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高二物理导学案
涡流 电磁阻尼和电磁驱动
【情景导入】
1.现在家庭中常用的电磁炉，炉盘下有一个线圈，它工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面的放置铁锅，铁锅会发热，你知道这是为什么吗？
2.放置铝锅就不会发热，这又是为什么？
3.电动机代替热机，结构简单工作方便，你知道它转动的工作原理吗？
【学习目标】
知道感生电场和感生电动势的概念及产生原因．
2．了解涡流的产生过程，通过实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用．
3．了解电磁阻尼、电磁驱动，知道其在生活和生产中的应用.
【教材阅读知识提纲与填空】
一、电磁感应现象中的感生电场
1．感生电场：磁场________时在空间激发的一种电场．
2．感生电动势：由____________产生的感应电动势．
3．感生电场的方向：可根据楞次定律判断．
二、涡流
1．定义：由于____________，在导体中产生的像水中旋涡样的________电流．
2．应用：(1)涡流热效应：如______________、电磁炉．
(2)涡流磁效应：如__________、__________.
3．防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器．
(1)途径一：增大铁芯材料的__________.
(2)途径二：用相互绝缘的__________叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯．
三、电磁阻尼和电磁驱动
1．电磁阻尼:
(1)概念：当导体在磁场中运动时，____________会使导体受到安培力，安培力的方向总是________导体运动的现象． (2)应用：磁电式仪表．
2．电磁驱动:
(1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到__________的作用，__________使导体运动起来的现象． (2)应用：交流感应电动机．
【探究思考】
探究点 一、对感生电场和感生电动势的理解
问题1、如图所示，B增强，那么就会在空间激发一个感生电场E.如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，产生感应电流．
(1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？
(2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？
探究点 二、对涡流的理解与应用
问题2、(1)如图所示是电磁炉的锅的工作原理图，电磁炉具为什么用平底的铁锅？涡流发生时，伴随着哪些能量发生转化？
(2)增大线圈中的电流，能否很好的提高电磁炉的加热效果？
(3)拓展：换用铝锅，能否很好的提高电磁炉的加热效果？
探究点 三、对电磁阻尼和电磁驱动的理解与应用
问题3、一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动．当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动．
(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？
(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度什么关系？
【成果展示】
【精讲点评】
对感生电场和感生电动势的理解
1．感生电动势
(1)电场线：如图所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的闭合曲线，感生电场是一种涡旋电场．
(2)如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势．
二、　对涡流的理解与应用
1．涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大．
2．涡流中的能量转化：涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能．如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能．
3.（拓展）电磁炉不能用铜锅和铝锅是因为电磁炉是利用磁涡流，铁才是磁性材料 ，可以被强烈磁化，就好比用铁芯来加强线圈产生的磁场一样，铁锅放上去可以把电磁炉内线圈产生的磁场加强很多，可以增强几十倍，磁场强了意味着铁内部的任一环路的磁通量变化更剧烈。产生的涡流也就越强。如果用铜或者铝之类的，仅仅为顺磁材料，也就是说不能强烈的增强线圈所产生的磁场，多说就是变强了一点，像铜这样的抗磁材料还会把磁场减小一点。那么也就是说这些材料上的任意回路磁通量变化仅仅是由线圈所产生，变化比较小，涡流也就小。线圈很难把能量传给锅底，热效应不明显。即涡流发热还与导体磁导率有关。
三、对电磁阻尼和电磁驱动的理解与应用
1．电磁阻尼与电磁驱动的比较----（见表参考优化指导）
2. 两点说明：(1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律．
(2)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体的运动速度要小于磁场的运动速度
【例题精讲】
例题1、(多选)如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环直径的带正电的小球，以速率v0沿逆时针方向匀速转动(俯视)，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场．若运动过程中小球带电荷量不变，那么(　　)
A．小球对玻璃圆环的压力一定不断增大 B．小球所受的洛伦兹力一定不断增大
C．小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动
D．洛伦兹力对小球一直不做功
例题2、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，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是(　　)
A．mgb　　　　　　 B．mv2
C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2
例题3、(多选)位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中(　　)
A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动
C．小车向右做加速运动 D．小车先加速后减速
【达标训练】
[训练1](多选)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的，这可能是(　　)
A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B．沿AB方向磁场在迅速增强
C．沿BA方向磁场在迅速增强 D．沿BA方向磁场在迅速减弱
[训练2]如图所示是一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同．现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度v0，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所在的区域，磁感应强度的大小跟时间成正比例增大，方向竖直向下．设小球在运动过程中电荷量不变，则(　　)
A．小球需要的向心力大小不变 B．小球需要的向心力大小不断增大
C．洛伦兹力对小球做了功 D．小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比
[训练3](多选)如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频交变电流时，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．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
B．交流电的频率越低，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大
[训练4](多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是(　　)
A．防止涡流而设计的 B．利用涡流而设计的
C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用
高二物理导学案
涡流 电磁阻尼和电磁驱动
【情景导入】
1.现在家庭中常用的电磁炉，炉盘下有一个线圈，它工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面的放置铁锅，铁锅会发热，你知道这是为什么吗？
2.放置铝锅就不会发热，这又是为什么？
3.电动机代替热机，结构简单工作方便，你知道它转动的工作原理吗？
【学习目标】
知道感生电场和感生电动势的概念及产生原因．
2．了解涡流的产生过程，通过实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用．
3．了解电磁阻尼、电磁驱动，知道其在生活和生产中的应用.
