1、第二章第二章 电磁感应电磁感应第三第三节节 涡流涡流、电磁阻尼和电磁驱动、电磁阻尼和电磁驱动第三节|涡流、电磁阻尼和电磁驱动核心素养点击物理观念知道涡流是如何产生的，知道涡流对我们有不利和有利两方面的影响，以及如何利用和防止涡流；理解电磁阻尼和电磁驱动科学思维通过导体与磁场的相对运动情况的不同，理解电磁阻尼和电磁驱动，培养学生用辩证唯物主义的观点去认识问题科学探究了解感生电场，知道感生电动势产生的原因，会判断感生电动势的方向科学态度与责任通过电磁炉、金属探测器的工作原理以及电动机、变压器铁芯的发热原因的认识，培养学生客观、全面地认识事物的科学态度思维导图新课引入新知初感悟出示电磁炉炉盘的图片，
2、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，但在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？一、电磁感应现象中的感生电场提问：穿过闭合回路的磁场增强，在回路中产生感应电流。是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢？电荷的定向移动形成电流，电流的产生说明电荷受到了电场力的作用。麦克斯韦认为，磁场变化时在空间激发出一种电场，这种电场对自由电荷产生了力的作用，使自由电荷运动起来，形成了电流，或者说产生了电动势。【小结】（1）这种由于磁场的变化而激发的电场叫作感生电场。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。（2）由感生电场产生的感应电动势，叫作感生电动势。小组讨论感生电
3、场和静电场有什么不同？感生电场是磁场变化激发产生的，属于电磁感应现象。静电场是静电荷在空间激发产生的。感生电场的电场线是闭合的，而静电场的电场线是起始于正电荷（或无穷远）终止于负电荷（或无穷远）的，是不闭合的。感生电场的方向如何判断？感生电场的方向可以用楞次定律来判定。感应电流的方向可以用楞次定律来判定，而电流的方向与正电荷移动的方向相同，感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向也可以用楞次定律来判定。【思考】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。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室
4、中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。线圈中的电流方向如图乙所示，为使电子沿逆时针方向加速，电磁体线圈中的电流应该如何变化？根据线圈中的电流方向可以判断线圈电流的磁场方向由下向上，如果从上向下看图乙所示的线圈，电于沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。根据楞次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁体线圈中的电流应该由小变大。提示：通过感生电场的产生以及同静电场的比较，理解感生电场的产生机理及特点。二、涡流 如图线圈接入220V交变电
5、源，块状铁芯插入线圈中，让一名学生感知铁芯的变化。 现象：几分钟后学生感到铁芯变热。【提问】 铁板发热的原因是什么？ 如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场。 导体可以看成是由许多闭合线圈组成的，在感生电场的作用下，这些线圈中产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流。由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热，这就是涡流的热效应。【小结】（1）导体内产生的感应电流看起来像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。（2）由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热。 涡流的优点及利用用来冶炼合金钢的真
6、空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通人高频交变电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度。利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。 涡流的危害及减小危害的方法电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。线圈中通过交变电流时，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了电能，还可能损坏电器，因此我们要想办法减小涡流。途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大；另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。【典例一】 1、关于涡流，下列说法中错误的是( )A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的
7、装置B.家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的C.阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流解题思路：真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置，A选项正确；要想产生涡流，必须是变化的磁场，因为变化的磁场才能产生电场，产生涡流，B选项错误；根据楞次定律可知，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，C选项正确；涡流会造成能量的损失，所以变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，是为了减小涡流造成的能量损失，D选项正确。答案：B三、电磁阻尼与电磁驱动 当导体在磁场中运动时，导体中产生的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的运动，这种现象称为电磁阻尼。【
