新教材2025版高中物理第二章電磁感應(yīng)及其應(yīng)用3.渦流電磁阻尼電磁驅(qū)動學生用書教科版選擇性必修第二冊

3.渦流電磁阻尼電磁驅(qū)動課標要求1．了解渦流的產(chǎn)生過程．2．了解電磁阻尼、電磁制動和電磁驅(qū)動．3．通過對渦流實例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用．思維導(dǎo)圖必備學問·自主學習——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、渦流1．定義：由于________，在大塊金屬內(nèi)產(chǎn)生的像水中漩渦樣的________電流．2．特點：金屬塊中的渦流會產(chǎn)生________．3．應(yīng)用如____________、電磁爐．4．防止電動機、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過大而導(dǎo)致奢侈能量，損壞電器．用相互絕緣的________疊成的鐵芯代替整個硅鋼鐵芯．二、電磁阻尼和電磁制動1．電磁阻尼：當導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到________，安培力總是________導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象叫作電磁阻尼．2．電磁阻尼的應(yīng)用：磁電式電表中利用________使指針快速停止到某位置，便于讀數(shù)．磁電式電表在運輸過程中將____________短路，既可避開指針因搖擺猛烈而________，又減小________處的磨損．3．電磁制動：列車制動時將電動機與電源斷開，并把電動機的線圈與制動電路連成閉合回路，列車前進時帶動電動機線圈轉(zhuǎn)動，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場對它的安培力起著制動的作用．4．電磁制動的優(yōu)點：削減________并將列車的動能轉(zhuǎn)化為________給蓄電池充電．三、電磁驅(qū)動1．概念：________受到安培力使物體運動的現(xiàn)象．2．應(yīng)用：____________．3．優(yōu)點：________強、驅(qū)動力輸出________高、能量損耗小．[舉例]探雷器、金屬探測器等都是利用渦流工作的，其工作原理都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象．[導(dǎo)學1]在電磁阻尼現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化是導(dǎo)體克服安培力做功，把機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．[導(dǎo)學2]通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能．關(guān)鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一對渦流的理解導(dǎo)學探究如圖所示為電磁爐加熱原理圖．電磁爐的鍋具為什么用平底的鐵鍋？歸納總結(jié)1.渦流的特點當電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流)時，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強，依據(jù)公式P＝I2R知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大．2．渦流中的能量轉(zhuǎn)化渦流現(xiàn)象中，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，并最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．假如金屬塊放在改變的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；假如金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．3．留意(1)渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律．(2)磁場改變越快(ΔBΔt典例示范例1高頻感應(yīng)爐是用來熔化金屬對其進行冶煉的，如圖所示為冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐的示意圖，爐內(nèi)放入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流(電流的大小和方向發(fā)生周期性改變)，這時被冶煉的金屬就能被熔化，這種冶煉方法速度快，溫度易限制，并能避開有害雜質(zhì)混入被煉金屬中，因此適于冶煉特種金屬．該爐的加熱原理是()A．利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱B．利用線圈中電流產(chǎn)生的磁場C．利用交變電流的交變磁場在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流D．給線圈通電的同時，給爐內(nèi)金屬也通了電素養(yǎng)訓練1如圖所示，金屬探測器是用來探測金屬的儀器．關(guān)于其工作原理，下列說法中正確的是()A．探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場B．只有有磁性的金屬才會被探測器探測到C．探測到金屬是因為金屬中產(chǎn)生了渦流D．