1、人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二2.3 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动涡流、电磁阻尼和电磁驱动人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二目录新知导入第 一 部 分新知探究第 二 部 分新知应用第 三 部 分课堂小结第 四 部 分新知巩固第 五 部 分问 题？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?新知导入新知导入B B BE1 1、麦克斯韦的解释麦克斯韦的解释磁场磁场变化变化激发激发感生感生电场电场力力导体中导体中自由电荷自由电荷形成形成感应感应电流电流静止静止电荷电荷激发激发静电场静电场感生电
2、动势感生电动势（非静电力）（非静电力）产产生生导体导体闭合闭合新知探究新知探究2 2、感生电场应用实例、感生电场应用实例-电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器:应用感生电场来加速电子的一种设备。应用感生电场来加速电子的一种设备。柱形电磁铁：柱形电磁铁：产生变化的磁场；产生变化的磁场；环形真空管道：环形真空管道：是电子运行的轨道；是电子运行的轨道；工作过程：工作过程：磁场发生变化磁场发生变化时，就会沿管道方向时，就会沿管道方向产生感生电场产生感生电场。射入其中的电子就射入其中的电子就受到感生电场的持续作用受到感生电场的持续作用而不断而不断加速。加速。新知探究新知探究3 3、感
3、生电场的特点：感生电场的特点：真空室ii电子枪真空室Bi感F洛F洛F洛F洛vvvvFFFFE感感E感感E感感E感感v0=0真空室Bi感(2)(2)感生电场的电场线是闭合的感生电场的电场线是闭合的E感感E感感E感感E感感E感感(1)(1)感生电场位于与磁场垂直的平面上感生电场位于与磁场垂直的平面上俯视图俯视图新知探究新知探究3 3、感生电场的特点感生电场的特点(2)(2)感生电场的电场线是闭合的感生电场的电场线是闭合的(1)(1)感生电场位于与磁场垂直的平面上感生电场位于与磁场垂直的平面上E感感BE感感真空室i感B(3)(3)可根据楞次定律判断感生电场的方向可根据楞次定律判断感生电场的方向B感感
4、增加增加i增大增大增大增大新知探究新知探究感生电场感生电场(涡旋电场涡旋电场)感生电动势感生电动势方向方向:就是感生电流的方向，就是感生电流的方向，用楞次定律判断用楞次定律判断电场线电场线:是是闭合曲线闭合曲线由感生电场产生的感应电动势由感生电场产生的感应电动势 感生电动势所对应的感生电动势所对应的非静电力非静电力是是感生电场感生电场对自由电荷的作用对自由电荷的作用感生电场感生电场是产生是产生感生电动势的原因感生电动势的原因变化的磁场变化的磁场在周围空间在周围空间激发的电场激发的电场新知探究新知探究如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象请思考:
5、变成方盘呢？变成方盘呢？新知探究新知探究二、涡流：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时产生的在金属块内自成闭合回路的感应电流，叫涡电流，简称涡流。涡流是整块导体发生的涡流是整块导体发生的电磁感应电磁感应现象，同样现象，同样遵守遵守电磁感应定律电磁感应定律。由于整块金属的电阻通常由于整块金属的电阻通常很小很小，故涡流常常，故涡流常常很大很大。B增大增大I新知探究新知探究新知探究新知探究1、涡流的热效应：、涡流的热效应：真空冶炼炉真空冶炼炉 冶炼金属的高频感应电炉就是利用冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流高频交流电电，通过线圈使装入冶炼炉内的通过线圈使装入冶炼炉内的金属中金属中产生很产生很强
6、的强的涡流涡流，从而产生大量的热使金属从而产生大量的热使金属熔化熔化。抽真空抽真空新知应用新知应用2、涡流的热效应：、涡流的热效应：电磁炉电磁炉 电磁电磁炉炉的台面下布满了金属导线缠绕的的台面下布满了金属导线缠绕的线圈线圈，当通上交替当通上交替变化极快的变化极快的交流电交流电时时，在台板与铁锅底之间产生强大的在台板与铁锅底之间产生强大的交变交变的磁场的磁场，磁感线穿过锅体磁感线穿过锅体，使锅底产生使锅底产生强涡流强涡流，当涡流受材当涡流受材料电阻的阻碍时料电阻的阻碍时，就放出就放出大量的热量大量的热量，将饭菜煮熟。将饭菜煮熟。IBBIIIBBII新知应用新知应用2、涡流的热效应：、涡流的热效应
7、：电磁炉电磁炉ACAC电阻率低电阻率低具铁磁性具铁磁性新知应用新知应用3、涡流的磁效应：、涡流的磁效应：探雷器探雷器 这种这种探雷器探雷器可以用来可以用来探测金属壳的地雷或有较探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。大金属零件的地雷。报警器报警器变化电流变化电流报警器报警器变化电流变化电流新知应用新知应用3、涡流的磁效应：、涡流的磁效应：金属探测器、安检门金属探测器、安检门等等涡流的磁场涡流的磁场反过来反过来影响影响线圈中的线圈中的电流电流，使仪器报警。，使仪器报警。新知应用新知应用交变电流交变电流交变电流交变电流整块铁心整块铁心彼此绝缘的薄片彼此绝缘的薄片三、危害与防止三、危害与防止1、危害
8、：、危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流:2、防止：、防止：使铁芯发热，使铁芯发热，浪费了能量，浪费了能量，还可能损坏电器。还可能损坏电器。新知探究新知探究用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。新知探究新知探究变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施1.1.增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。2.2.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。新知探究新知探究变压器变压器电动机电动机I I入入I I出
