新教材2025版高中物理第二章电磁感应及其应用3.涡流电磁阻尼电磁驱动学生用书教科版选择性必修第二册

3.涡流电磁阻尼电磁驱动课标要求1．了解涡流的产生过程．2．了解电磁阻尼、电磁制动和电磁驱动．3．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用．思维导图必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、涡流1．定义：由于________，在大块金属内产生的像水中漩涡样的________电流．2．特点：金属块中的涡流会产生________．3．应用如____________、电磁炉．4．防止电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致奢侈能量，损坏电器．用相互绝缘的________叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯．二、电磁阻尼和电磁制动1．电磁阻尼：当导体在磁场中做切割磁感线运动时，感应电流会使导体受到________，安培力总是________导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼．2．电磁阻尼的应用：磁电式电表中利用________使指针快速停止到某位置，便于读数．磁电式电表在运输过程中将____________短路，既可避开指针因摇摆猛烈而________，又减小________处的磨损．3．电磁制动：列车制动时将电动机与电源断开，并把电动机的线圈与制动电路连成闭合回路，列车前进时带动电动机线圈转动，而产生感应电流，磁场对它的安培力起着制动的作用．4．电磁制动的优点：削减________并将列车的动能转化为________给蓄电池充电．三、电磁驱动1．概念：________受到安培力使物体运动的现象．2．应用：____________．3．优点：________强、驱动力输出________高、能量损耗小．[举例]探雷器、金属探测器等都是利用涡流工作的，其工作原理都是电磁感应现象．[导学1]在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把机械能转化为电能，最终转化为内能．[导学2]通过安培力做功，电能转化为导体的机械能．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一对涡流的理解导学探究如图所示为电磁炉加热原理图．电磁炉的锅具为什么用平底的铁锅？归纳总结1.涡流的特点当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，依据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大．2．涡流中的能量转化涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能．假如金属块放在改变的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；假如金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则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．留意(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)磁场改变越快(ΔBΔt典例示范例1高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流(电流的大小和方向发生周期性改变)，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易限制，并能避开有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是()A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用线圈中电流产生的磁场C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电素养训练1如图所示，金属探测器是用来探测金属的仪器．关于其工作原理，下列说法中正确的是()A．探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场B．只有有磁性的金属才会被探测器探测到C．探测到金属是因为金属中产生了涡流D．探测到金属是因为探测器中产生了涡流素养训练2(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在待封容器的封口处，达到快速封口的目的．下列有关说法正确的是()A．封口材料可用一般塑料来代替铝箔B．该封口机可用干电池作为电源以便利携带C．封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率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探究点二对电磁阻尼和电磁驱动的理解导学探究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；蹄形磁体逆时针转动时线圈也逆时针转动．(1)蹄形磁体转动时，穿过线圈的磁通量是否改变？(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与蹄形磁体的转动速度有什么关系？归纳总结电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由导体在磁场中运动形成由磁场运动形成效果安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力安培力的方向与导体运动方向相同，为动力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相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的相对运动典例示范例2弹簧上端固定，下端挂一只条形磁体，使磁体上下振动，磁体的振动幅度不变．若在振动过程中把线圈靠近磁体，如图所示，视察磁体的振幅将会发觉()A．S闭合时振幅渐渐减小，S断开时振幅不变B．S闭合时振幅渐渐增大，S断开时振幅不变C．S闭合或断开，磁体的振动幅度不变D．S闭合或断开，磁体的振动幅度均发生改变素养训练3(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．