《学霸笔记 同步精讲》第2章 电磁感应及其应用 3.涡流　电磁阻尼　电磁驱动（课件）高中物理教科版选择性必修2

(共28张PPT)
3.涡流　电磁阻尼　电磁驱动
第二章
2026
课 标 定 位
1.了解涡流的产生,知道涡流现象在日常生活和生产中的应用和危害。
2.了解高频感应炉与电磁炉的工作原理。
3.了解电磁阻尼和电磁驱动,知道它们在日常生活和生产中的应用。
素 养 阐 释
1.通过理解涡流、电磁阻尼、电磁驱动的概念,形成物理观念。
2.通过了解高频感应炉与电磁炉的工作原理,形成科学思维。
3.了解电磁阻尼与电磁驱动的应用,形成科学态度。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、涡流
1.概念:由于电磁感应,在大块金属中会形成感应电流,电流在金属块内组成闭合回路,很像水的漩涡,因此叫作涡电流,简称涡流。
2.涡流的防止
为了减小涡流,变压器、电机中的铁芯不是由整块的钢铁制成,而是用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成。一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大,从而减少损耗;另一方面,每层硅钢片之间都是绝缘的,阻断了涡流的通路,进一步减小了涡流的发热。
3.涡流的应用
(1)高频感应炉:利用涡流熔化金属,这种冶炼方法速度快,温度容易控制,能避免有害杂质混入被冶炼的金属中。
(2)电磁炉:当灶内的励磁线圈通有交变电流时,形成交变磁场,交变的磁感线从铁磁材料制成的烹饪锅的锅底穿过,使锅底产生涡流,从而发热。电磁炉热效率高,具有使用方便、安全等优点。
二、电磁阻尼
1.概念:当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力,安培力总是阻碍导体的运动,这种现象叫作电磁阻尼。
2.应用:磁电式电表中利用电磁阻尼使指针迅速停止,便于读数。
三、电磁驱动
1.概念:磁场相对于导体转动时,导体中会产生涡流,涡流受到安培力使导体运动的现象称为电磁驱动。
2.应用:感应电动机。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)导体中有涡流时,导体没有和其他元件组成闭合回路,导体不会发热。 (　　)
(2)电磁阻尼发生的过程,存在机械能向内能的转化。 ( 　　)
(3)高频感应炉是利用高频电流的热效应冶炼金属的。 ( 　　)
(4)电磁炉烹饪食物时,锅上的电流容易造成触电事故,故使用时要小心操作。 ( 　　)
×
√
×
×
2.发生涡流时,金属块并没有接入闭合电路,为什么会产生感应电流
提示:金属块自身构成闭合回路,金属块内部等效成许多闭合电路。当穿过金属块的磁通量变化时,金属块内部会产生感应电流。
3.电磁阻尼是谁阻碍谁的运动 电磁驱动是谁驱动谁的运动
提示:电磁阻尼是磁场阻碍导体相对磁场的运动,电磁驱动是磁场驱动导体的运动。
合作探究·释疑解惑
知识点一
涡流
【问题引领】
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,它的形状像水中的旋涡,所以把它叫作涡电流,简称涡流。
【归纳提升】
1.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。
2.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。
3.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,而且用相互绝缘的薄硅钢片叠合成铁芯来代替整块硅钢铁芯。
【典型例题】
【例题1】 (多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成,而不采用一整块硅钢,这是为了(　　)
A.增大涡流,提高变压器的效率
B.减小涡流,提高变压器的效率
C.增大涡流,减小铁芯的发热量
D.减小涡流,减小铁芯的发热量
BD
解析:涡流的主要效应之一就是发热,而变压器的铁芯发热,是我们不希望出现的,所以不采用整块硅钢,而采用薄硅钢片叠压在一起,目的是减小涡流,减小铁芯的发热量,进而提高变压器的效率。故选项B、D正确。
科学思维
减小涡流的途径之一是增大铁芯材料的电阻率;另一途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
【变式训练1】 如图所示,A、B两图是把带绝缘层的线圈绕在软铁上,C、D两图是把带绝缘层的线圈绕在有机玻璃上,则能产生涡流的是(　　)
A
解析:只有穿过整个导体的磁通量发生变化,才产生涡流,B是直流电源不能产生涡流,C、D不是导体,故只有A能产生涡流。
【问题引领】
知识点二
电磁阻尼和电磁驱动
弹簧上端固定,下端悬挂一个磁体。将磁体托起到某一高度后放开,磁体能上下振动较长时间才停下来。如果在磁体下端放一个固定的闭合线圈,使磁体上下振动时穿过它(如图所示),磁体就会很快停下来。请解释这个现象。
