高中物理人教版（2019）选择性必修第二册 2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动导学案

第二章  电磁感应

第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动

班级________ 学号______ 姓名__________

【课标要求】

通过实验，了解涡流现象。能举例说明涡流现象在生产生活中的应用。

【学习目标】

1．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，并会计算它的大小。

2．通过实验了解涡流现象，知道涡流是怎样产生的，了解涡流现象的利用和。

3．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生产生活中的应用。

4．了解电磁阻尼和电磁驱动。

【自主学习、合作探究】

问题1：电磁感应现象中的感生电场

1．感生电场产生的条件？与静电场有什么不同？

2．什么是感生电动势？

3．感生电场的方向如何判定？

【例1】如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（     ）

A．磁场变化时，会在在空间中激发一种感生电场

B．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力

C．使电荷定向移动形成电流的力是电场力

D．以上说法都不对

【跟踪训练1】电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备，它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感应电场使电子加速。上图为侧视图，下图为真空室的俯视图。如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动，那么当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？如果电流的方向与图示方向相反，为使电子加速，电流又应怎样变化？

问题2：涡流

1．什么是涡流？

2．试举出涡流应用的几个实例：

【例2】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，感应电流通过焊缝产生大量热，将金属熔化，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．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快

B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快

C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小

D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大

问题3：电磁阻尼

1．阅读课本P37思考与讨论，回答下列问题：

（1）指针向右摆，铝框中的感应电流沿什么方向？

（2）铝框受到什么方向的安培力？

（3）安培力对铝框的转动产生什么影响？用铝框做线圈骨架有什么好处？

2．什么是电磁阻尼？

3．（阅读课本P38）为什么灵敏的电流表在运输时总要用导体将两个接线柱连在一起？

【例3】有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，如图所示，铜盘就能在较短时间内停止。分析这个现象产生的原因。

问题4：电磁驱动

由于磁场相对导体的运动，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，称为电磁驱动。

【例4】如图所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕OO’轴转动。当转动蹄形磁体时，线圈也跟着转动起来。解释这个现象。（这种现象叫做电磁驱动，在实际中也有很多应用。下一章要介绍的感应电动机就是利用这个道理驱动的。家庭中用的电能表，汽车上用的电磁式速度表，也利用这种电磁驱动。）

【跟踪训练2】如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。请通过分析形成以下结论：把条形磁铁向水平方向移动时，金属圆环将受到水平方向运动的驱动力，该驱动力的方向条形磁铁运动的方向相同。

电磁阻尼和电磁驱动的区别和联系：

【当堂检测】

1．在科技馆中常看到这样的表演：一根长1m左右的空心铝管竖直放置，如图甲所示，把一枚磁性很强的小圆片从铝管上端放入管口，圆片直径略小于铝管的内径。从一般经验来看，小圆片自由落下1m左右时间不会超过0.5s，但把小圆片从上端管口放入管中后，过了许久才从铝管下端落出。小圆片在管中运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆片靠着铝管，也不见它们相互吸引。是什么原因使小圆片在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管，如图乙所示，圆片在铝管中下落就快多了。这又是为什么？

2．人造卫星绕地球运行时，轨道各处的地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运动时，外壳中总有微弱的感应电流。分析这一现象中的能量转化情形。它对卫星的运动可能产生怎样的影响？

3．如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象产生的原因，并说明此现象中能量转化的情况。

【课后限时训练】

1.如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将 (　　)

A．沿顺时针方向运动

B．沿逆时针方向运动

C．在原位置附近往复运动

D．仍然保持静止状态

2.下列做法中可能产生涡流的是（     ）

A.把金属块放在匀强磁场中             B.让金属块在匀强磁场中匀速运动

C.让金属块在匀强磁场中做变速运动     D.把金属块放在变化的磁场中

3.变压器铁芯中的叠片间要互相绝缘是为了（     ）

A．增大电压        B．增大涡流损耗  C．减小涡流损耗    D．增大自感

4.如图所示是电表中的指针和电磁阻器，下列说法中正确的是(　　)

A．2是磁铁，在1中产生涡流

B．1是磁铁，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地稳定

5.如图，挂在弹簧下端的条形磁铁在闭合线圈内上下振动，如果空气阻力不计，则（    ）

A．磁铁的振幅不变               B．磁铁做阻尼振动

C．线圈中产生方向不变的电流     D．线圈中产生方向变化的电流