《学霸笔记 同步精讲》第2章 电磁感应 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动（课件）高中物理人教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第2章 电磁感应 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动（课件）高中物理人教版选择性必修2 |
|
|
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-10 00:00:00 | ||
图片预览
文档简介
(共31张PPT)
3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动
第二章
2026
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
课 标 定 位
1.了解涡流的产生原因及涡流的防止和应用。
2.了解电磁阻尼和电磁驱动的原理和应用。
素 养 阐 释
1.通过对涡流、电磁阻尼和电磁驱动的学习,形成物理观念。
2.通过对涡流实例及电磁阻尼和电磁驱动在生活和生产中的应用的分析,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、电磁感应现象中的感生电场 涡流
1.感生电场:磁场变化时会在空间激发一种电场。
2.感生电动势:由感生电场产生的感应电动势。
3.电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。
4.涡电流:由于电磁感应,在导体中产生的像水中的旋涡的感应电流,简称涡流。
5.利用涡流冶炼金属的优点是什么
提示:整个过程可以在真空中进行,能防止空气中的杂质进入金属,可以冶炼高质量的合金。
6.利用涡流热效应和涡流磁效应的应用分别有哪些
提示:(1)涡流热效应的应用:真空冶炼炉、电磁炉等。(2)涡流磁效应的应用:探雷器、安检门等。
7.电动机、变压器等设备中为防止铁芯中的涡流过大而导致浪费能量、损坏电器,应采取什么措施
提示:途径一:增大铁芯材料的电阻率。途径二:用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
二、电磁阻尼 电磁驱动
1.电磁阻尼
(1)定义: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运动的现象。
(2)应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼原理使指针迅速停下来,便于读数。
2.电磁驱动
(1)定义: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。
(2)应用:交流感应电动机。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)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。( )
(2)涡流有热效应,但没有磁效应。( )
(3)变压器的铁芯用硅钢片叠成,是为了减小涡流回路的电阻,减小电能损失。( )
(4)涡流是一种有害的电磁感应现象。( )
(5)由电磁驱动的实例可以说明,感应电流只能提供动力不能提供阻力。
( )
(6)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。( )
√
×
×
×
×
√
2.结合感应电流的产生条件想一想,涡流的产生条件是什么
提示:因为涡流的本质是感应电流,所以产生条件也有两个,一是穿过金属块的磁通量发生变化,二是金属块本身可自行构成闭合回路。
3.在电磁阻尼与电磁驱动中,安培力所起的作用相同吗 为什么
提示:不同。因为电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反,是阻力;而在电磁驱动中,安培力的方向与导体运动方向相同,是动力。
合作探究·释疑解惑
知识点一
涡流的理解、利用和防止
【问题引领】
在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅,如图所示,锅内放少许水,给线圈通入交变电流一段时间,再用盛有少许水的玻璃杯代替小铁锅,通电时间相同。
(1)铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同
(2)若要缩短上述加热时间且达到相同的效果,可采取什么措施
提示:(1)通电后铁锅中的水逐渐变热,玻璃杯中水的温度不变。
(2)增加线圈的匝数或提高交流电源的频率。
【归纳提升】
1.涡流的本质:电磁感应现象。
