2023年新教材高中物理第2章电磁感应3涡流电磁阻尼和电磁驱动课件新人教版选择性必修第二册

这是一份2023年新教材高中物理第2章电磁感应3涡流电磁阻尼和电磁驱动课件新人教版选择性必修第二册，共58页。

第二章　电磁感应3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前·自主预习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．感生电动势中的非静电力：____________对自由电荷的作用．4．感生电场的方向：与所产生的感应电流的方向相同，可根据__________和_____________判断．电磁感应现象中的感生电场变化　感生电场　感生电场　楞次定律　右手螺旋定则　英国物理学家麦克斯韦认为，变化磁场会在空间激发感生电场，感生电场可以对电荷做功吗？【答案】感生电场对自由电荷做功产生感生电动势． (多选)下列说法中正确的是 (　　)A．感生电场由变化的磁场产生B．恒定的磁场能在周围空间产生感生电场C．感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向【答案】AC　【解析】磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律和安培定则判断，故A、C正确，B、D错误．1．定义：由于__________，在导体中产生的像水中旋涡一样的________电流．2．特点：若金属的电阻率小，涡流往往________，产生的热量________．3．应用．(1)涡流热效应：如______________．(2)涡流磁效应：如__________、__________.涡流电磁感应　感应　很强　很多　真空冶炼炉　探雷器　安检门　4．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．电阻率　硅钢片　请说明涡流现象中的能量转化情况．【答案】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． 考生入场时，监考老师会使用金属探测仪对考生逐个进行安全检查．金属探测器是用来探测金属的仪器，关于其工作原理，下列说法中正确的是 (　　)A．探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C．探测到金属物是因为金属物中产生了涡流D．探测到金属物是因为探测器中产生了涡流【答案】C　【解析】金属探测器利用涡流探测金属物品的原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会使金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，故A、B、D错误，C正确．1．概念：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到__________，安培力的方向总是________导体运动的现象．2．应用：磁电式仪表中利用________使指针迅速停止到某位置，便于读数．电磁阻尼安培力　阻碍　电磁阻尼　 (多选)一块铜片置于如图所示的磁场中，如果用力把这块铜片从磁场中拉出或把它进一步推入，在这两个过程中有关磁场对铜片的作用力，下列叙述正确的是 (　　)A．拉出时受到阻力B．推入时受到阻力C．拉出时不受磁场力D．推入时不受磁场力【答案】AB　【解析】铜片无论被拉出还是被推入，由于电磁感应，铜片中都会产生感应电流，所受安培力阻碍相对运动，产生电磁阻尼效果，所以A、B正确．1．概念：磁场相对导体转动时，导体中产生__________，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的现象．2．应用：交流________电动机．电磁驱动感应电流　感应　 某同学设计了一个电磁冲击钻，其原理示意图如图所示，若发现钻头M突然向右运动，则可能是 (　　)A．开关S由断开到闭合的瞬间B．开关S由闭合到断开的瞬间C．保持开关S闭合，滑动变阻器滑片P加速向右滑动D．保持开关S闭合，滑动变阻器滑片P匀速向右滑动【答案】A　【解析】若发现钻头M突然向右运动，则两螺线管互相排斥，根据楞次定律可知，可能是开关S由断开到闭合的瞬间，或保持开关S闭合，滑动变阻器滑片P向左滑动， 无论加速还是匀速，A正确．课堂·重难探究1．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的．2．感生电场的方向可由楞次定律判断．如图所示，当磁场增强时，产生的感生电场是与磁场方向垂直且阻碍磁场增强的电场．电磁感应现象中的感生电场3．感生电场的存在与是否存在闭合电路无关．4．电路中电源电动势是非静电力对自由电荷的作用．在电池中，这种力表现为化学作用．5．感生电场对电荷产生的力，相当于电源内部的所谓的非静电力．感生电动势在电路中的作用就是电源．例1　如图所示，在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一质量为m、电荷量为q的带正电小球，在槽内沿顺时针方向做匀速圆周运动，现加一竖直向上的磁感应强度均匀减小的磁场，则 (　　)A．小球速度变大B．小球速度变小C．小球速度不变D．小球速度可能变大也可能变小【答案】B　【解析】磁场的变化使空间内产生感生电场，由楞次定律知感生电场的方向为逆时针，带正电小球受到的电场力与运动方向相反，故小球速度减小，B正确．变式1　在如图所示的四种磁场变化情况中能产生恒定的感生电场的是 (　　)【答案】C　【解析】变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故C正确．ABCD 只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场．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．涡流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．例2　(多选)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【答案】AD　【解析】交流电频率越高，则产生的感应电流越强，焊缝处升温越快，A正确；工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，D正确．变式2　高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图所示为示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼金属中，因此适用于冶炼特种金属．该炉的加热原理是 (　　)A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用线圈中电流产生的磁场C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电【答案】C　【解析】高频感应炉的原理：给线圈通以高频交变电流后，线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化，故只有C正确．1．闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼现象．2．电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用．电磁阻尼例3　如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦)，现让铜盘转动．下面对观察到的现象描述及解释正确的是 (　　)A．铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去B．铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去C．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下D．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快【答案】C　【解析】铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故C正确，A、B、D错误．