从而产生感应电流，这种感应电流是像旋涡一样的闭合的曲线，我们把它叫涡电流，简称涡流。 思考：如果环不断增粗直到变成一圆盘，又会发生什么现象？变成方盘呢？如果导体用整块铁代替，如图所示，电流变化时，铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状如何？ B E 二、涡流 2.涡流的热效应 电磁炉 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。 当金属块的电阻比较小时，形成的涡流的电流强度就会很大，进而产生大量的焦耳热。 二、涡流 2.涡流的热效应 （2）真空冶炼炉 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。 真空冶炼炉 二、涡流 3.涡流的磁效应 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。 二、涡流 4.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: ①使铁芯发热， （2）防止： ②浪费了能量， ③还可能损坏电器。 怎样减少涡流损耗？ 变压器 I入 I出 Q 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 2.(多选)(来自鲁科教材)如图所示，电磁炉是利用感应电流(涡流)的加热原理工作的。下列关于电磁炉的说法，正确的是( ) A.电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部 B.电磁炉面板采用金属材料，通过面板发热加热锅 内食品 C.电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热 D.可通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率 AD 例题精选 思考1：如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起至某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象的产生原因，并说明此现象中能量转化的情况。 当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就使磁铁振动时除了受到空气阻力外，还受到线圈的磁场力，克服磁场力需要做的功较多，磁铁和弹簧的机械能损失较快，因而很快停下来，系统的机械能转化为内能。 三、电磁阻尼和电磁驱动 1.电磁阻尼 （1）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。 v 三、电磁阻尼和电磁驱动 2.电磁阻尼的应用 电磁阻尼摆 磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等 磁电式仪表 三、电磁阻尼和电磁驱动 思考2.(1)如图所示，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？ 当蹄形磁体顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁体逆时针转动时，线圈也逆时针转动。 线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。 三、电磁阻尼和电磁驱动 (2)线圈转动速度比磁体转动速度快还是慢？ 线圈转动速度比磁体慢； 磁体停止转动后，线圈如何运动？ 答案　当磁体停止转动后，线圈由于惯性会继续转动，转动过程中仍能产生感应电流，线圈受到安培力的阻碍，所以线圈会减速直到停止运动。 三、电磁阻尼和电磁驱动 2.电磁驱动 (1)如果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，这种作用常常称为电磁驱动。 B N S N S B I F F 三、电磁阻尼和电磁驱动 2.电磁驱动 (2)交流感应电动机是利用电磁驱动的原理工作的，把电能转化成机械能。 连接到三相电源时能产生旋转的磁场 一种交流感应电动机的结构 三、电磁阻尼和电磁驱动 3、电磁阻尼与电磁驱动的比较   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 三、电磁阻尼和电磁驱动 3.(2025·安徽省高二十校联考)磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，该刹车装置的原理图(从车后朝前看)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，则（ ） A.过山车进入停车区时铜片不会产生热量 B.过山车运动的速度越大，在停车区制动力越大 C.若将铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果 D.若将强力磁铁的磁极对调，过山车在停车区将加速运动 B 例题精选 涡流 电磁阻尼 电磁驱动 电磁感应现象中的感生电场 涡流 定义 由于电磁感应，导体内产生的涡旋状的感应电流 涡流的应用：真空冶炼机、探雷器、安检门 涡流的防止：用电阻率较大的硅钢；互相绝缘的硅钢叠成 的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 感生电动势 感生电场 电子感应加速器 电磁阻尼和电磁驱动 电磁阻尼：安培力阻碍导体的运动 电磁驱动：安培力使导体运动起来 课堂小结 Lavf60.4.100 无标题项目 Lavf56.15.102 无标题项目 Lavf58.29.100 Lavf58.12.100 Lavf58.9.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.63 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $