人教版高中物理选择性必修第二册第二章电磁感应3涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件（57页ppt）

(共57张PPT)
第二章　电磁感应
3. 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
核心素养：
1. 知道涡流、电磁阻尼和电磁驱动的概念.（物理观念）
2. 了解涡流的原理，能在问题情境中应用其性质进行分析，获得结论.（科学思维）
3. 观察电磁阻尼和电磁驱动现象，了解电磁阻尼和电磁驱动的原理及其在生活、生 产中的应用.（科学探究）
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研习任务一　电磁感应现象中的感生电场
合作　讨论
如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，闭合电路内产生了感 生电动势，产生了感生电流，你知道原理吗？
提示：磁场变化时会在空间激发感生电场，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，也就是说导体中就产生 了感应电动势.
教材　认知
1. 感生电场
认为，磁场变化时会在空间激发一种 ，这种电场叫作感 生电场.
2. 感生电动势
由 产生的电动势叫感生电动势.
麦克斯韦　
电场　
感生电场　
磁极　
环形真
空室　
圆周运动　
（2）原理：电子感应加速器是利用 使电子加速的设备，当电磁铁线圈 中 的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速.
感生电场　
电流　
要点　归纳
1. 变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关.如果此刻空间存在闭合 导体，导体中的自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动，产生感应电流.
2. 感生电场可用电场线形象描述，感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而 静电场的电场线不闭合.
研习　经典
A. 沿AB方向且在迅速减弱
B. 沿AB方向且在迅速增强
C. 沿BA方向且恒定不变
D. 沿BA方向且在迅速减弱
A
解析：感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行于感生电场的方向上有闭 合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也是顺时针的，由右手螺旋定则可知， 感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场沿AB方 向且在迅速减弱，或原磁场沿BA方向且在迅速增强，所以A正确.
名师点评
　　判断感生电场方向的方法和判断感应电流方向的方法相同，可以遵循如下步骤： ①假设存在垂直磁场方向的环形回路；②判断回路中的磁通量的变化；③根据楞次定 律或安培定则判断回路中感应电流的方向；④感应电流的方向即感生电场的方向.
对应　训练
A. φa＞φb，20 V
B. φa＞φb，10 V
C. φa＜φb，20 V
D. φa＜φb，10 V
B
甲 乙
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研习任务二　涡流
合作　讨论
如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像 什么？
提示：有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由 电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流， 简称涡流.
教材　认知
1. 涡流：当线圈中的 随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应 电流，如果用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作 ， 简称 .
电流　
涡电流　
涡流　
快　
大　
小　
大　
要点　归纳
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
（1）金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能.
（2）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.
4. 涡流的应用与防止
（1）应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等.
（2）防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材 料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯.
研习　经典
　　
BC
A. 电磁炉的通电线圈加恒定电流，电流越大，
电磁炉加热效果越好
B. 电磁炉原理是通电线圈加交流电后，在锅底
产生涡流，进而发热工作
C. 电磁炉的通电线圈通入大小和方向变化的电流，
电流变化越快，电磁炉加热效果越好
D. 电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
解析：电磁炉的通电线圈加恒定电流，会产生恒定磁场，穿过锅底的磁通量不会发生 变化，不能产生涡流，所以没有加热效果，故A错误；电磁炉原理是磁场感应涡流加 热，即通电线圈加交变电流后产生交变磁场，所以通电线圈加交流电后，在锅底产生 涡流，进而发热工作，故B正确；电磁炉的通电线圈通入大小和方向变化的电流，电 流变化越快，穿过锅底的磁通量变化就越快，根据法拉第电磁感应定律可知，产生的 感应电动势就越大，涡流就越大，从而导致单位时间内产生的热量就越多，即电磁炉 加热效果越好，故C正确；金属锅自身产生无数小涡流而直接加热，陶瓷锅或耐热玻 璃锅属于绝缘材料，不会产生涡流，而不是因为导热性能较差，故D错误.
名师点评
　　无情境不命题是新高考的要求，特别注重物理在生活场景中的应用，这类问题是 高考考查的趋势，解决此类问题需要学会从生活场景中提炼物理模型.
对应　训练
A. 探测器线圈中通有频率越低的交流电，越容易探测出金属物品
B. 探测器线圈中正弦交流电会产生变化的磁场
C. 探测器附近有金属时，金属中会产生涡流
D. 探测器附近有金属时，探测器线圈中电流会发生变化
A
解析：探测器线圈中的交流电频率越低，电流变化越慢，根据法拉第电磁感应定律可 知产生的感应电流越小，灵敏度越低，越不容易探测出金属物品，故A错误；根据法 拉第电磁感应定律可知当探测器线圈中通以正弦交流电时会产生变化的磁场，故B正 确；探测器中有一个通有交变电流的线圈，当线圈周围有金属时，金属物中会产生涡 流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，探测器线圈中电流会发生变化，使探测器 报警，故C、D正确.本题选不正确的，故选A.
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研习任务三　电磁阻尼和电磁驱动
合作　讨论
有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动.如果在转动时把蹄形磁铁的两 极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，铜盘就能在较短的时间内停止.分析产生这 个现象的原因.
提示：铜盘转动时如果加上磁场，则在铜盘中产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻 碍它的转动，所以铜盘能在较短的时间内停止转动.
教材　认知
1. 电磁阻尼
（1）定义：当导体在 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.
（2）应用：磁电式仪表中利用 使指针迅速停下来，便于读数.
2. 电磁驱动
（1）定义：若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 的作用， 使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动.
（2）应用：交流感应电动机.
磁场　
电磁阻尼　
安培力　
安培力　
要点　归纳
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 由于导体在磁场中运动而产生感 应电流，从而使导体受到安培力 由于磁场运动而产生感应电流，
从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体相对磁场运 动方向相反，阻碍导体运动 导体受安培力的方向与导体运动方向 相同，推动导体运动
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 由于电磁感应，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，从而对外做功
相同点 两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动
研习　经典
D
A. 飞轮受到的阻力大小与其材料密度有关
B. 飞轮受到的阻力大小与其材料电阻率无关
C. 飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，其受到的阻力越小
D. 磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到的阻力越大
解析：飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，所以会产生感应电动势和感应电流，根据 楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场的相对运动，所以 飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，而安培力的大小与其材料的电阻率有 关，与其密度无关，A、B错误；磁铁越靠近飞轮，飞轮处的磁感应强度越强，所以 在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势越大，感应电流越 大，安培力越大，飞轮受到的阻力越大，C错误；磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮的 转速越大，则飞轮上产生的感应电动势越大，感应电流越大，安培力越大，飞轮受到 的阻力越大，D正确.
名师点评
　　解决此类问题要明确电磁驱动和电磁阻尼的联系，电磁驱动和电磁阻尼现象中安 培力的作用效果均为阻碍导体与磁场间的相对运动.
对应　训练
A. 从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动
B. 从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之逆时针转动
C. 无论磁铁向哪个方向转动，铝框都不会转动
D. 当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，铝框将 保持匀速转动
A
解析：根据楞次定律可知，为阻碍磁通量变化，铝框会与磁铁同方向转动，从上往下 看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动，故A正确，B、C错误；当磁铁停 止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，由于铝框转动的过程中仍然能产生感应电 流，会有电磁阻尼，所以铝框会逐渐减速直至停止运动，故D错误.
知识　构建
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课后提素养 深刻剖析 提升能力
基础　题组
1. 判断正误.
√
√
√
×
√
√
√
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
解析：涡流的本质是电磁感应现象中产生的感应电流，只不过是由金属块自身构成回 路，它既有热效应，也有磁效应，A正确，B、C错误；硅钢片中产生的涡流较小，D 错误.
A
A. 两环都向右运动
B. 两环都向左运动
C. 环1静止，环2向右运动
D. 两环都静止
解析：条形磁铁向右运动时，环1中磁通量为零保持不变，无感应电流，仍静止；环2 中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运 动.选项C正确.