线圈转动时将产生感应电流D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda素养训练4(多选)如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法正确的是()A．2是磁铁，在1中产生涡流B．1是磁铁，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思维方法(1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律．(2)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，应留意电磁驱动中阻碍的结果是导体的运动速度小于磁场的运动速度．随堂演练·自主检测——突出创新性素养达标1．如图给出了某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式无线充电的原理图．关于无线充电，下列说法正确的是()A．无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电C．接收线圈中交变电流的频率与放射线圈中交变电流的频率相同D．只要有无线充电底座，全部手机都可以进行无线充电2.(多选)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通沟通电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有()A．增加线圈的匝数B．提高沟通电源的频率C．将金属杯换为瓷杯D．取走线圈中的铁芯3.(多选)在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铁沿着螺线管的轴线以初速度v水平穿过，如图所示，在此过程中()A．磁铁做匀速直线运动B．磁铁做减速运动C．小车向右做加速运动D．小车先加速后减速4．(多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是()A．防止涡流而设计的B．利用涡流而设计的C．起电磁阻尼的作用D．起电磁驱动的作用5.如图所示，金属探测器已经广泛应用于安检场所．关于金属探测器的论述正确的是()A．金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中B．金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流C．金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流D．探测过程中，金属探测器与被测物体相对静止或相对运动，探测效果相同3．涡流电磁阻尼电磁驱动必备学问·自主学习一、1．电磁感应感应2．焦耳热3．高频感应炉4．薄硅钢片二、1．安培力阻碍2．电磁阻尼正、负接线柱变形轴承4．机械磨损电能三、1．感应电流2．感应电动机3．可控性精度关键实力·合作探究探究点一【导学探究】提示：在平底的铁锅底部产生涡流，从而使得锅底温度上升，起到加热做饭或炒菜的作用．【典例示范】例1解析：高频感应炉的原理是：给线圈通以高频交变电流后，线圈产生高频改变的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化，故只有C正确．答案：C素养训练1解析：金属探测器探测金属时，探测器内的探测线圈会产生改变的磁场，被测金属中产生了涡流，A、D错误，C正确；全部的金属都能在改变的磁场中产生涡流，B错误．答案：C素养训练2解析：由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必需是金属类材料，而且电源必需是沟通电源，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，即限制温度，C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则金属容器也会发热，消耗能量且对容器内物品造成损害，只能是玻璃、塑料等材质，D正确．答案：CD探究点二【导学探究】提示：(1)改变．(2)线圈内产生感应电流使线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来．线圈的转动速度小于蹄形磁体的转动速度．【典例示范】例2解析：当S闭合后，线圈构成闭合回路，当条形磁体竖直运动时，穿过线圈的磁通量发生改变，从而使线圈产生感应电流，由楞次定律可得，感应电流的磁场阻碍磁体的运动，使振幅减小，不闭合线圈，不会产生感应电流，振幅不变，故A正确，B、C、D错误．答案：A素养训练3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，线圈中产生感应电流，故C正确；线圈相对磁铁转过90°后，其感应电流方向不再是abcda，D错误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度肯定小于磁铁转动的角速度，假如两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，A错误，B正确．答案：BC素养训练4解析：当指针摇摆时，1随之转动，2是磁铁，那么在1中产生涡流，2对1的安培力将阻碍1的转动；不管1向哪个方向转动，2对1的效果总起到阻尼作用，所以它能使指针很快地稳定下来，A、D正确．答案：AD随堂演练·自主检测1．解析：无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应现象，不是“电流的磁效应”现象，A错误；充电底座采纳了电磁感应原理，故只有接到沟通电源上才能对手机进行充电，B错误；依据电磁感应原理可知，接收线圈中交变电流的频率与放射线圈中交变电流的频率相同，C正确；被充电手机内部，应当有一类似金属线圈的部件，与手机电池相连，当有交变磁场时，则出现感应电动势，那么一般手机不能够利用无线充电设备进行充电，D错误．答案：C2．解析：当电磁铁接通沟通电源时，金属杯处在改变的磁场中产生涡电流发热，使水温上升．要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻．增加线圈匝数、提高交变电流的频率都能增大感应电动势，瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱，A、B正确，C、D错误．答案：AB3．解析：磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知该电流产生的磁场阻碍磁铁的运动．同理，磁铁穿出时该电流产生的磁场也阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，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，