2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件 -2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦电磁感应中的涡流、电磁阻尼和电磁驱动，以圆形金属环在变化磁场中的问题链导入，通过“是否产生感应电流、电动势及非静电力来源”的设问，衔接麦克斯韦感生电场理论，搭建从已有知识到新内容的学习支架。 其亮点在于以科学思维（模型建构、科学推理）为核心，结合电子感应加速器、电磁炉等实例，通过阻尼摆、电磁驱动演示实验和安检门、感应电动机等生活应用，强化物理观念（能量转化）和科学探究能力。总结用表格对比电磁阻尼与驱动，清晰直观，帮助学生系统掌握知识，教师可提升教学效率。

第2章　电磁感应 第3节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 1 导入新课 如图甲所示，一圆形金属环垂直放置在一匀强磁场内，磁场随时间均匀变化的图像如图乙所示。 ♚ 导入新课 线圈内是否产生感应电流？ 产生了感应电流。 线圈内是否存在电动势？ 存在。 这个电动势不像动生电动势一样通过切割产生，而是由于磁场变化，从而引起磁通量的变化产生的，这类电动势称为感应电动势。 感应电动势中什么力充当非静电力呢？ ♚ 环节一：认识感生电场 麦克斯韦指出： 在任意空间内，只要磁通量发生变化，在环绕磁场的空间内就会产生环绕状的电场，这个环绕状的电场是无头无尾，涡旋状的封闭环，这种环绕状的电场和有头有尾的静电场是不同的，它不是由电荷产生的，麦克斯韦称之为感生电场。麦克斯韦明确指出： 变化的磁场产生电场。 〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰 ♚ 环节一：认识感生电场 如果此刻空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场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感应电动势。此时感生电场对电荷施加的电场力充当了非静电力。 ♚ 环节一：认识感生电场 电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。 如图乙所示，电子在感生电场的作用下逆时针加速，感生电场为顺时针方向，且磁场产生的洛伦兹力指向圆心提供向心力。 ♚ 环节一：认识感生电场 感生电场的性质： (1)感生电场位于与磁场垂直的平面上。 (2)感生电场的电场线是闭合的。 (3)可根据楞次定律判断感生电场的方向。 ♚ 环节二：涡流 如图所示，金属块缠上导线，导线内通入变化的电流，金属块将会产生什么现象。 变化的电流将会产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，金属块内的自由电子在感生电场力的作用下产生电流。 ♚ 环节二：涡流 线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，靠近它的导体内会产生漩涡状的感应电流，叫作涡电流，简称涡流。(如图所示) ♚ 环节二：涡流 涡流和其他电流一样也会产生热效应，日常生活中我们可以应用涡流的热效应进行加热。比如电磁炉。 电磁炉对锅的材质有什么要求？ 为了产生涡流，必须是金属。 ♚ 环节二：涡流 也可以利用涡流进行冶炼金属。 ♚ 环节二：涡流 涡流有时也需要防止。变压器两侧的线圈工作时需要通交流电，大家观察一下变压器的铁芯，想一想它为什么不是一整块硅钢而是用互相绝缘的硅钢片叠成的，这对防止涡流有什么好处？(如图甲所示) 硅钢片的电阻率比较大，而且用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯可以减小涡流。(如图乙所示) 甲 乙 ♚ 环节二：涡流 探雷器和安检门等金属探测装置也是利用涡流工作的，它们的具体工作原理如下： 如图所示，士兵手持一个长柄线圈在地面扫过，线圈中有变化着的电流。如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。这种探雷器可以用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。 机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品，道理是一样的。 探雷器 安检门 ♚ 如图所示，一个矩形金属线框从上方垂直落入一个匀强磁场内，则线框受到的安培力方向向哪？安培力为阻力还是动力？ 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 线框受到的安培力为向上的阻力。 线框出磁场呢？安培力为阻力还是动力？ 根据楞次定律，安培力仍为阻力。 ♚ 那把金属线框换成金属片呢？金属片进入磁场时受到的安培力方向向哪里？