第3、4节　涡流 电磁阻尼 电磁驱动 自感　

第3、4节涡流

电磁阻尼

电磁驱动

自感

物理观念(1)了解涡流、电磁阻尼和电磁制动、电磁驱动的概念。(2)通过实验了解自感现象，了解自感系数。(3)知道自感现象的应用与防止。科学思维(1)会判断感应电动势的方向，并会进行相关计算。(2)通过对涡流实例的分析，理解涡流在生产生活中的应用。(3)会从法拉第电磁感应定律的视角认识自感现象。科学探究(1)观察电磁阻尼和电磁驱动现象，了解其相关原理。(2)通过实验观察通电自感和断电自感现象，并能解释其原因。科学态度与责任体会电磁感应技术的应用对人类生活和社会发展的影响。核心素养导学一、涡流1．定义：由于电磁感应，在导体中产生的像漩涡一样的_____电流。2．特点：涡流路径的电阻一般很小，不大的感应电动势可形成很强的涡电流，释放出大量的________。3．防止：变压器、电动机等设备中因涡流产生的热不但会消耗很多能量，也容易损坏电器。为此，变压器和电机中的铁芯都不用整块金属，而是用许多相互绝缘的薄________叠合而成的。4．应用：涡流的热效应，如高频感应炉、_______。感应焦耳热硅钢片电磁炉二、电磁阻尼和电磁制动电磁驱动1．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，感应电流会使导体受到_______，安培力总是______导体运动的现象。(2)应用：①磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。②在运输电流表时用______把正、负接线柱连在一起，以阻碍表针摆动。安培力阻碍导线2．电磁制动(1)概念：电动列车在进行制动，电动机与电源断开，并把电动机的线圈与制动电路连接成闭合回路，列车前进时带动电动机线圈转动，而产生感应电流，磁场对它的________起着制动的作用。(2)优点：减少机械磨损，列车前进的动能转化为______，给蓄电池充电。3．电磁驱动(1)概念：磁场相对导体转动时，导体中产生__________，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的现象。(2)应用：交流感应电动机。安培力电能感应电流(1)电磁驱动和电磁阻尼都遵循楞次定律。(2)电磁驱动和电磁阻尼都是通过感应电流受到安培力，安培力做功引起能量的转化。

三、自感1．自感：由于导体_________的电流发生变化而引起的电磁感应现象。2．自感电动势：在_______现象中产生的电动势。3．自感电动势的大小4．自感系数大小的决定因素自感系数与线圈的______、_______、______，以及是否有______等因素有关。线圈本身自感自感电感亨利亨直径形状匝数铁芯5．自感现象的应用——日光灯(1)日光灯电路(如图)：(2)启动器的作用：电路接通后，可使电路自动______。(3)镇流器的作用①电路断开瞬间，镇流器中的电流急剧减小，因其自感系数很大，会产生很高的____________，与电源电压加在一起，加在灯管两端，使灯管中的气体放电，日光灯被点亮。断开自感电动势②日光灯点亮后，由于电感线圈对交流电有阻碍作用，镇流器又起着_____限流的作用。1.如图是用涡电流金属探测器探测地下金属物的示意图。判断下列说法的正误。(1)探测器内的探测线圈会产生交变磁场。

()(2)探测器只能探测到有磁性的金属物。

()(3)探测器能探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡电流。

()√××降压2.磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，工作效应比靠摩擦力刹车更稳定，如图为该新型装置的原理图(从后面朝前看)：过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。这种刹车装置的原理是什么？提示：这种刹车装置是电磁阻尼的一种应用。3.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，铝框也随之运动起来，但铝框的转动速度比磁体的转动速度慢一些，原因是什么？提示：如果铝框的转动速度和磁体的转动速度一样，则两者相对速度为零，便不会产生感应电流，这时的电磁驱动作用就会消失，所以铝框的转动速度比磁体的转动速度慢一些。4．如图所示两个电路(线圈L自感很大，电阻忽略不计)，判断下列说法的正误。

甲乙

(1)甲图中开关闭合时，A1先亮。

()(2)甲图中开关闭合时，A2先亮，A1逐渐变亮。

()(3)乙图中开关断开时，灯泡A会闪亮一下再熄灭。

()×√√5.