9、出Q Q新知探究新知探究【易错辨析】【易错辨析】(1)(1)涡流跟平时常见的感应电流一样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。都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。()()(2)(2)涡流有热效应涡流有热效应,但没有磁效应。但没有磁效应。()()(3)(3)在硅钢中不能产生涡流。在硅钢中不能产生涡流。()()(4)(4)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象,都遵循楞次定律和法拉第电磁感应都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。定律。()()(5)(5)电磁阻尼是由电磁感应中安培力阻碍导体与磁场的相对运动产生的电磁阻尼是由电磁感应中安培力
10、阻碍导体与磁场的相对运动产生的,而电磁而电磁驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的。驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的。()()新知应用新知应用（多选）下列器具的工作原理与涡流有关的是（）（多选）下列器具的工作原理与涡流有关的是（）A家用电磁炉家用电磁炉B家用洗衣机家用洗衣机C变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起D风扇转动时扇叶与空气摩擦发热风扇转动时扇叶与空气摩擦发热 AC新知应用新知应用例题2电磁炉热效率高达电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁，炉面无明火，无烟无废气，电磁“
11、火力火力”强劲，安全强劲，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磁场越强，电磁炉加热效果越好B电磁炉通电线圈电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C电电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这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些材料的导热性能较差D在锅和电磁炉中间放一纸在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不
12、能起到加热作用板，则电磁炉不能起到加热作用【解析解析】电磁炉就是采用涡流感应加热原理，其内部通过电子线路板组成部分产生交变磁场，当用含铁质锅具底部放置于炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生涡流，使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的，A错误，B正确电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于金属导体，不能产生感应电流，C错误由于线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用，D错误B新知应用新知应用铝管实验铝管实验新知应用新知应用1.分析图中线圈中感应电流的方向和所受安
13、培力的方向，并研究安培分析图中线圈中感应电流的方向和所受安培力的方向，并研究安培力对线圈的运动有何影响力对线圈的运动有何影响?v 当导体在磁场中运动时，感应电流会使当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是导体受到安培力，安培力总是阻碍阻碍导体的运动。导体的运动。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，安培力的方向总是方向总是阻碍阻碍导体的运动导体的运动电磁阻尼电磁阻尼。2.应用：应用：磁电式仪表、磁电式仪表、电气机车的电磁制动、电气机车的电磁制动、阻尼摆等。阻尼摆等。新知探究新知探究新知探究新知探究问题问题
14、1：磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？：磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？1、假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？2、铝框由于转动产生感应电流，铝框会受安培力，安培力是沿什么铝框由于转动产生感应电流，铝框会受安培力，安培力是沿什么方向的？方向的？3、安培力对铝框的转动产生什么影响？安培力对铝框的转动产生什么影响？4、使用铝框做线圈骨架有什么好处？使用铝框做线圈骨架有什么好处？I IF F安安F F安安F F安安I I新知探究新知探究 取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表取一只微安表，用手晃
15、动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同?怎样解释这种差别怎样解释这种差别?为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起?用导线把正负两个接线用导线把正负两个接线柱连在一起，柱连在一起，构成一个闭合构成一个闭合回路回路。这样如果它的指针摆。这样如果它的指针摆动，就会在动，就会在线圈中产生感应线圈中产生感应电流电流，接着，接着出现电磁阻尼的出现电磁阻尼的现象，使指针很快的停止运
16、现象，使指针很快的停止运动动就不容易折断。就不容易折断。新知探究新知探究问题：微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？问题：微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？使指针迅速使指针迅速停止停止摆动，保护游丝，指针。摆动，保护游丝，指针。应用应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等（1）内部有磁体，有线圈。内部有磁体，有线圈。（2）把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生生感应电流感应电流，这个感应电流可以这个感应电流可以阻碍阻碍线圈的摆动，线圈的摆动，新知探究新知探究多选多选位于光滑水平面的小车上水
