涡流、电磁阻尼和电磁驱动 教案 高中物理新人教版选择性必修第二册（2022年）

1、2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动感生电动势和前面的动生电动势相对应。涡流是一种特殊的电磁感应现象，在生产、生活记实验教学等方面有许多应用。教学内容主要学习涡流及其成因，涡流的热效应、磁效应等。电磁阻尼和电磁驱动通过演示实验进行实例分析后得出概念即可。物理观念通过感生电场及感生电动势的提出，体会物理概念的产生过程。科学思维通过涡流的实例分析，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究：通过演示实验探究，知道什么是电磁阻尼和电磁驱动现象，并能分析二者的不同点和相同点，以及实质。科学态度与责任通过涡流、电磁阻尼和电磁驱动在生产、生活中的应用，体会科学对社会发展的推动作用。 教学重点：1.涡流的概念及

2、其应和实例分析。 2.电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。教学难点：电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。多媒体课件、电磁驱动演示仪、示教电表、示教电动机等。一、新课引入（展示动态图片：半边铁锅煮蛋）在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？二、新课教学（一）电磁感应现象中的感生电场1.感生电动势英国物理学家麦克斯韦经过研究后提出：变化的磁场能够在它的周围产生一种电场线是闭合曲线的电场。叫作感生电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的。将闭合导体放入变化的磁场中后，变化的磁场会产生感生电场，导体中的自由电荷受到感生电场的作用力发生定

3、向移动，从而形成感应电流和感应电动势，称为感生电动势。感生电动势的成因：感生电场的电场力对电荷做功。在上图中产生的感生生场就会使这个电子加速，刚才说的这个装置，就叫做电子感应加速器。（动图展示：电子感应加速器。）2.电子感应加速器电子感应加速器的结构如图所示，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，最终获得很大的速度和能量。电子感应加速器的原理如图磁场方向由下向上，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。

4、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，电磁体线圈中的电流应该由小变大。（二）涡流实验：把绝缘导线缠绕在块状的铁芯上。导线中通有交流电。过一会用手摸一下铁芯会感到什么？分析：当导线中通有交流电时，铁芯中就会产生一个变化的磁场，由于铁心可以导电，因此他从内向外可以看作是一个个独立的方形回路。那么在这些回路中就会产生感应电流，放出热量。过一会用手摸一下铁芯会感到铁芯明显发热。涡流的概念：把块状金属置于变化的磁场中时，金属块内将产生感应电流，这些电流在金属块内形成一个个闭合回路，很像水的漩涡，因此他们叫做涡电流，简称涡流。1.涡流的作用真空冶炼炉

5、知道了涡流产生的原因，再来说说他有什么用。当金属块的电阻比较小时，形成的涡流的电流强度就会很大，进而产生大量的焦耳热。工业上的感应冶炼炉，就是利用涡流的热效应来熔炼金属。如图，冶炼炉外绕有线圈，冶炼炉内装有待冶炼的金属。将大功率的高频交流电源与线圈连接后，高频交流电在线圈儿内激发出很强的磁场，这时炉内被冶炼的金属中会产生强大的涡流，并释放出大量的焦耳热，从而将待冶炼的金属融化。（动图展示：涡流冶炼金属）真空冶炼炉的优点：加热速度快，能量损失小，温度容易控制，能避免杂质混入等。2.实例分析电磁炉你要是觉得刚才的例子都不容易见得着，我再给你说个你一定见过的东西，电磁炉。它的原理图是这样的，把电磁炉

6、接入频率较低的交流电，电流经过内部电路整流变为高频交流电，高频交流电通入线圈后，线圈周围就产生了很强的磁场，当电磁炉上放有专用的锅具时，变化的磁场会在导磁体制成的锅底中产生无数的涡流，使锅体本身高速发热，进而达到加热锅内食物的目的。这个锅是有金属导体制成的才得，所以你知道半边锅煮鸡蛋的原理了吗。3.涡流的热效应的防止虽然涡流可以有很多用途 但有时候他也会造成麻烦。比如当变压器工作时，他的铁心中会产生很大的涡流，使铁心放热，从而浪费大量的电能，甚至还可能烧坏仪器。常见的仪器中电动机也存在相同的问题。方法：一是增大铁芯材料的电阻率，比如用硅钢来制做铁芯，由于硅钢的电阻率比普通钢大得多，使得铁心的电

