高中物理涡流-电磁阻尼和电磁驱动
一轮复习： 涡流、电磁驱动和电磁阻尼
1．涡流现象 (1)涡流：块状金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动 时，金属块内产生的旋涡状感应电流。
(2)产生原因：金属块内磁通量变化→感应电动势→感应电流。 (3)涡流的利用：冶炼金属的高频感应炉利用涡流产生焦耳热使 金属熔化；家用电磁炉也是利用涡流原理制成的。
(4)涡流的减小：各种电动机和变压器中，用涂有绝缘漆的硅钢 片叠加成铁芯，以减小涡流。
2．电磁阻尼与电磁驱动的比较 Nhomakorabea(2017·全国卷Ⅰ)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( )
(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守法拉第电 磁感应定律，磁场变化越快，导体横截面积越大，导体材料 的电阻率越小，形成的涡流就越大。 (2)电磁阻尼是导体棒在磁场中运动产生感应电流，导体棒受 到的安培力阻碍导体棒运动的现象。电磁驱动是磁场运动， 在导体棒中产生感应电流，导体棒受到安培力的作用，跟随 磁场一起运动的现象。 (3)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的效果阻碍相对运动， 应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体运动速度要小于磁场的 运动速度。
(2015·全国卷Ⅰ)(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
高中物理选修3-2-涡流+电磁阻尼和电磁驱动
涡流电磁阻尼和电磁驱动知识元涡流电磁阻尼和电磁驱动知识讲解1．涡流（1）定义：由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫做涡电流，简称涡流．（2）决定因素：磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大．（3）涡流产生的条件①穿过金属块的磁通量发生变化．②金属块自身构成闭合回路．③金属块的电阻较小．（4）利用．①电磁炉：金属块内产生涡流时将会产生电热，因此可以用涡流来加热物体．电磁炉就是利用了这一原理．②真空冶炼：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入周期性变化的电流，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，利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．（5）防止：①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．②用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少．2．涡流现象中的能量分析伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能．（1）金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能．（2）如果是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，就会产生电热．3．电磁阻尼（1）电磁阻尼：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，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．（2）应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数．4．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安培力的作用，安培力使导体运动起来的现象．（2）应用：交流感应电动机．例题精讲涡流电磁阻尼和电磁驱动例1.下列现象中利用涡流的是（）A．金属探测器B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉D．磁电式仪表的线圈用铝框做骨架例2.用下述方法给仪器内部的金属部分加热：把含有玻璃外壳的仪器放在通有交变电流的线圈中，仪器内部的金属部分变热了，而玻璃外壳还是冷的。
3涡流、电磁阻尼和电磁驱动-人教版高中物理选择性必修第二册(2019版)教案
3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-人教版高中物理选择性必修第二册（2019版）教案一、教学目标1.了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动的基本概念和原理。
2.掌握涡流、电磁阻尼和电磁驱动的实验方法及注意事项。
3.能够运用所学知识解决实际问题，提高动手实践能力。
二、教学内容和步骤1. 涡流1.1 什么是涡流涡流是指在导体中，由于磁感线在导体中的变化而产生的感生电流，这一现象称为涡流。
1.2 涡流的基本特征涡流的基本特征有以下几点：•涡流存在于导体内部。
•涡流是感生电流的一种，因此只存在于变化的磁场中。
•涡流的大小与导体材料、宽度、高度和磁感应强度等有关。
1.3 涡流的实验涡流的实验步骤：•准备一个通有交流电的线圈和一个铜管。
•将铜管放入线圈内部。
•测量线圈的电流值和磁感应强度。
•观察铜管的运动状态。
涡流实验的注意事项：•实验过程中须注意电压、电流、磁感应强度等参数的安全性。
•对于铜管的大小、形状、材质、温度等要求较高。
2. 电磁阻尼2.1 什么是电磁阻尼电磁阻尼是指通过电磁感应产生的阻力而使机械系统减速的现象。
2.2 电磁阻尼的实验电磁阻尼的实验步骤：•准备一个小车和连接线圈的电路。
•将线圈和小车固定在光滑的滑槽上。
•在滑槽上施加一个水平方向的初始速度。
•测量小车的运动速度和电路的电流。
•观察小车的运动状态。
电磁阻尼实验的注意事项：•实验过程中须注意电流、电压、磁场等参数的安全性。
•对于小车的形状、质量、速度等要求较高。
3. 电磁驱动3.1 什么是电磁驱动电磁驱动是指利用电磁感应作用力来驱动物体运动的现象。
3.2 电磁驱动的实验电磁驱动的实验步骤：•准备一个导体和线圈。
•将导体放在线圈内部，使导体与线圈垂直。
•通过交流电流产生磁场。
•观察导体的运动状态。
电磁驱动实验的注意事项：•实验过程中须注意电流、电压、磁感应强度等参数的安全性。
•导体的长度、材质、形状等都会影响实验结果。
三、课堂互动1.向学生提出涡流、电磁阻尼和电磁驱动的高频实际应用场景，让学生思考在这些场景中涡流、电磁阻尼和电磁驱动起到了什么作用。
高中物理选修3-2：4-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动-LI
作用：自动开关，可用普通开关或短绝缘 导线代替。正常工作时不起作用，可以去掉。
日光灯的工作原理
1、日光灯的点燃过程： ⑴ 闭合开关，电压加在启动器两极间，氖气放电发出 辉光，产生的热量使U型动触片膨胀伸长，跟静触片接 触使电路接通。灯丝和镇流器中有电流通过。 ⑵ 电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U型片冷却 收缩，两个触片分离，电路自动断开。 ⑶ 在电路突然断开的瞬间，由于镇流器电流急剧减小， 会产生很高的自感电动势，方向与电源电动势方向相同， 这个自感电动势与电源电压 加在一起，形成一个瞬时高压， 加在灯管中的气体开始放电， 于是日光灯成为电流的通路开 始发光。