17、平固定一螺线管，一个比螺线管长的条形磁位于光滑水平面的小车上水平固定一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度铁沿着螺线管的轴线以初速度v0穿入螺线管，并最终穿出，如图所示，在此过程穿入螺线管，并最终穿出，如图所示，在此过程中中()A磁铁做匀速直线运动磁铁做匀速直线运动B磁铁做减速运动磁铁做减速运动C小车向右做加速运动小车向右做加速运动 D小车先加速后减速小车先加速后减速【解析解析】磁铁水平穿入螺线管时，螺线管中将产生感应电流，由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动；同理，磁铁穿出时，由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项A错误，
18、B正确对于小车上的螺线管来说，螺线管受到的安培力方向始终为水平向右，这个安培力使螺线管和小车向右运动，且一直做加速运动，选项C正确，D错误BC新知应用新知应用 1.如磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电如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流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来电磁驱动。BNSNSBIFF新知探究新知探究 磁悬浮的基本原理很简单，就是利用磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过磁铁对抗地心
19、引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1 1厘米），然后利用厘米），然后利用电磁驱电磁驱动力动力引导，推动列车前行。引导，推动列车前行。新知探究新知探究2.当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。线圈转动与磁线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步同向异步。3.交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。连接到三相电源时能产生旋转的磁场连接到三相电源时能产生旋转的磁场一
20、种交流感应电动机的结构一种交流感应电动机的结构新知探究新知探究六、电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系六、电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系电磁阻尼电磁阻尼电磁驱动电磁驱动区区别别安培力方向安培力方向本质联系本质联系由于导体相对磁场运动由于导体相对磁场运动安培力方向与导体运动方向安培力方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动相反，阻碍导体运动由于磁场相对于导体运动由于磁场相对于导体运动导体受安培力方向与导体运动导体受安培力方向与导体运动方向相同，推动导体运动方向相同，推动导体运动都属于电磁感应现象，都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是安培力的作用效果是阻碍阻碍导体与磁场间发生导体与磁场间发生相对运动相对运
21、动产生电流的产生电流的原因原因vFvF新知探究新知探究如图所示，一狭长的铜片能绕如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动，有界磁场的方向垂直纸点在纸平面内摆动，有界磁场的方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动如果在铜片上开面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产生较大的没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动
22、，因此涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动如果在铜片上开有多条长缝，就可以把铜片很快就停止摆动如果在铜片上开有多条长缝，就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上，较大地削弱了涡流，涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片可以摆动多次后才停止摆动阻力随之减小，所以铜片可以摆动多次后才停止摆动新知应用新知应用课堂小结课堂小结1物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用下面列举的四种器件中，物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用下面列举的四种器件中，在工作时利用了电磁感应现象的是在工作时利用了电磁感应现象的是()【解析解析】电
23、磁炉利用电磁感应现象产生感应电流，从而产生焦耳热，D正确；A是利用带电粒子在磁场中的偏转，B、C是利用电流的热效应，A、B、C错误D新知巩固新知巩固涡流会使金属发热涡流会使金属发热,人们利用这个原理制成了电磁灶。关于电磁灶人们利用这个原理制成了电磁灶。关于电磁灶,下列说法正确下列说法正确的是的是()。A.A.电磁灶都是用高频交流电工作的电磁灶都是用高频交流电工作的B.B.高频电磁灶有加热线圈高频电磁灶有加热线圈,可以通过热传导将热能传导给锅体及锅内食物可以通过热传导将热能传导给锅体及锅内食物C.C.电磁灶和微波炉是一个道理电磁灶和微波炉是一个道理,工作原理是一样的工作原理是一样的D.D.无论哪种电磁灶无论哪种电磁灶,都是利用涡流原理工作的都是利用涡流原理工作的D新知巩固新知巩固如图所示,四根等长的铝管和铁块(其中C中铝管不闭合,其他两根铝管及铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内,分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放,忽略空气阻力,则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是()。A.tAtB=tC=tD B.tC=tA=tB=tDC.tCtA=tB=tD D.tC=tAtB=tDA新知巩固新知巩固人教版高中物理选修二课程结束课程结束人教版高中物理选修二