C
中档　题组
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. 封口过程中若温度过高，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 须是交流电源，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，但被封口的容器不能是金 属，否则同样会被加热，只能是玻璃、塑料等绝缘材质，D正确.
A. 先向左、后向右
B. 先向左、后向右、再向左
C. 一直向右
D. 一直向左
解析：根据楞次定律的“来拒去留”结论可知，当两磁体靠近线圈时，线圈要阻碍其 靠近，线圈有向右移动的趋势，受到木板的摩擦力向左；当磁体远离时，线圈要阻碍 其远离，仍有向右移动的趋势，受到木板的摩擦力方向仍是向左的，故选项D正确.
D
　
B
A. 铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
B. 永久磁体随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电
流，感应电流使铝盘受磁场的作用力而转动
C. 铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反
D. 由于铝盘和永久磁体被同一转轴带动，
所以两者转动是完全同步的
解析：当永久磁铁随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中会产生感应电流，这时 永久磁铁的磁场会对铝盘上的感应电流有力的作用，从而产生一个转动的力矩，使指 针转动，由于弹簧游丝的反力矩，会使指针稳定地指在某一刻度上，A错误，B正 确；该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，感应电流产生的磁场总是阻碍永 久磁铁转动，要减小穿过铝盘磁通量的变化，铝盘转动方向与永久磁铁转动方向相 同，C错误；永久磁铁固定在转轴上，铝盘固定在指针轴上，铝盘和永久磁铁不是同 一转轴带动，两者转动也不是完全同步的，D错误.
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课时作业（七）
[基础训练]
A. 俯视看线圈中通有逆时针方向的电流
B. 穿过铝框的磁通量减少
C. 俯视看铝框中产生顺时针方向的感应电流
D. 使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处
D
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解析：由左手定则可知，俯视看线圈中通有顺时针方向的电流，选项A错误；因为线 圈在水平位置时磁通量为零，线圈转动时，穿过铝框的磁通量向左增加，根据楞次定 律可知，俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流，选项B、C错误；当铝框中产生 感应电流时，铝框受到的安培力与运动方向相反，起到了电磁阻尼的作用，则使用铝 框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处，选项D正确.
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A. 卫星外壳中有微弱的感应电流
B. 卫星运行的轨道半径会越来越小
C. 卫星的机械能会越来越小
D. 卫星的运行速度会越来越小
解析：人造卫星围绕地球运动时在金属外壳组成的小部分回路中磁通量变化形成了感 应电流及涡流，实现机械能转化为电能，A正确，不符合题意；因产生感应电流而发 热会使机械能减小，运动速度变小做向心运动，半径变小，B、C正确，不符合题 意；因产生感应电流而发热会使机械能减小，运动速度变小做向心运动，半径变小， 速度变大，D错误，符合题意.
D
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A. 高频冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B. 家用电磁炉上的锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C. 金属探测器靠近金属物体时，金属内会产生涡流
D. 变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流
B
解析：高频冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置，故A正确，不符合题意；电磁炉是 由变化的磁场产生变化的电场，利用涡流的热效应来加热物体的，故B错误，符合题 意；金属探测器靠近金属物体时，金属内会产生涡流，从而使报警器发出警报，故C 正确，不符合题意；变压器的铁芯用硅钢片代替整块铁芯，是为了减小涡流，故D正 确，不符合题意.
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A. 金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理
B. 金属探测器可用于大米装袋，防止细小的砂石颗粒混入大米中
C. 电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作
D. 磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用
解析：金属探测器在探测金属时，由于在被测金属中产生涡流从而使报警器工作，故 A正确；金属探测器探测原理是由于电磁感应在被探测物中产生涡流，食品中的砂石 不是导体，所以不能产生涡流，故B错误；电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录 制声音时，利用了电流的磁效应，使磁带上的磁粉被磁化，故C错误；磁电式仪表中 用来做线圈骨架的铝框中可以产生感应电流，能起电磁阻尼的作用，故D正确.