安培力为阻力还是动力？ 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 如图所示，金属片内产生电流，受到的安培力仍然为向上的阻力。 ♚ 演示阻尼摆。 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 阻尼摆进入和出磁场时，都受到阻力，会更快地停下来。 如图所示，观察不同形状的阻尼摆的阻尼效果。 ♚ 当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。安培力做负功，使导体的机械能转化为导体内的电能。 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 ♚ 根据电磁阻尼理论讨论下面的问题：如图所示，为什么灵敏电流表在运输时总要用导线把两个接线柱连在一起？ 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 提示：运输过程中的震动颠簸，可能会损坏指针、线圈、游丝。用导线把两个接线柱连在一起，形成短路后，产生感应电流。 根据楞次定律，产生电磁阻尼，可以减轻指针、线圈、游丝的摆动。 ♚ 观察电磁驱动实验。 如图所示，摇动把手，磁极转动时，铝框为什么也跟着转动，二者转动方向相同还是相反？ 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 方向相同，根据楞次定律，磁极转动引起感应电流，感应电流产生的安培力要阻碍相对运动。 ♚ 下面我们对上面的现象进行受力分析，如图所示。 二者转动的速度一样吗？ 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 线框转动的速度要滞后于磁极的。 ♚ 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。 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 磁体的机械能转化为导体的机械能和线框的电能。 上述实例中，发生电磁驱动的过程中能量是如何转化的？ ♚ 如图所示，交流感应电动机也是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 ♚ 电磁阻尼和电磁驱动都是楞次定律的具体表现。下面我们通过一个演示实验进行辨别。(如图所示) 环节三：电磁阻尼和电磁驱动 实验中，金属盘在磁场中运动时，安培力阻碍金属盘的运动，为电磁阻尼。磁体运动时，金属盘在安培力作用下一起运动为电磁驱动。 ♚ 核心总结 1.感生电场 ♚ 核心总结 2.涡流 ♚ 核心总结 3.电磁阻尼和电磁驱动 ♚ 课堂练习 1.利用所学物理知识，可以初步了解安检中常用的一种手持金属探测器的工作原理及相关问题。这种手持金属探测器工作时，因其内部的探测器线圈内通有一定频率(该频率可在固定的频率范围内调节)的正弦交变电流，产生迅速变化的磁场。如果该种探测器附近有金属物品，在金属物品中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，引发探测器蜂鸣报警。金属物品中感应出的涡流越大对探测器线圈中的电流的影响越大，金属物品中感应出涡流的大小与正弦交变电流的频率以及被检测金属物品的尺寸和导电的性能有关。关于该种金属探测器，下列说法中正确的是 ( ) A.金属物品中产生的涡流的变化频率与探测器线圈中的交变电流的频率可能不同 B.当探测器中通有的交变电流频率不在工作频率范围内时，被检测金属物品中就不产生感应电流 C.探测器线圈中通低频率的正弦交变电流更容易检测出尺寸小、电阻率大的金属物品 D.该种金属探测器能检测有无金属物品，但不能准确区分金属的种类 D ♚ 课堂练习 2.如图所示，将铜片悬挂在电磁体的两极间，形成一个摆。在电磁体线圈未通电时，铜片可以自由摆动，忽略空气阻力及转轴摩擦的作用。当电磁体通电后，电磁体两极间可视为匀强磁场，忽略磁场边缘效应。关于通电后铜片的摆动过程，以下说法中正确的是 ( ) A.由于铜片不会受到电磁体的吸引，所以铜片向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度 C B.铜片进入磁场的瞬间，铜片一定立即减速 C.铜片在进入和离开磁场时，由于电磁感应，均有感应电流产生 D.铜片进入磁场的过程是机械能转化为电能的过程，离开磁场的过程是电能转化为机械能的过程 ♚ 课堂练习 3.如图所示，将一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，铝框可以绕竖直轴线 OO' 自由转动。转动磁体，会发现静止的铝框也会发生转动。下列说法中正确的是 ( ) A.铝框与磁极转动方向相反 B.铝框始终与磁极转动得一样快 C.铝框是因为磁体吸引铝质材料而转动的 D.铝框是因为受到安培力而转动的 D ♚ 谢谢观看 $