2.对感生电场的理解
(1)感生电场的成因
磁场变化→激发感生电场
(2)感生电场的电场线
是闭合曲线,没有终点与起点,这种情况与磁场中的磁感线类似。
3.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。
4.产生涡流时的能量转化:伴随着涡流现象,其他形式的能转化成电能,最终在金属块中转化为内能。
(1)金属块放在变化的磁场中,则磁场能转化为电能,最终转化为内能。
(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,那么由于安培力做负功,金属块的机械能转化为电能,最终转化为内能。
【典型例题】
【例题1】 (多选)高频焊接原理示意图如图所示。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,感应电流通过焊缝时产生大量热量,将金属熔化,把工件焊接在一起,而工件其他部分发热很少。下列说法正确的是( )
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.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
答案:AD
解析:线圈中通以高频电流时,待焊接的金属工件中就会产生感应电流,感应电流的大小与感应电动势有关。电流变化的频率越高,感应电动势越大,感应电流越大,结合焦耳定律可知,选项A正确,选项B错误;工件上焊缝处的电阻大,所以感应电流通过时产生的热量多,选项C错误,选项D正确。
1.涡流是整块导体发生的电磁感应现象,同样遵循法拉第电磁感应定律。
2.磁场变化越快 ,导体的横截面积S越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大。
【变式训练1】 (多选)对变压器和电动机等中的涡流的认识,以下说法正确的是( )
A.涡流会使铁芯温度升高,减少线圈上绝缘材料的寿命
B.涡流发热,要损耗额外的能量
C.为了不产生涡流,变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
D.涡流产生于线圈中,对原电流起阻碍作用
答案:AB
解析:变压器和电动机中产生的涡流会使其温度升高消耗能量,同时会减少线圈上绝缘材料的寿命,选项A、B正确;变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯是为了增加电阻,减小电流,减少产生的热量,选项C错误;涡流产生于铁芯中,对原电流无阻碍作用,选项D错误。
知识点二
对电磁阻尼和电磁驱动的理解
【问题引领】
1.拨动灵敏电流计指针,拨动停止后观察现象。在两个接线柱上接上一根导线(短路线)再次拨动指针,拨动停止后再次观察现象。
(1)两次观察到的现象有何不同
(2)两次观察到不同的现象,是什么原因造成的
提示:(1)第一次停止拨动后,可观察到指针要摆动多次,经一定时间才能停下来;第二次停止拨动后,可发现指针摆幅迅速减小,比不连短路线时摆动的时间短得多。
(2)这是由于当接上短路线时,与指针相连的线圈在磁场中摆动时产生了感应电流,线圈受到的安培力总是阻碍线圈的转动,使指针摆幅迅速减小。
2.一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间,如图所示,蹄形磁体和闭合线圈都可以绕轴转动。当蹄形磁体顺时针转动时线圈也顺时针转动,当磁体逆时针转动时线圈也逆时针转动。根据以上现象,回答下列问题:
(1)蹄形磁体转动时,穿过线圈的磁通量是否变化
(2)使线圈转动起来的动力是什么力 线圈的转动速度与磁体的转动速度相同吗
提示:(1)变化。蹄形磁体转动时,线圈内的磁通量发生变化,线圈中产生了感应电流以阻碍磁通量的变化。
(2)线圈内因产生的感应电流受到安培力的作用,安培力作为动力使线圈转动起来。线圈的转动速度小于磁体的转动速度。
【归纳提升】
电磁阻尼与电磁驱动的比较
【典型例题】
【例题2】 (多选)位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管,一个比螺线管长的条形磁体沿着螺线管的轴线以某一初速度水平穿过,如图所示。若条形磁体和小车整体在水平方向上不受外力作用,则在此过程中( )
A.磁体做匀速直线运动
B.磁体做减速运动
C.小车向右做加速运动
D.小车先加速后减速
答案:BC
解析:本题考查电磁驱动,可由楞次定律判断作用力的方向,再由牛顿第二定律判断运动情况。磁体水平穿入螺线管时,管中将产生感应电流,由楞次定律知产生的相互作用力阻碍磁体的运动;同理,磁体穿出时,由楞次定律知产生的相互作用力阻碍磁体的运动。故整个过程中,磁体做减速运动,B正确。而对于小车上的螺线管来说,在此过程中,螺线管受到的安培力都是水平向右的,这个安培力使小车向右运动,且一直做加速运动,C正确。