AD
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A. 导体环从a运动到b位置的过程中，有顺时针方向电流
B. 导体环从b运动到c位置的过程中，电流总是顺时针方向
C. 导体环在b位置和c位置速度大小相等
D. 导体环向右最多能摆到与a位置等高的位置
B
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解析：导体环从a运动到b位置的过程中，磁通量不变，没有感应电流，A错误；导体 环从b运动到c位置的过程中，垂直纸面向里的磁场对应的磁通量在减小，根据楞次定 律可知，感应电流方向为顺时针方向，垂直纸面向外的磁场对应的磁通量在增大，根 据楞次定律可知，感应电流方向为顺时针方向，所以电流总是顺时针方向，B正确； 导体环在b位置和c位置速度大小不相等，该过程发生电磁感应，动能转化为电能，速 度减小，也因此，导体环不能摆到与a位置等高的位置，C、D错误.
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A. 向前启动时，主动轴的转速可能小于指针转速
B. 倒车时指针指在零刻度
C. 铝制速度盘中的电流是由于盘转动而形成的
D. 向前行驶时，速度盘中的安培力阻碍指针的偏转
B
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解析：由于电磁感应，永久磁铁将在铝制速度盘中产生涡流，涡流在永久磁铁磁场的 驱动下，使指针产生偏转，因此主动轴的转速一定比指针转速大，且电流是涡流，故 A、C错误；安培力作用使指针偏转，故D错误；因倒车时安培力反向作用，指针仍指 在左侧零刻度，故B正确.
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A. 小球速度变大
B. 小球速度变小
C. 小球速度不变
D. 以上三种情况都有可能
解析：磁感应强度竖直向上，B随时间成正比增加，由楞次定律可知，变化的磁场产 生的感生电场沿顺时针方向；小球带正电，小球所受电场力沿顺时针方向，与小球的 运动方向相同，小球做加速运动，速度逐渐增加，故A正确.
A
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[能力提升]
A. 当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中
B. 当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B中的电流方 向相反
C. 当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，只有闭合线圈A在阻碍电梯 下落
D. 当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，只有闭合线圈B在阻碍电梯 下落
B
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解析：当电梯突然坠落时，线圈A、B都会阻碍电梯的下落，但不会阻止，故A、C、 D错误；在图示位置通过线圈A的磁场方向向上，磁通量在减小，由楞次定律可知， 感应电流从上往下看为逆时针，通过线圈B的磁场方向向上，磁通量在增大，由楞次 定律可知，感应电流从上往下看为顺时针，线圈A、B中的电流方向相反，故B正确.
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A. 接近线圈时做加速运动，离开时做减速运动
B. 接近和离开线圈时都做减速运动
C. 一直在做匀速运动
D. 在线圈中运动时是匀速的
BD
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解析：把铝块看成由无数片纵向的铝片叠成，每一铝片又由可看成若 干闭合铝线框组成；如图所示，当它接近或离开通电线圈时，由于穿 过每个铝线框的磁通量发生变化，所以在每个闭合的铝线框内都要产 生感应电流，产生感应电流的效果是要阻碍它接近或离开通电线圈， 所以在它接近或离开线圈时都要做减速运动，A、C错误，B正确；由 于通电线圈内是匀强磁场，所以铝块在通电线圈内运动时无感应电流 产生，做匀速运动，D正确.
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D
A. 圆盘被磁针的磁场磁化后带有了磁性，没有产生感应电流
B. 磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量没有发生变化，圆盘内没有产 生感应电流
C. 圆盘中电荷随圆盘一起运动形成了电流，这个电流产生的磁场导 致磁针转动
D. 圆盘转动过程中，在圆盘内产生了感应电流，这个电流产生的磁 场导致磁针转动
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解析：圆盘中径向的金属条切割磁感线的过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不 等，从而形成涡流，涡流产生的磁场又导致磁针转动，故选D.
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