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

选修二第二章电磁感应 第3节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 学案设计 学习目标 1.知道感生电场的概念,知道当磁场变化时产生的电动势为感生电动势。 2.会根据电磁感应的知识分析涡流,理解涡流的产生条件、本质和影响大小的因素。 3.知道涡流的热效应、磁效应、机械效应及其应用和防止。 4.能在具体问题情境中,分析解决实际问题。 自主预习 1.涡流 (1)定义:当线圈中的电流随时间变化时,线圈附近的任何导体中都会产生　　　　:由于电流在导体内形成闭合回路,很像水中的漩涡,因此叫作涡流。  (2)本质:涡流本质上是 　　　电流。  (3)应用 ①涡流热效应应用有哪些? ②涡流磁效应应用有哪些? (4)防止:电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量,损坏电器。 减小涡流的途径: ①途径一:增大铁芯材料的　　　　。  ②途径二:用互相绝缘的　　　　　叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。  2.电磁阻尼 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　　　　导体的运动,这种现象称为电磁阻尼。  3.电磁驱动 当磁场相对于导体转动时,在导体中会产生感应电流,感应电流会使导体受到安培力的作用,安培力使导体　　　　　,这种作用常常称为电磁驱动。  课堂探究 (一)电磁感应现象中的感生电场 [情境设问]如图2.3-20所示,匀强磁场方向垂直纸面向里,一个金属圆环垂直磁场放置,当磁场增强时,金属环中有没有感应电流?如果有,感应电流方向向哪?如果有感应电流说明电荷在定向移动,是什么力驱动自由电荷做定向移动? 图2.3-20 麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发一种　　　　,这种电场与静电场不同,它不是由电荷产生的,我们把它叫作　　　　　。  如果此刻空间中存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在　　　　　的作用下做定向运动,产生感应电流,也就是说导体中产生了　　　　　。  【例题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。当电磁铁线圈电流的方向与图2.3-21所示方向一致时,电流的大小应该怎样变化才能使电子加速? 图2.3-21 (二)涡流 1.涡流产生条件是什么? 2.涡流的大小和哪些因素有关? 3.涡流的应用 (1)涡流的热效应:　。  (2)涡流的磁效应:　。  4.涡流的防止 (1)途径一:增大铁芯材料的　　　　　　　　　　。  (2)途径二:用　　　　　　　　　来代替整块硅钢铁芯。  【例题2】(多选)高频焊接原理示意图如图2.3-22所示。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(　　) 图2.3-22 A.电流变化的频率越高,焊缝处的温度升高得越快 B.电流变化的频率越低,焊缝处的温度升高得越快 C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小 D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大 【变式训练】下列做法中可能产生涡流的是(　　) A.把金属块放在匀强磁场中 B.让金属块在匀强磁场中匀速运动 C.让金属块在匀强磁场中做变速运动 D.把金属块放在变化的磁场中 (三)电磁阻尼和电磁驱动 [思考与讨论] 1. 图2.3-23 如图所示:一个单匝线圈落入磁场中,分析它在图2.3-23所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什么影响? 2. 图2.3-24 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上(图2.3-24)。假定铝框向右转动,试分析: (1)铝框中的感应电流沿什么方向? (2)铝框受到的安培力沿什么方向? (3)安培力对铝框的转动产生什么影响? (4)使用铝框做线圈骨架有什么好处? 3. 图2.3-25 图2.3-25中,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。当转动磁极时,铝框会怎样运动?怎样解释铝框的运动? 【小结】 1.电磁阻尼是　　　　相对于　　　　运动。电磁驱动是　　　　相对于　　　　运动,安培力的作用都是　　　　它们间的相对运动。   2.应用: (1)电磁阻尼:　。  (2)电磁驱动:　。  核心素养专练 1.下列关于涡流的说法中正确的是(　　) 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,而是一种区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.在硅钢中不能产生涡流 2.(多选)如图2.3-26所示,在光滑水平面上固定一条形磁体,有一小球以一定的初速度向磁体方向运动,如果发现小球做减速运动,则小球的材料可能是(　　) 图2.3-26 A.铁　　　B.木　　　C.铜　　　D.铝 3. 图2.3-27 (多选)如图2.3-27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 4.如图2.3-28所示,金属球(铜球)下端有通电的线圈,今把小球拉离平衡位置后释放,此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)(　　) 图2.3-28 　　　　　　　　　　　　　 A.做等幅振动 B.做阻尼振动 C.振幅不断增大 D.无法判定 5.如图2.3-29所示,质量为m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量为M=200 g的小磁体(长度可忽略),以v0=10 m/s的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离x=3.6 m,则磁体与铝环发生相互作用时(小磁体穿过铝环后的运动看作平抛运动),求: 图2.3-29 (1)铝环向哪边偏斜? (2)若铝环在磁体穿过后速度v'=2 m/s,在磁体穿过铝环的整个过程中,环中产生了多少电能?(g取10 m/s2) 参考答案 自主预习 1.(1)感应电流　(2)感应　(3)①真空冶炼炉、电磁炉等　②探雷器、安检门等　(4)①电阻率　②硅钢片 2.阻碍 3.运动起来 课堂探究 (一)电场　感生电场　感生电场　感应电动势 【例题1】 例题分析:电子带负电,它在电场中受力的方向与电场的方向相反。本题中电子沿逆时针方向运动,所以为使电子加速,产生的电场应沿顺时针方向。 例题解答:题图2.3-21中,磁场方向由下向上。根据楞次定律,为使真空室中产生顺时针方向的感生电场,磁场应该由弱变强。也就是说,为使电子加速,电磁铁线圈中的电流应该由小变大。 答案:由小变大 (二)1.穿过块状金属的磁通量发生改变。 2.金属片的电阻率、金属块的个头大小、磁通量变化的快慢。 3.(1)真空冶炼炉、电磁炉 (2)探雷器、安检门、金属探测仪 4.(1)电阻率　(2)互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯 【例题2】 例题分析:线圈中通入高频变化的电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流,感应电流的大小与感应电动势有关,电流变化的频率越高,磁通量变化的频率越高,感应电动势越大,感应电流越大,焊缝处的温度升高得越快,A选项正确;工件上焊缝处的电阻大,电流产生的热量就多,温度会升得很高。D选项正确。 答案:AD 【变式训练】D (三)[思考与讨论] 1.逆时针;竖直向上;阻碍 2.(1)逆时针　(2)铝框左边受到的安培力方向向下,右边受到的安培力方向向上 (3)安培力对铝框的转动有阻碍作用,可以使铝框尽快停止转动 (4)使用铝框做线圈骨架的好处是可以利用铝的电阻率小,感应电流大,电磁阻尼作用使线圈偏转后尽快停下来 3.铝框会跟随磁体运动,但要比磁体的运动滞后。原因是磁体一转,引起了铝框磁通量的改变,在铝框中出现了感应电流,感应电流受到原磁场安培力的作用,就跟随磁体转动起来。 【小结】1.导体　磁场　磁场　导体　阻碍 2.(1)磁电式仪表用铝框做线圈的骨架 (2)交流感应电动机 核心素养专练 1.A　2.CD　3.AB　4.B 5.答案:(1)向右偏斜　(2)1.7 J 解析:(1)由楞次定律可知,当小磁体向右运动时,铝环向右偏斜(阻碍相对运动)。 (2)由磁体穿过铝环后飞行的水平距离可求出穿过后的速度v= m/s=9 m/s, 由能量守恒可得 W电=Mv2-mv'2=1.7 J。 学科网（北京）股份有限公司 $