电磁阻尼是安培力总是阻碍导体运动的现象,电磁驱动是安培力使导体运动的现象,而上述两种现象中的安培力均是感应电流使导体受到的安培力。
【变式训练2】 如图所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁体,四个磁极之间的距离两两相等,当两块蹄形磁体以相同的速度匀速向右运动时,线圈仍静止不动,那么线圈受到木板的摩擦力方向是( )
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
答案:D
解析:当两蹄形磁体靠近线圈时,线圈要阻碍其靠近,线圈有向右移动的趋势,受到木板的摩擦力方向向左;当蹄形磁体远离线圈时,线圈要阻碍其远离,线圈仍有向右移动的趋势,受到木板的摩擦力方向仍是向左的,选项D正确。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(涡流的应用与防止)(多选)下列器具的工作原理与涡流有关的是( )
A.家用电磁炉
B.家用微波炉
C.变压器的铁芯用多块硅钢片粘在一起
D.风扇转动时扇叶与空气摩擦发热
答案:AC
解析:电磁炉是利用高频磁场产生涡流来加热食物的,故选项A正确。变压器的铁芯不用一块硅钢,是为了防止涡流损耗电能并烧毁变压器,多块硅钢片彼此绝缘,有效地减小了涡流,选项C正确。
2.(涡流的防止)(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的,而不是采用一整块硅钢,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.增大铁芯的电阻,以产生更多的热量
D.增大铁芯的电阻,以减小发热量
答案:BD
解析:涡流能使导体发热。变压器的铁芯用相互绝缘的薄片叠加而成,是为了增大铁芯的电阻,以减小涡流,从而减少能量损耗,提高变压器的效率。
3.(对电磁阻尼的理解)(多选)电表中的指针和电磁阻尼器如图所示,下列说法正确的是( )
A.2是磁体,在1中产生涡流
B.1是磁体,在2中产生涡流
C.该装置的作用是使指针能够转动
D.该装置的作用是使指针能很快地稳定
答案:AD
解析:1在2中转动产生感应电流,感应电流受到安培力的作用阻碍1的转动, A、D正确。
4.(对电磁驱动的理解)(多选)如图所示,一闭合铝环套在一根光滑平杆上,当条形磁体靠近它时,下列结论正确的是( )
A.N极靠近铝环时,铝环将向左运动
B.S极靠近铝环时,铝环将向左运动
C.N极靠近铝环时,铝环将向右运动
D.S极靠近铝环时,铝环将向右运动
答案:AB
解析:条形磁体靠近闭合铝环,无论哪个磁极靠近,都会在铝环中产生感应电流,以阻碍它们的相对运动,故A、B正确。
3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动
第二章
2026
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
课 标 定 位
1.了解涡流的产生原因及涡流的防止和应用。
2.了解电磁阻尼和电磁驱动的原理和应用。
素 养 阐 释
1.通过对涡流、电磁阻尼和电磁驱动的学习,形成物理观念。
2.通过对涡流实例及电磁阻尼和电磁驱动在生活和生产中的应用的分析,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、电磁感应现象中的感生电场 涡流
1.感生电场:磁场变化时会在空间激发一种电场。
2.感生电动势:由感生电场产生的感应电动势。
3.电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。
4.涡电流:由于电磁感应,在导体中产生的像水中的旋涡的感应电流,简称涡流。
5.利用涡流冶炼金属的优点是什么
提示:整个过程可以在真空中进行,能防止空气中的杂质进入金属,可以冶炼高质量的合金。
6.利用涡流热效应和涡流磁效应的应用分别有哪些
提示:(1)涡流热效应的应用:真空冶炼炉、电磁炉等。(2)涡流磁效应的应用:探雷器、安检门等。
7.电动机、变压器等设备中为防止铁芯中的涡流过大而导致浪费能量、损坏电器,应采取什么措施
提示:途径一:增大铁芯材料的电阻率。途径二:用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
二、电磁阻尼 电磁驱动
1.电磁阻尼
(1)定义: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运动的现象。
(2)应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼原理使指针迅速停下来,便于读数。
2.电磁驱动