提示:当磁体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体靠近或离开线
圈,也就使磁体振动时除了受空气阻力外,还要受到线圈
的磁场阻力,克服阻力需要做的功较多,机械能损失较快,
因而会很快停下来。
【归纳提升】
电磁阻尼和电磁驱动的比较
比较内容 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 安培力方向与磁场运动方向相同,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 【典型例题】
【例题2】 扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
A
解析:感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在A图中,系统振动时,紫铜薄板随之上下及左右振动,都会使穿过紫铜薄板的磁通量发生变化,产生感应电流,受到安培力,阻碍系统的振动,故选项A正确。在B、D图中,只有紫铜薄板左右振动时才产生感应电流,而上下振动时则无感应电流产生,选项B、D错误。在C图中,无论紫铜薄板上下振动还是左右振动,都不会产生感应电流,选项C错误。
科学思维
电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动,减小导体与磁场的相对速度。但阻碍不是阻止,导体与磁场的运动不同步。
【变式训练2】 如图所示,使一个铜盘绕其竖直的轴OO'转动,且假设摩擦等阻力不计,转动是匀速的。现把一个蹄形磁体移近铜盘,则(　　)
A.铜盘的转动将变慢
B.铜盘的转动将变快
C.铜盘仍以原来的转速转动
D.铜盘的转动速度是否变化,要根据磁体的上、下两端的极性来决定
A
解析:当一个蹄形磁体移近铜盘时,铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动,所以铜盘的转动将变慢。本题也可以从能量守恒的角度去分析,因为铜盘的转动切割磁感线,产生感应电流,铜盘的机械能不断转化成电能,铜盘的转动会逐渐变慢。选项A正确。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(对涡流的理解)下列关于涡流的说法正确的是(　　)
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
A
解析:涡流是一种特殊的电磁感应现象,它是感应电流,既有热效应,又有磁效应。硅钢片中能产生涡流,但电流较小,故选项A正确。
2.(涡流的应用)(多选)右图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,感应电流通过焊缝产生大量热,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.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.工件上只有焊缝处的温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
D.工件上只有焊缝处的温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
AD
解析:交变电流的频率越高,产生的感应电流越强,升温越快,选项A正确,B错误。工件上各处电流相同,电阻大处产生的热量多,选项C错误,D正确。
3.(电磁阻尼的应用)(多选)如图所示,磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是(　　)
A.防止涡流
B.利用涡流
C.起电磁阻尼的作用
D.起电磁驱动的作用
BC
解析:线圈通电后在安培力作用下转动,铝框随之转动,在铝框内产生涡流。涡流将阻碍线圈的转动,使线圈偏转后尽快停下来,这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用,故B、C正确。
4.(电磁驱动的应用)(多选)如图所示,蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO'转动。从上向下看,当磁铁逆时针转动时,则(　　)
A.线圈将逆时针转动,转速与磁铁相同
B.线圈将逆时针转动,转速比磁铁小
C.线圈转动时将产生变化的电流
D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
BC
解析:当磁铁逆时针转动时,相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线,线圈中产生变化的电流,故选项C正确,D错误。由楞次定律的推广含义可知,线圈将与磁铁同向转动,但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度,如果两者的角速度相同,磁感线与线圈处于相对静止,线圈不切割磁感线,无感应电流产生,故选项A错误,B正确。