7、阻也增大了很多，这样涡流的热损耗就大大降低。另一个方法是相互绝缘的硅钢屁大了很多，这样蜗牛的热损耗就大大降低啦。另一个方法是相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块的硅钢铁芯。这样也可以增大回路电阻，削弱涡流的发热。4.涡流的磁效应及其应用应用：机场安检用的安检，军事上用的探雷器，还有寻找地下矿产的探测等。原理：把金属探测器的结构简化一下是这样。他工作时让变化的电流通过线圈，产生不断变化的磁场。如果探测器靠近金属，就能在金属内部产生涡流，这涡流又会产生磁场，反过来影响探测器的磁场，让探测器发出报警声。（三）电磁阻尼思考与讨论一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。

8、安培力对线圈的运动有什么影响？磁电式仪表的线圈常常用铝框骨架、把线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？分析：根据楞次定律的右手定则，可知线框的感应电流方向如图所示，再根据左手定则可知安培力方向如图所示，正好与运动的方向相反，起到阻碍导体的运动的作用。铝框转动分析：磁感线从右向左，当铝框在向右转动过程中，磁通量在增加，根据楞次定律可知，产生的感应电流的方向是逆时针，即左边电流出来，右边进去。切割磁感线的只有两边的这两根，根据左手定则安培力方向如

9、图所示，阻碍铝框的转动。像刚才这两个个例子中，由于导体在磁场中运动，发生了电磁感应现象，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆。实例分析1：电磁阻尼能使震动和摆动迅速停止的特点，应用在了很多电学仪器中，如电压表和电流表使用时要求指针的外头很快停下来，以便准确读数。在制作电流表时，把电路板的线圈绕在铝框上，当被测电流通过线圈时，线圈带动指针和铝框一起转动，铝框中产生涡流进而出现电磁阻尼的现象，使指针能很快的静止下来。实例分析2：（动图展示）灵敏电流计的指针太过灵活，很容易在运输时由于摆动而折断。为了避免这种情

10、况，在运输时常常用导线把正负两个接线柱连在一起，使表内的线圈和接线柱构成一个闭合回路，这样如果它的指针摆动，就会在线圈中产生感应电流，接着出现电磁阻尼的现象，使指针很快的停止运动就不容易折断。 （四）电磁驱动当磁场静止，金属块或线圈相对磁场运动时会受到与运动方向相反的安培力 ，使金属块或线圈儿很快停止运动。反过来，如果线圈不动，让磁场运动，那么线圈儿也会受到安培力。咱们来看一个利用电磁驱动的演示模型。演示实验：如图所示，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。转动磁体，观察铝框的运动。怎样解释铝框的运动？（动图展示）分析：当摇动把手，旋转U型磁铁时穿过铝框的磁通量发生变化，铝框中

11、产生感应电流，使铝框受到安培力的作用，最终驱动铝框随磁场一起运动。根据楞次定律，此时安培力的方向跟磁场运动方向是相同的，因此线圈儿会追磁铁运动。物理上把这种现象称为电磁驱动。即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。应用：交流感应电动机如图，把三相交流电通入三个互成120度的线框，这样在空间中会产生一个类似磁铁转动的旋转磁场，从而带动中间的线圈儿转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。小结：电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系电磁阻尼电磁驱动原因导体在磁场中运动磁场相对于导体转动安培力的作用总是阻碍导体的运动使导

12、体运动起来联系安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动例1：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。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则( )A铜盘转动将变慢B铜盘转动将变快C铜盘仍以原来的转速转动D铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定解析 当一个蹄形磁铁移近铜盘时，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，铜盘转动会逐渐变慢。选项A正确。例2：弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象的产生原因，并说明此现象中能量转化的情况。解析：当磁铁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铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，安培阻力相对较大，因而磁铁会很快停下来。线圈中有电阻，有电流时就会产生热量。使系统的机械能转化为内能。2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动感生电场 涡流：涡流的热效应及其应用真空冶炼炉涡流的热效应的防止 增大铁芯材料的