(1)定义: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。
(2)应用:交流感应电动机。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)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。( )
(2)涡流有热效应,但没有磁效应。( )
(3)变压器的铁芯用硅钢片叠成,是为了减小涡流回路的电阻,减小电能损失。( )
(4)涡流是一种有害的电磁感应现象。( )
(5)由电磁驱动的实例可以说明,感应电流只能提供动力不能提供阻力。
( )
(6)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。( )
√
×
×
×
×
√
2.结合感应电流的产生条件想一想,涡流的产生条件是什么
提示:因为涡流的本质是感应电流,所以产生条件也有两个,一是穿过金属块的磁通量发生变化,二是金属块本身可自行构成闭合回路。
3.在电磁阻尼与电磁驱动中,安培力所起的作用相同吗 为什么
提示:不同。因为电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反,是阻力;而在电磁驱动中,安培力的方向与导体运动方向相同,是动力。
合作探究·释疑解惑
知识点一
涡流的理解、利用和防止
【问题引领】
在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅,如图所示,锅内放少许水,给线圈通入交变电流一段时间,再用盛有少许水的玻璃杯代替小铁锅,通电时间相同。
(1)铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同
(2)若要缩短上述加热时间且达到相同的效果,可采取什么措施
提示:(1)通电后铁锅中的水逐渐变热,玻璃杯中水的温度不变。
(2)增加线圈的匝数或提高交流电源的频率。
【归纳提升】
1.涡流的本质:电磁感应现象。
2.对感生电场的理解
(1)感生电场的成因
磁场变化→激发感生电场
(2)感生电场的电场线
是闭合曲线,没有终点与起点,这种情况与磁场中的磁感线类似。
3.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。
4.产生涡流时的能量转化:伴随着涡流现象,其他形式的能转化成电能,最终在金属块中转化为内能。
(1)金属块放在变化的磁场中,则磁场能转化为电能,最终转化为内能。
(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,那么由于安培力做负功,金属块的机械能转化为电能,最终转化为内能。
【典型例题】
【例题1】 (多选)高频焊接原理示意图如图所示。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,感应电流通过焊缝时产生大量热量,将金属熔化,把工件焊接在一起,而工件其他部分发热很少。下列说法正确的是( )
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.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
答案:AD
解析:线圈中通以高频电流时,待焊接的金属工件中就会产生感应电流,感应电流的大小与感应电动势有关。电流变化的频率越高,感应电动势越大,感应电流越大,结合焦耳定律可知,选项A正确,选项B错误;工件上焊缝处的电阻大,所以感应电流通过时产生的热量多,选项C错误,选项D正确。
1.涡流是整块导体发生的电磁感应现象,同样遵循法拉第电磁感应定律。
2.磁场变化越快 ,导体的横截面积S越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大。
【变式训练1】 (多选)对变压器和电动机等中的涡流的认识,以下说法正确的是( )
A.涡流会使铁芯温度升高,减少线圈上绝缘材料的寿命
B.涡流发热,要损耗额外的能量
C.为了不产生涡流,变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
D.涡流产生于线圈中,对原电流起阻碍作用
答案:AB
解析:变压器和电动机中产生的涡流会使其温度升高消耗能量,同时会减少线圈上绝缘材料的寿命,选项A、B正确;变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯是为了增加电阻,减小电流,减少产生的热量,选项C错误;涡流产生于铁芯中,对原电流无阻碍作用,选项D错误。
知识点二
对电磁阻尼和电磁驱动的理解
【问题引领】
1.拨动灵敏电流计指针,拨动停止后观察现象。在两个接线柱上接上一根导线(短路线)再次拨动指针,拨动停止后再次观察现象。