探測到金屬是因為探測器中產(chǎn)生了渦流素養(yǎng)訓練2(多選)“電磁感應(yīng)鋁箔封口機”被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中，如圖所示為一手持式封口機，它的工作原理是：當接通電源時，內(nèi)置線圈產(chǎn)生磁場，當磁感線穿過封口鋁箔材料時，瞬間產(chǎn)生大量小渦流，致使鋁箔自行快速發(fā)熱，熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在待封容器的封口處，達到快速封口的目的．下列有關(guān)說法正確的是()A．封口材料可用一般塑料來代替鋁箔B．該封口機可用干電池作為電源以便利攜帶C．封口過程中溫度過高，可適當減小所通電流的頻率D．該封口機適用于玻璃、塑料等多種材質(zhì)的容器封口，但不適用于金屬容器探究點二對電磁阻尼和電磁驅(qū)動的理解導(dǎo)學探究一個閉合線圈放在蹄形磁體的兩磁極之間，如圖所示，蹄形磁體和閉合線圈都可以繞軸轉(zhuǎn)動．當蹄形磁體順時針轉(zhuǎn)動時線圈也順時針轉(zhuǎn)動；蹄形磁體逆時針轉(zhuǎn)動時線圈也逆時針轉(zhuǎn)動．(1)蹄形磁體轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量是否改變？(2)線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什么力？線圈的轉(zhuǎn)動速度與蹄形磁體的轉(zhuǎn)動速度有什么關(guān)系？歸納總結(jié)電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由導(dǎo)體在磁場中運動形成由磁場運動形成效果安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，為阻力安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，為動力能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能相同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體受到的安培力都是阻礙導(dǎo)體與磁場的相對運動典例示范例2彈簧上端固定，下端掛一只條形磁體，使磁體上下振動，磁體的振動幅度不變．若在振動過程中把線圈靠近磁體，如圖所示，視察磁體的振幅將會發(fā)覺()A．S閉合時振幅漸漸減小，S斷開時振幅不變B．S閉合時振幅漸漸增大，S斷開時振幅不變C．S閉合或斷開，磁體的振動幅度不變D．S閉合或斷開，磁體的振動幅度均發(fā)生改變素養(yǎng)訓練3(多選)如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動．從上向下看，當磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，則()A．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小C．線圈轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生感應(yīng)電流D．線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電流的方向始終是abcda素養(yǎng)訓練4(多選)如圖所示是電表中的指針和電磁阻尼器，下列說法正確的是()A．2是磁鐵，在1中產(chǎn)生渦流B．1是磁鐵，在2中產(chǎn)生渦流C．該裝置的作用是使指針能夠轉(zhuǎn)動D．該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定思維方法(1)電磁阻尼、電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律．(2)電磁阻尼、電磁驅(qū)動現(xiàn)象中安培力的作用效果都是阻礙相對運動，應(yīng)留意電磁驅(qū)動中阻礙的結(jié)果是導(dǎo)體的運動速度小于磁場的運動速度．隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標1．如圖給出了某品牌的無線充電手機利用電磁感應(yīng)方式無線充電的原理圖．關(guān)于無線充電，下列說法正確的是()A．無線充電時手機接收線圈部分的工作原理是“電流的磁效應(yīng)”B．只有將充電底座接到直流電源上才能對手機進行充電C．接收線圈中交變電流的頻率與放射線圈中交變電流的頻率相同D．只要有無線充電底座，全部手機都可以進行無線充電2.(多選)如圖所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通溝通電源，過了幾分鐘，杯內(nèi)的水沸騰起來．若要縮短上述加熱時間，下列措施可行的有()A．增加線圈的匝數(shù)B．提高溝通電源的頻率C．將金屬杯換為瓷杯D．取走線圈中的鐵芯3.(多選)在位于光滑水平面上的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v水平穿過，如圖所示，在此過程中()A．磁鐵做勻速直線運動B．磁鐵做減速運動C．小車向右做加速運動D．小車先加速后減速4．(多選)如圖所示，磁電式儀表的線圈通常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是()A．防止渦流而設(shè)計的B．利用渦流而設(shè)計的C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅(qū)動的作用5.如圖所示，金屬探測器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于安檢場所．