变式3　如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点．O点正下方固定一个水平放置的铝线圈．让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是 (　　)A．磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力【答案】C　【解析】磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁铁受到感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C正确． 导体在磁场中运动，感应电流会使导体受到安培力作用，阻碍其运动，即为电磁阻尼．1．如果磁场相对于导体运动，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，这种作用就是电磁驱动．2．电磁驱动作用可用来制造测量转速的电表，这类转速表常称为磁性转速表．3．电磁驱动是现代产业中的重要技术．如磁悬浮机车的电磁驱动．电磁驱动例4　如图所示，闭合线框ABCD和abcd可分别绕轴线OO′转动．当线框abcd绕OO′轴逆时针转动时(俯视图)，下列关于线框ABCD的转动情况的说法正确的是 (　　)A．线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微慢了些B．线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微快了些C．线框ABCD顺时针转动，只不过稍微慢了些D．线框ABCD顺时针转动，只不过稍微快了些【答案】A　【解析】由于线框abcd旋转时会使线框ABCD中产生感应电流，根据楞次定律可知，线框ABCD中的感应电流将阻碍abcd的逆时针转动，因此线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微慢了些， A正确．变式4　(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”．实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示．实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后．下列说法正确的是 (　　)A．圆盘上产生了感应电动势B．圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动【答案】AB　【解析】当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动势， A正确；铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后， B正确；在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零， C错误；圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转， D错误．核心素养应用电磁感应在生活中的应用电磁感应现象与生活密切相关，高考对这部分的考查更趋向于有关现代气息和STS问题中信息题的考查．命题背景有电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接技术、卫星悬绳发电、磁悬浮列车等．例5　地铁、车站使用的金属安检探测器的结构原理图可简化为如图所示．探测器运用的是电磁感应原理，发射线圈(外环)产生垂直于线圈平面大小和方向交替变化的磁场，内环线圈是接收线圈，用来收集被查金属目标发出的磁场(接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场)．随着磁场方向的反复变化，它会与所遇到的任何金属物发生作用，导致金属物自身也会产生微弱的磁场，来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后，检测器会发出报警声．某一时刻发射线圈发射一向下的磁场，则下列说法中正确的是 (　　)A．如果发射线圈发射的向下磁场增强，则金属物中产生的涡流俯视看沿顺时针方向B．如果发射线圈发射的向下磁场增强，则金属物中涡流产生的磁场也增强C．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，接收线圈中会产生一个微弱的电流，探测器相应的元件就是依据这一信号电流做出报警的D．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，如果接收线圈中产生的微弱电流俯视看沿逆时针方向，则金属物发出的穿过接收线圈的磁场方向一定向上【答案】C　【解析】当发射线圈发射的向下磁场增强，根据楞次定律，则感应磁场向上，依据安培定则，感应电流方向俯视看沿逆时针方向，故A错误；如果发射线圈发射的向下磁场增强，则金属物中产生涡流，但不能确定涡流的磁场强弱，故B错误；接收线圈中产生一个微弱的电流，探测器相应的元件就是依据这一信号电流发出报警声，故C正确；如果接收线圈中产生的微弱电流俯视看沿逆时针方向，则金属物发出的穿过接收线圈的磁场可能方向向上大小减弱，也可能方向向下大小增强，故D错误．小练·随堂巩固1．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方向磁场恒定不变D．沿BA方向磁场在迅速减弱【答案】A　【解析】感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也是顺时针的，由安培定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场方向向下且沿AB方向减弱，或原磁场方向向上，且沿BA方向增强，A正确．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做匀速运动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【答案】D　【解析】涡流是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件是穿过金属块的磁通量发生变化．A、B、C做法磁通量不变化，A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，D正确．3．(多选)如图甲所示，水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器C和电阻R，导体棒MN放在导轨上且接触良好，整个装置放在垂直导轨平面的磁场中，磁感应强度B的变化情况如图乙所示(图示磁感应强度方向为正方向)，MN始终保持静止，则0～t2时间内 (　　)A．电容器C的电荷量大小始终没变B．电容器C的a板先带正电后带负电C．MN所受安培力的大小始终没变D．MN所受安培力的方向先向右后向左【答案】AD　【解析】磁感应强度均匀变化，产生恒定电动势，电容器C的电荷量大小始终没变， A正确，B错误；由于磁感应强度变化，MN所受安培力的大小变化，MN所受安培力的方向先向右后向左， C错误，D正确．4．如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球 (　　)A．整个过程匀速运动B．进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程做加速运动C．整个过程都做匀减速运动D．穿出时的速度一定小于初速度【答案】D　【解析】小球在进出磁场过程中穿过小球的磁通量发生变化，有涡流产生，要受到阻力；小球在磁场中运动时，穿过小球的磁通量不变，小球匀速运动，故小球在整个过程中先减速运动，再匀速运动，后减速运动，D正确．5．(多选)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v0穿入螺线管，并最终穿出， 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【答案】BC　【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， A错误，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， C正确，D错误．