8、演示】 把铜板做成的摆放到电磁铁的磁场中，当电磁铁未通电时，摆要往复多次，摆才能停止下来。如果电磁铁通电，磁场在摆动的铜板中产生涡流。涡流受磁场作用力的方向与摆动方向相反，因而增大了摆的阻尼，摆很快就能停止下来。 电磁仪表中的电磁阻尼器就是根据涡流磁效应制作的，在磁电式测量仪表中，常把使指针偏转的线圈绕在闭合铝框上，当测量电流流过线圈时，铝框随线圈指针一起在磁场中转动，这时铝框内产生的涡流将受到磁场作用力，抑制指针的摆动，使指针较快地稳定在指示位置上。 若磁场相对导体转动，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，这种作用常常称为电磁驱动。电磁阻尼和电磁驱动
9、的区别与联系 电磁阻尼电磁驱动不同点成因示例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闭合回路中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作用，推动导体运动能量转化导体克服安培力做功，其他形式能转化为电能，最终转化为内能由于电磁感应，其他形式能转化为电能，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，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍导体与磁场间的相对运动【典例二】 2、扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其
10、径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示.无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是( )A. B. C. D. 解题思路：施加磁场来衰减振动是利用电磁阻尼实现的，即振动过程中发生电磁感应现象，产生的感应电流在磁场中受安培力阻碍其振动.A选项的图中紫铜薄板无论上下振动还是左右振动都会出现磁通量的变化，从而会产生电磁感应现象；B选项的图中紫铜薄板上下振动时没有磁通量的变化，不会产生电磁感应现象；C选项的图中紫铜薄板无论上下振动还是左右振动均不会产生电磁感应现象；D选项的图中紫铜薄板上下振动时不会产生电磁感
11、应现象，故最有效的方案是A，选项A正确。答案：A【基础练习】 答案：C 解析：根据安培定则可知，“n”形导线中电流在金属环C处的磁场方向为垂直于纸面向里且增大，由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针方向，故A，B错误；根据左手定则可知，金属圆环任一点受安培力的方向指向圆心，由于弯曲成“n”形导线，所以金属环C下边圆弧受到的向上安培力小于上边圆弧受到的向下安培力，总的安培力向下，因此悬挂金属环的竖直线拉力增大，故C正确，D错误。2、如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图.炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会使放在电磁炉上面的锅
12、的锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，热效应产生的热量能起到加热物体的作用。因为电磁炉是由电磁感应产生电流的，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。以下说法正确的是( )A.最好使用铝锅或铜锅B.最好使用平底不锈钢锅或铁锅C.最好使用陶瓷锅或耐热玻璃锅D.在电磁炉与铁锅之间放一层白纸后无法加热 答案：B 解析：选用陶瓷锅或耐热玻璃锅时，锅底无法产生电流，选项C错误；A、B选项中锅的锅底均能产生电流，铜和铝的导磁性差，产生的感应电流小，利用电流的热效应产生的热量少，效率低，相对来说选用平底不锈钢锅或铁锅最佳，选项A错误，B正确；由于线圈产生的磁
13、场能穿透白纸到达锅底，在铁锅中产生电流，能够加热，故选项D错误。 答案：ABD 解析：金属环进入磁场后，由于没有磁通量的变化，因而金属环中没有感应电流，不受磁场力作用，离平衡位置越近，重力势能转化成的动能越多，则速度越大，故A正确；当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，都会产生感应电流，故B正确；由于从左侧摆到右侧的过程中，金属环中磁通量有发生变化的过程，因而产生感应电流，金属环中将产生焦耳热，根据能量守恒定律知金属环的机械能不断减少，所以摆角会越来越小，当环完全在磁场中来回摆动时，磁通量不变，没有感应电流，金属环的机械能守恒，摆角不变，在磁场区域来回摆动，不会停止，故C错误，D正确。4
14、、如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( ) A.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快B.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻较小D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻较大 答案：BD 解析：高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在待焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析知，电流变化的频率越高，磁通量的变化率越大，产生的电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，B正确，A错误.焊缝处的电阻大，电流相同时，焊缝处的热功率大，温度高，故C错误，D正确。