让几位同学“串联”在电路中，电源只需1节干电池。闭合开关S前，学生的体验——“无感觉”；闭合开关S后，学生的体验——“无感觉”；断开开关S瞬间，同学突然受到电击——“迅速收回双手”。这是为什么呢？提示：断开开关S，线圈中电流变小，线圈L中产生自感电流以阻碍电路中原电流的减小，所以人会受到电击。[典例体验][典例]

光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(如图中的虚线所示)。一个小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设滑动的时间足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是

(

)[拓展]对应[典例]中的情境，若虚线下方的磁场为非匀强磁场，则金属块在曲面上滑动时产生的焦耳热总量是多少？/方法技巧/(1)金属块进出匀强磁场时，产生焦耳热，损失机械能。(2)金属块整体在匀强磁场中运动时，其机械能不再损失，在磁场中做往复运动。(3)金属块整体在非匀强磁场中运动时，金属块内部有涡流产生，金属块的机械能仍转化为电能。[针对训练]1.

某手持式考试金属探测器如图所示，它能检查出考生违规携带的电子通信储存设备。工作时，探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中产生感应电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报。则

(

)A．被测金属物中产生的是恒定电流B．被测金属物中产生的是交变电流C．探测器与被测金属物相对静止时不能发出警报D．违规携带的手机只有发出通信信号时才会被探测到解析：工作中的探测器靠近金属物体时，在金属物体中就会产生涡流，这种涡流是交变电流，A错误，B正确；根据法拉第电磁感应定律，探测器产生的是变化的磁场，使靠近的金属物体产生涡流，探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，C错误；探测器的工作原理是电磁感应现象，和手机是否发出通信信号无关，D错误。答案：B

2．电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，“火力”强劲，安全可靠，如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是

(

)A．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好B．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用C．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D．电磁炉通电线圈加变化的电流后，在锅底产生涡流，进而发热工作解析：锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是变化的电流，不是恒定的电流，A错误，D正确；在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁炉的加热作用，B错误；金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，C错误。答案：D

(1)金属框为什么会运动？若金属框不受阻力，将如何运动？(2)当金属框始终受到Ff＝1N的阻力时，金属框的最大速度是多少？(3)当金属框始终受到Ff＝1N的阻力时，要使金属框维持最大速度，每秒钟需消耗多少能量？这些能量是谁提供的？[解析]

(1)因为磁场向右运动，金属框相对于磁场向左运动，于是金属框ad、bc两边切割磁感线产生感应电流，当金属框在题图中实线位置时，由右手定则知，产生逆时针方向的电流，金属框受到向右的安培力作用，所以金属框跟随匀强磁场向右运动。如果金属框处于题图中虚线位置，则产生顺时针方向的感应电流，由左手定则知，金属框所受安培力方向仍然是水平向右的，故只要两者处于相对运动状态，金属框就始终受到向右的安培力作用。金属框开始时处于静止状态(对地)，受安培力作用后，向右做加速运动，若金属框不受阻力，当速度增大到5m/s时，金属框相对磁场静止，做匀速运动。[系统归纳]电磁阻尼与电磁驱动的对比分析

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引起磁通量的变化而产生感应电流，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

[针对训练]1．很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率

(

)A．均匀增大B．先增大，后减小C．逐渐增大，趋于不变D．先增大，再减小，最后不变解析：条形磁铁在下落过程中，绝缘铜环内产生感应电流，导致条形磁铁做加速度逐渐减小的加速运动，故其速率逐渐增大，最后趋于不变，C正确，A、B、D错误。答案：C

2.(多选)位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中

(

)A．磁铁受到螺线管水平向右的力的作用B．磁铁受到螺线管水平向左的力的作用C．小车向右做加速运动D．小车先加速后减速解析：磁铁水平穿过螺线管时，螺线管中将产生感应电流，由于电磁阻尼并结合牛顿第三定律，整个过程中，磁铁受到螺线管水平向左的力的作用，A错误，B正确；对于小车上的螺线管，在此过程中，螺线管会产生感应电流，由于电磁驱动，使小车向右运动起来，在磁铁穿过螺线管过程中，小车一直向右做加速运动，C正确，D错误。答案：BC

[解析]自感作用延缓了电路中电流的变化，使得在通电瞬间含线圈的电路相当于断路，而断电时线圈相当于一个电源，通过放电回路将贮存的能量释放出来。而一般的纯电阻电路可以认为通电时立即有电流，断电时电流立即消失。S2断开，S1合上瞬间，由于线圈的自感作用，流过Q灯的电流将逐渐增大，A正确(注意，P灯是立即就亮)；合上S1、S2，稳定后，由于RL为零，P灯被短路，故P灯是暗的，B正确；保持S2闭合，断开S1瞬间，线圈L和P灯构成放电回路，由于自感作用，L中的电流值将由原来稳定值逐渐减小，而原来IL＞IP，所以P灯将亮一下再熄灭，而跟Q灯并联的是电阻，故Q灯立即熄灭，故C正确，D错误。[答案]

