人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案1：2 3涡流、电磁阻尼和电磁驱动

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE12.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动〖学习目标〗1．了解涡流的产生过程。2．了解涡流现象的利用和危害。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。4．了解电磁阻尼、电磁驱动。〖自主学习〗一、电磁感应现象中的感生电场1．感生电场认为：磁场变化时会在空间激发一种，这种电场叫作感生电场．2．感生电动势由感生电场产生的电动势叫．3．电子感应加速器电子感应加速器是利用使电子加速的设备，当电磁铁线圈中的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速．二、涡流1．涡流：当线圈中的随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作，简称．2．涡流大小的决定因素：磁场变化越(eq\f(ΔB,Δt)越)，导体的横截面积S越，导体材料的电阻率越，形成的涡流就越大．三、电磁阻尼当导体在中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．四、电磁驱动若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的作用，使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动．〖要点精讲〗对感生电场和感生电动势的理解1．感生电动势(1)电场线：如图所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的闭合曲线，感生电场是一种涡旋电场．(2)如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势．二、对涡流的理解1．本质：电磁感应现象。2．条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路。3．特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大。故金属块的发热功率很大。4．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。5．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。例如，金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是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。三、对电磁阻尼的理解1．产生：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼．任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用．2．应用举例：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数．由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来．为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼，以使线圈迅速稳定在所示值的位置．电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的．四、对电磁驱动的理解电磁驱动与电磁阻尼的区别与联系1．电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动；电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动．2．电磁驱动中由于电磁感应，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而对外做功；电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能．3．电磁驱动与电磁阻尼中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中导体的运动速度要小于磁场的运动速度．〖难点探究〗例1．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，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是（）A．mgbB．eq\f(1,2)mv2C．mg(b－a)D．mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2例2．如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点。O点正下方固定一个水平放置的铝线圈。让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是（）A．磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力是阻力，有时是动力例3．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．线圈转动时将产生交变电流D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda训练提升1．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．在硅钢中不能产生涡流2．关于电磁驱动，下列说法正确的是（）A．磁场相对于导体转动时，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，这种作用称为电磁驱动B．在电磁驱动的过程中，通过安培力做功使电能转化为导体的机械能C．在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相反D．电磁驱动是由于磁场运动引起磁通量变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力的作用而运动3．关于电磁阻尼，下列说法正确的是（）A．当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体运动的现象称为电磁阻尼B．磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来，从而便于读数C．电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律4．甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转，当给以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于磁感应强度为B且大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是（）A．甲环先停 B．乙环先停C．两环同时停下 D．无法判断两环停止的先后顺序

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖自主学习〗一、1．麦克斯韦电场2.感生电动势3．感生电场电流二、1．电流涡电流涡流2．快(大)，大，小，三、磁场阻碍四、安培力安培力难点探究例1．〖答案〗D〖解析〗金属块进出磁场的过程由涡流产生，机械能转化为电能，电能转化为内能，最终金属块只能在磁场内运动。由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒。初状态机械能E1＝mgb＋eq\f(1,2)mv2末状态机械能E2＝mga焦耳热Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2例2．〖答案〗C〖解析〗磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁场在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确。例3．〖答案〗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，线圈中产生交变电流，故选项C正确，选项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，选项B正确。训练提升1．〖答案〗A〖解析〗涡流本质上是感应电流，是导体自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，选项A正确，选项B错误；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，选项C错误；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，选项D错误。2．〖答案〗ABD〖解析〗根据电磁驱动的定义可知，选项A、B、D正确；在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相同，且被动部分的速度(或角速度)较小，选项C错误。3．〖答案〗ABC〖解析〗根据电磁阻尼的定义知，选项A、B、C正确；电磁阻尼现象实质上是电磁感应现象，分析时不仅遵循楞次定律，同样也遵循法拉第电磁感应定律，选项D错误。4．〖答案〗B〖解析〗乙环产生感应电流，机械能不断转化为内能，而甲环不产生感应电流，故乙环先停下来，选项B正确。2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动〖学习目标〗1．了解涡流的产生过程。2．了解涡流现象的利用和危害。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。4．了解电磁阻尼、电磁驱动。〖自主学习〗一、电磁感应现象中的感生电场1．感生电场认为：磁场变化时会在空间激发一种，这种电场叫作感生电场．2．感生电动势由感生电场产生的电动势叫．3．电子感应加速器电子感应加速器是利用使电子加速的设备，当电磁铁线圈中的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速．二、涡流1．涡流：当线圈中的随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作，简称．2．涡流大小的决定因素：磁场变化越(eq\f(ΔB,Δt)越)，导体的横截面积S越，导体材料的电阻率越，形成的涡流就越大．三、电磁阻尼当导体在中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．四、电磁驱动若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的作用，使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动．〖要点精讲〗对感生电场和感生电动势的理解1．感生电动势(1)电场线：如图所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的闭合曲线，感生电场是一种涡旋电场．(2)如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势．二、对涡流的理解1．本质：电磁感应现象。2．条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路。3．特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大。故金属块的发热功率很大。4．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。5．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。例如，金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是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。三、对电磁阻尼的理解1．产生：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼．任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用．2．应用举例：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数．由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来．为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼，以使线圈迅速稳定在所示值的位置．电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的．四、对电磁驱动的理解电磁驱动与电磁阻尼的区别与联系1．电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动；电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动．2．电磁驱动中由于电磁感应，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而对外做功；电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能．3．电磁驱动与电磁阻尼中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中导体的运动速度要小于磁场的运动速度．〖难点探究〗例1．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，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是（）A．mgbB．eq\f(1,2)mv2C．mg(b－a)D．mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2例2．如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点。O点正下方固定一个水平放置的铝线圈。让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是（）A．磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力是阻力，有时是动力例3．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．线圈转动时将产生交变电流D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda训练提升1．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．在硅钢中不能产生涡流2．关于电磁驱动，下列说法正确的是（）A．磁场相对于导体转动时，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，这种作用称为电磁驱动B．在电磁驱动的过程中，通过安培力做功使电能转化为导体的机械能C．在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相反D．电磁驱动是由于磁场运动引起磁通量变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力的作用而运动3．关于电磁阻尼，下列说法正确的是（）A．当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体运动的现象称为电磁阻尼B．磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来，从而便于读数C．电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律4．甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转，当给以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于磁感应强度为B且大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是（）A．甲环先停 B．乙环先停C．两环同时停下 D．无法判断两环停止的先后顺序

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖自主学习〗一、1．麦克斯韦电场2.感生电动势3．感生电场电流二、1．电流涡电流涡流2．快(大)，大，小，三、磁场阻碍四、安培力安培力难点探究例1．〖答案〗D〖解析〗金属块进出磁场的过程由涡流产生，机械能转化为电能，电能转化为内能，最终金属块只能在磁场内运动。由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒。初状态机械能E1＝mgb＋eq\f(1,2)mv2末状态机械能E2＝mga焦耳