高二物理（人教版）学案 选择性必修二 第二章 第3节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动

1/5第3节涡流、电磁阻尼和电磁驱动(强基课—逐点理清物理观念)课标要求学习目标1.通过实验,了解涡流现象。2.能举例说明涡流现象在生产生活中的应用。1.了解感生电场的概念,了解电子感应加速器的工作原理。2.理解涡流的产生原理,了解涡流在生产和生活中的应用。3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理,了解其在生产和生活中的应用。逐点清(一)电磁感应现象中的感生电场[多维度理解]1．麦克斯韦认为，磁场________时会在周围空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场。2．由__________产生的感应电动势叫感生电动势。3．电子感应加速器就是利用__________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。4．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)计算。(1)静电场是由电荷激发而产生的，感生电场是由变化的磁场激发而产生的。(2)静电场的电场线不是闭合的，而感生电场的电场线是闭合的。[全方位练明]1．(多选)关于感生电场，下列说法中正确的是()A．感生电场由变化的磁场产生B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C．感生电场的方向可以用楞次定律来判定D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向2.某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针，这可能是原磁场()A．沿AB方向且在迅速减弱B．沿AB方向且在迅速增强C．沿BA方向且恒定不变D．沿BA方向且在迅速减弱3．现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图所示，图甲为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极；图乙为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看，电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁铁线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是()A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向B．通入电磁铁线圈的电流在增强C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是由静电力提供的逐点清(二)涡流[多维度理解]1．涡流：当某线圈中的________随时间变化时，由于电磁感应，这个线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生__________，如果用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。2．涡流的应用与防止(1)应用：____________、________、________等。(2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的________做铁芯材料，或者用相互绝缘的________叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯。1．涡流的本质：电磁感应现象。2．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。3．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。[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，其下半部分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(重力加速度为g)()A．mgb B.eq\f(1,2)mv2C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2听课记录：[变式拓展]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。[全方位练明]1.(多选)涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示，线圈中通以一定频率的正弦交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法正确的是()A．涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化B．涡流的频率等于通入线圈的交流电的频率C．通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力D．待测工件可以是塑料或橡胶制品2.(选自沪科版教材课后练习)强大的涡电流在金属内流动时，会释放大量的热能。工业上利用这种热效应，制成高频电磁感应电炉来冶炼金属，其结构原理图如图所示。请分析它的工作原理。逐点清(三)电磁阻尼和电磁驱动[多维度理解]1．电磁阻尼当____________________时，感应电流会使导体受到安培力作用，安培力总是________导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。2．电磁驱动(1)如果____________________，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。(2)交流感应电动机就是利用__________的原理工作的，把______转化成________。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[全方位练明]1．(多选)如图所示，是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是()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稳定下来2.如图所示，蹄形磁体和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当蹄形磁体逆时针转动时()A．线圈将逆时针转动，转速与磁体相同B．线圈将逆时针转动，转速比磁体小C．线圈将逆时针转动，转速比磁体大D．线圈静止不动3．(选自鲁科版教材课后练习)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．比原先更快地转动第3节涡流、电磁阻尼和电磁驱动逐点清(一)[多维度理解]1．变化2.感生电场3.感生电场电流[全方位练明]1．选AC磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律判断，A、C正确，B、D错误。2．选A感生电场的方向从上向下看是顺时针，假设在平行于感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也是顺时针，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场沿AB方向，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场沿AB方向且在迅速减弱，或原磁场沿BA方向且在迅速增强，A正确。3．选B电子在电子感应加速器中沿逆时针方向加速，电子带负电，电场方向与电子受力的方向相反，所以真空室中产生的感生电场沿顺时针方向，由安培定则可知，感生电场产生的磁场与原磁场方向相反，根据楞次定律，原磁场应该变强，即电磁铁线圈中的电流应该增强，故A错误，B正确；电磁铁线圈中的电流在真空室中产生磁场，电子在洛伦兹力的作用下做圆周运动，D错误；由于感生电场使电子加速，即电子在轨道中加速的驱动力是静电力，C错误。逐点清(二)[多维度理解]1．电流感应电流2.(1)真空冶炼炉探雷器安检门(2)硅钢硅钢片[典例]选D因虚线下方的磁场是匀强磁场，则金属块整体在磁场内运动时磁通量不变，金属块内不产生涡流，不受磁场力，机械能不变，则金属块最终在磁场区域内做往复运动。金属块由初状态到末状态能量守恒，初状态机械能E1＝mgb＋eq\f(1,2)mv2，末状态机械能E2＝mga，产生的焦耳热Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2，D正确。[变式拓展]解析：由于虚线下方的磁场为非匀强磁场，则金属块最终停止于最低点O处，由能量守恒定律可知，产生的焦耳热总量Q＝mgb＋eq\f(1,2)mv2。答案：mgb＋eq\f(1,2)mv2[全方位练明]1．选ABC涡流是感应电流，涡流的磁场总是阻碍穿过工件的磁通量的变化，而且涡流的频率与线圈中交流电的频率相等，A、B正确；因待测工件中的涡流与通电线圈中的电流具有相同频率，因此二者间必有周期性变化的作用力，C正确；涡流只能在金属制品中产生，D错误。2．提示：线圈中的高频电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感应电场，感应电场产生感应电流——涡流，涡流产生热效应来冶炼金属。逐点清(三)[多维度理解]1．导体在磁场中运动阻碍2.(1)磁场相对于导体转动安培力安培力(2)电磁驱动电能机械能[全方位练明]1．选AD当电表的指针摆动时，金属框1在蹄形磁体2中转