(1)两次观察到的现象有何不同
(2)两次观察到不同的现象,是什么原因造成的
提示:(1)第一次停止拨动后,可观察到指针要摆动多次,经一定时间才能停下来;第二次停止拨动后,可发现指针摆幅迅速减小,比不连短路线时摆动的时间短得多。
(2)这是由于当接上短路线时,与指针相连的线圈在磁场中摆动时产生了感应电流,线圈受到的安培力总是阻碍线圈的转动,使指针摆幅迅速减小。
2.一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间,如图所示,蹄形磁体和闭合线圈都可以绕轴转动。当蹄形磁体顺时针转动时线圈也顺时针转动,当磁体逆时针转动时线圈也逆时针转动。根据以上现象,回答下列问题:
(1)蹄形磁体转动时,穿过线圈的磁通量是否变化
(2)使线圈转动起来的动力是什么力 线圈的转动速度与磁体的转动速度相同吗
提示:(1)变化。蹄形磁体转动时,线圈内的磁通量发生变化,线圈中产生了感应电流以阻碍磁通量的变化。
(2)线圈内因产生的感应电流受到安培力的作用,安培力作为动力使线圈转动起来。线圈的转动速度小于磁体的转动速度。
【归纳提升】
电磁阻尼与电磁驱动的比较
【典型例题】
【例题2】 (多选)位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管,一个比螺线管长的条形磁体沿着螺线管的轴线以某一初速度水平穿过,如图所示。若条形磁体和小车整体在水平方向上不受外力作用,则在此过程中( )
A.磁体做匀速直线运动
B.磁体做减速运动
C.小车向右做加速运动
D.小车先加速后减速
答案:BC
解析:本题考查电磁驱动,可由楞次定律判断作用力的方向,再由牛顿第二定律判断运动情况。磁体水平穿入螺线管时,管中将产生感应电流,由楞次定律知产生的相互作用力阻碍磁体的运动;同理,磁体穿出时,由楞次定律知产生的相互作用力阻碍磁体的运动。故整个过程中,磁体做减速运动,B正确。而对于小车上的螺线管来说,在此过程中,螺线管受到的安培力都是水平向右的,这个安培力使小车向右运动,且一直做加速运动,C正确。
电磁阻尼是安培力总是阻碍导体运动的现象,电磁驱动是安培力使导体运动的现象,而上述两种现象中的安培力均是感应电流使导体受到的安培力。
【变式训练2】 如图所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁体,四个磁极之间的距离两两相等,当两块蹄形磁体以相同的速度匀速向右运动时,线圈仍静止不动,那么线圈受到木板的摩擦力方向是( )
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
答案:D
解析:当两蹄形磁体靠近线圈时,线圈要阻碍其靠近,线圈有向右移动的趋势,受到木板的摩擦力方向向左;当蹄形磁体远离线圈时,线圈要阻碍其远离,线圈仍有向右移动的趋势,受到木板的摩擦力方向仍是向左的,选项D正确。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(涡流的应用与防止)(多选)下列器具的工作原理与涡流有关的是( )
A.家用电磁炉
B.家用微波炉
C.变压器的铁芯用多块硅钢片粘在一起
D.风扇转动时扇叶与空气摩擦发热
答案:AC
解析:电磁炉是利用高频磁场产生涡流来加热食物的,故选项A正确。变压器的铁芯不用一块硅钢,是为了防止涡流损耗电能并烧毁变压器,多块硅钢片彼此绝缘,有效地减小了涡流,选项C正确。
2.(涡流的防止)(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的,而不是采用一整块硅钢,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.增大铁芯的电阻,以产生更多的热量
D.增大铁芯的电阻,以减小发热量
答案:BD
解析:涡流能使导体发热。变压器的铁芯用相互绝缘的薄片叠加而成,是为了增大铁芯的电阻,以减小涡流,从而减少能量损耗,提高变压器的效率。
3.(对电磁阻尼的理解)(多选)电表中的指针和电磁阻尼器如图所示,下列说法正确的是( )
A.2是磁体,在1中产生涡流
B.1是磁体,在2中产生涡流
C.该装置的作用是使指针能够转动
D.该装置的作用是使指针能很快地稳定
答案:AD
解析:1在2中转动产生感应电流,感应电流受到安培力的作用阻碍1的转动, A、D正确。
4.(对电磁驱动的理解)(多选)如图所示,一闭合铝环套在一根光滑平杆上,当条形磁体靠近它时,下列结论正确的是( )
A.N极靠近铝环时,铝环将向左运动
B.S极靠近铝环时,铝环将向左运动
C.N极靠近铝环时,铝环将向右运动
D.S极靠近铝环时,铝环将向右运动
答案:AB
解析:条形磁体靠近闭合铝环,无论哪个磁极靠近,都会在铝环中产生感应电流,以阻碍它们的相对运动,故A、B正确。