關(guān)于金屬探測器的論述正確的是()A．金屬探測器可用于食品生產(chǎn)，防止細小的砂石顆?；烊胧称分蠦．金屬探測器探測地雷時，探測器的線圈中產(chǎn)生渦流C．金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應(yīng)出渦流D．探測過程中，金屬探測器與被測物體相對靜止或相對運動，探測效果相同3．渦流電磁阻尼電磁驅(qū)動必備學問·自主學習一、1．電磁感應(yīng)感應(yīng)2．焦耳熱3．高頻感應(yīng)爐4．薄硅鋼片二、1．安培力阻礙2．電磁阻尼正、負接線柱變形軸承4．機械磨損電能三、1．感應(yīng)電流2．感應(yīng)電動機3．可控性精度關(guān)鍵實力·合作探究探究點一【導(dǎo)學探究】提示：在平底的鐵鍋底部產(chǎn)生渦流，從而使得鍋底溫度上升，起到加熱做飯或炒菜的作用．【典例示范】例1解析：高頻感應(yīng)爐的原理是：給線圈通以高頻交變電流后，線圈產(chǎn)生高頻改變的磁場，磁場穿過金屬，在金屬內(nèi)產(chǎn)生渦流，由于電流的熱效應(yīng)，可使金屬熔化，故只有C正確．答案：C素養(yǎng)訓練1解析：金屬探測器探測金屬時，探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生改變的磁場，被測金屬中產(chǎn)生了渦流，A、D錯誤，C正確；全部的金屬都能在改變的磁場中產(chǎn)生渦流，B錯誤．答案：C素養(yǎng)訓練2解析：由于封口機利用了電磁感應(yīng)原理，故封口材料必需是金屬類材料，而且電源必需是溝通電源，A、B錯誤；減小內(nèi)置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產(chǎn)生的熱量，即限制溫度，C正確；封口材料應(yīng)是金屬類材料，但對應(yīng)被封口的容器不能是金屬，否則金屬容器也會發(fā)熱，消耗能量且對容器內(nèi)物品造成損害，只能是玻璃、塑料等材質(zhì)，D正確．答案：CD探究點二【導(dǎo)學探究】提示：(1)改變．(2)線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流使線圈受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來．線圈的轉(zhuǎn)動速度小于蹄形磁體的轉(zhuǎn)動速度．【典例示范】例2解析：當S閉合后，線圈構(gòu)成閉合回路，當條形磁體豎直運動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生改變，從而使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可得，感應(yīng)電流的磁場阻礙磁體的運動，使振幅減小，不閉合線圈，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，振幅不變，故A正確，B、C、D錯誤．答案：A素養(yǎng)訓練3解析：當磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，相當于磁鐵不動而線圈順時針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C正確；線圈相對磁鐵轉(zhuǎn)過90°后，其感應(yīng)電流方向不再是abcda，D錯誤；由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁極同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度肯定小于磁鐵轉(zhuǎn)動的角速度，假如兩者的角速度相同，磁感線與線圈會處于相對靜止狀態(tài)，線圈不切割磁感線，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，A錯誤，B正確．答案：BC素養(yǎng)訓練4解析：當指針搖擺時，1隨之轉(zhuǎn)動，2是磁鐵，那么在1中產(chǎn)生渦流，2對1的安培力將阻礙1的轉(zhuǎn)動；不管1向哪個方向轉(zhuǎn)動，2對1的效果總起到阻尼作用，所以它能使指針很快地穩(wěn)定下來，A、D正確．答案：AD隨堂演練·自主檢測1．解析：無線充電時手機接收線圈部分的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，不是“電流的磁效應(yīng)”現(xiàn)象，A錯誤；充電底座采納了電磁感應(yīng)原理，故只有接到溝通電源上才能對手機進行充電，B錯誤；依據(jù)電磁感應(yīng)原理可知，接收線圈中交變電流的頻率與放射線圈中交變電流的頻率相同，C正確；被充電手機內(nèi)部，應(yīng)當有一類似金屬線圈的部件，與手機電池相連，當有交變磁場時，則出現(xiàn)感應(yīng)電動勢，那么一般手機不能夠利用無線充電設(shè)備進行充電，D錯誤．答案：C2．解析：當電磁鐵接通溝通電源時，金屬杯處在改變的磁場中產(chǎn)生渦電流發(fā)熱，使水溫上升．要縮短加熱時間，需增大渦電流，即增大感應(yīng)電動勢或減小電阻．增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率都能增大感應(yīng)電動勢，瓷杯不能產(chǎn)生渦電流，取走鐵芯會導(dǎo)致磁性減弱，A、B正確，C、D錯誤．答案：AB3．解析：磁鐵水平穿入螺線管時，管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律知該電流產(chǎn)生的磁場阻礙磁鐵的運動．同理，磁鐵穿出時該電流產(chǎn)生的磁場也阻礙磁鐵的運動，故整個過程中，磁鐵做減速運動，B正確．而對于小車上的螺線管來說，在此過程中，螺線管受到的安培力都是水平向右的，