【教材阅读知识提纲与填空】
一、电磁感应现象中的感生电场
1．感生电场：磁场________时在空间激发的一种电场．
2．感生电动势：由____________产生的感应电动势．
3．感生电场的方向：可根据楞次定律判断．
二、涡流
1．定义：由于____________，在导体中产生的像水中旋涡样的________电流．
2．应用：(1)涡流热效应：如______________、电磁炉．
(2)涡流磁效应：如__________、__________.
3．防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器．
(1)途径一：增大铁芯材料的__________.
(2)途径二：用相互绝缘的__________叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯．
三、电磁阻尼和电磁驱动
1．电磁阻尼:
(1)概念：当导体在磁场中运动时，____________会使导体受到安培力，安培力的方向总是________导体运动的现象． (2)应用：磁电式仪表．
2．电磁驱动:
(1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到__________的作用，__________使导体运动起来的现象． (2)应用：交流感应电动机．
【探究思考】
探究点 一、对感生电场和感生电动势的理解
问题1、如图所示，B增强，那么就会在空间激发一个感生电场E.如果E处空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，产生感应电流．
(1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？
(2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？
探究点 二、对涡流的理解与应用
问题2、(1)如图所示是电磁炉的锅的工作原理图，电磁炉具为什么用平底的铁锅？涡流发生时，伴随着哪些能量发生转化？
(2)增大线圈中的电流，能否很好的提高电磁炉的加热效果？
(3)拓展：换用铝锅，能否很好的提高电磁炉的加热效果？
探究点 三、对电磁阻尼和电磁驱动的理解与应用
问题3、一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动．当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动．
(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？
(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度什么关系？
【成果展示】
【精讲点评】
对感生电场和感生电动势的理解
1．感生电动势
(1)电场线：如图所示，当磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁场方向垂直的闭合曲线，感生电场是一种涡旋电场．
(2)如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势．
二、　对涡流的理解与应用
1．涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大．
2．涡流中的能量转化：涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能．如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能．
3.（拓展）电磁炉不能用铜锅和铝锅是因为电磁炉是利用磁涡流，铁才是磁性材料 ，可以被强烈磁化，就好比用铁芯来加强线圈产生的磁场一样，铁锅放上去可以把电磁炉内线圈产生的磁场加强很多，可以增强几十倍，磁场强了意味着铁内部的任一环路的磁通量变化更剧烈。产生的涡流也就越强。如果用铜或者铝之类的，仅仅为顺磁材料，也就是说不能强烈的增强线圈所产生的磁场，多说就是变强了一点，像铜这样的抗磁材料还会把磁场减小一点。那么也就是说这些材料上的任意回路磁通量变化仅仅是由线圈所产生，变化比较小，涡流也就小。线圈很难把能量传给锅底，热效应不明显。即涡流发热还与导体磁导率有关。
三、对电磁阻尼和电磁驱动的理解与应用
1．电磁阻尼与电磁驱动的比较----（见表参考优化指导）
2. 两点说明：(1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律．
(2)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体的运动速度要小于磁场的运动速度
【例题精讲】
例题1、(多选)如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环直径的带正电的小球，以速率v0沿逆时针方向匀速转动(俯视)，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场．若运动过程中小球带电荷量不变，那么(　CD　)
A．小球对玻璃圆环的压力一定不断增大 B．小球所受的洛伦兹力一定不断增大
C．小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动
D．洛伦兹力对小球一直不做功
例题2、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，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是(　D　)
A．mgb　　　　　　 B．mv2
C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2
例题3、(多选)位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中(　BC　)
A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动
C．小车向右做加速运动 D．小车先加速后减速
【达标训练】
[训练1](多选)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的，这可能是(　　AC)
A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B．沿AB方向磁场在迅速增强
C．沿BA方向磁场在迅速增强 D．沿BA方向磁场在迅速减弱
[训练2]如图所示是一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同．现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度v0，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所在的区域，磁感应强度的大小跟时间成正比例增大，方向竖直向下．设小球在运动过程中电荷量不变，则(　B　)
A．小球需要的向心力大小不变 B．小球需要的向心力大小不断增大
C．洛伦兹力对小球做了功 D．小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比
[训练3](多选)如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频交变电流时，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(　AD　)
A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
B．交流电的频率越低，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大
[训练4](多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是(　BC　)
A．防止涡流而设计的 B．利用涡流而设计的
C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用

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