ABC/方法技巧/(1)断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系，即由两支路中电阻的大小关系决定。(2)若断开开关后，线圈与灯泡不能组成闭合回路，则灯泡会立即熄灭。(3)自感线圈直流电阻小与直流电阻不计含义不同，稳定时，前者相当于定值电阻，后者出现短路。

[系统归纳]1．对自感现象的分析思路(1)明确通过自感线圈的电流的变化情况(是增大还是减小)。(2)根据“增反减同”，判断自感电动势的方向。(3)分析阻碍的结果：当电流增大时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐增大，与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大；当电流减小时，由于自感电动势的作用，线圈中的电流逐渐减小，与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小。2．两种电路的分析[针对训练]1.如图所示，多匝线圈和电池的内阻均为0，两个电阻的阻值均为R，开关S断开时，电路中的电流为I。现将S闭合，于是电路中产生自感电动势，此自感电动势的作用是

(

)A．使电路中的电流减小，最后由I减小到0B．有阻碍电流的作用，最后电流小于IC．有阻碍电流增大的作用，故电流总保持不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流还是增大，最后变为2I解析：当S闭合后，电路总电阻减小，电流增大，线圈产生自感电动势阻碍电流增大，但“阻碍”并不是“阻止”，电流最终仍增大到2I，D正确。答案：D

2.

某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是

(

)A．电源的内阻较大B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大D．线圈的自感系数较大(4)明确电路中元件与自感线圈的连接方式，若元件与自感线圈串联，元件中的电流与线圈中电流有相同的变化规律；若元件与自感线圈并联，元件上的电压与线圈上的电压有相同的变化规律；若元件与自感线圈构成临时回路，元件成为自感线圈的临时外电路，元件中的电流大小与线圈中电流大小有相同的变化规律。[典例体验][典例]

如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S。如选项图所示，表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是

(

)[针对训练]1.

某兴趣小组探究断电自感现象的电路如图所示。闭合开关S，待电路稳定后，通过电阻R的电流为I1，通过线圈L的电流为I2。t1时刻断开开关S，下列图像中能正确描述通过电阻R的电流IR和通过线圈L的电流IL的是

(

)解析：S断开后，线圈与电阻R构成回路，电阻R中的电流反向，大小与线圈中的电流相等，并逐渐减小，A正确，B错误；断开S后，电阻R与线圈串联，流过线圈的电流减小，线圈中产生与原电流方向相同的感应电动势，且电动势慢慢变小，则线圈中电流方向不变，大小逐渐变小，而且变小得越来越慢，C、D错误。答案：A

2.

在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后，调整R，使A1和A2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开开关S，若t′时刻再闭合开关S，则在t′前后的一小段时间内，图中正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是

(

)解析：由题中给出的电路可知，电路是线圈L与A1串联，A2与滑动变阻器R串联，然后两个支路并联。在t′时刻，A1支路中的电流因为有线圈L的自感作用，所以i1由0逐渐增大。A2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大的过程，若不计电池的内阻，则i2不变；若考虑电池的内阻，i2会略有减小，B正确。答案：B

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

物理观念——涡流1．(选自鲁科版新教材“迷你实验室

”)

如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅，锅内放少许水，给线圈通入一段时间(通电时间不能过长)的交变电流；再用玻璃杯代替小铁锅，通入相同时间的交变电流。铁锅和玻璃杯中的水温变化有什么不同？为什么？解析：铁锅中的水温明显升高，因为通入交变电流时，所产生的磁场是变化的，因铁锅是导体，铁锅中产生涡流，电能转化为内能，使水温升高，而玻璃是绝缘体，玻璃杯中无涡流产生，杯中水温不变。答案：见解析

科学思维——对电磁阻尼的理解2．(选自鲁科版新教材课后练习)如图所示，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U形磁铁放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，则铜盘

(

)A．不受影响，和原先一样转动B．很快停下来C．比原先需要更长时间停下来D．比原先更快地转动解析：铜盘由于受到电磁阻尼的作用而很快停下来，故B正确，A、C、D错误。答案：B

科学探究——探究自感现象3．(选自鲁科版新教材“迷你实验室”)取一根长约1m的漆包线绕在一把锉刀上，再让

一节干电池的正极与锉刀接触，负极则与导线的一端接触。手执导线的另外一端，让裸露的导线头在锉刀上来回刮动，如图所示。你观察到了什么现象？想想看，为什么会发生这一现象？二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．(2023·全国乙卷)一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下

比较实验。用图(a)所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸

相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接

通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止

释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图(b)和图(c)所示，分析可知

(

)A．图(c)是用玻璃管获得的图像B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短解析：小磁体在铝管中运动，铝管会形成涡流，小磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态，做匀速直线运动，而在玻璃管中的小磁体则一直做加速运动，故由图像可知图(c)的脉冲电