把线圈绕在铝框上 C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多
电阻率很大的硅钢片叠合而成 D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电
的氧化层
课堂练习
2、在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个 条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的 滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一 初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动
情况是( BD )
A、都做匀速运动
B、甲做加速运动
C、乙做匀速运动
D、丙做匀速运动
注意：铁磁化相吸，铝电磁感应产生涡流， 故铁加速，铝减速
电磁感应的其他一些应用
v
v
电磁阻尼，使金属盘，磁铁和金属球 快速停下，机械能转化为电能以热的形 式散发到周围的空气中。
动圈式话筒
话筒就是利用电磁感应，把声音信号 转变为电信号的装置。
电磁流量计
1、流量Q：单位时间内流 过的液体的体积。
2、原理：流动液体切割磁 感线，在ab两端形成电势 差为
Uab=Bdv
可得流量Q为
Q=πd2v/4 即Q=πdUab/4B
涡流,电磁阻尼和电磁驱动
5.应用与预防
A）应用：（1）涡流的热效应：高频真空冶炼炉 （2）涡流的磁效应：探雷器，安检门
B）预防方法： （1）增大铁心材料的电阻率 （2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来 代替整块硅钢铁芯
【答案】 B 【点评】 产生涡流的条件 是：金属球的磁通量变化．
2）如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿
曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲 面处在图示磁场中，则（ BD） A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h
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
3．可以产生涡流的两种情况
(1)把块状金属放在变化的磁场中．
(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．
4．能量转化：
伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能，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 果是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．
二、电磁阻尼 1）定义：当导体在磁场中运动时，如导体中出现涡流， 即感应电流，感应电流会受到安培力作用，安培力的作用 总是_阻__碍___导体的运动，这种现象叫做 电磁阻尼．
V0
三、电磁驱动 1）定义：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．
人教版高中物理选择性必修第2册 第07讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动(解析版)
第07讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课程标准课标解读 1.通过实验，了解涡流现象。
2.能举例说明涡流现象在生产生活中的应用。
3.了解电磁炉的结构和原理。
1.了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理。
2.理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用。
3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，了解其在生产和生活中的应用。
知识点01 电磁感应现象中的感生电场1．感生电场麦克斯韦认为：磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场．2．感生电动势由感生电场产生的电动势叫感生电动势．3．电子感应加速器 电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速．【知识拓展1】1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的磁知识精讲目标导航场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动．2．感生电场可用电场线形象描述．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合．3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt计算． 【即学即练1】高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。
磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N 极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。
图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。
下列有关铝盘刹车的说法正确的是（ ）A ．铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场B ．铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场C ．磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速D ．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大【答案】C【解析】A ．铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A 错误；B ．铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B 错误；C ．由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C 正确；D ．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D 错误。
涡流、电磁阻尼和电磁驱动(高中物理教学课件)完整版7
5.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其 左右振动的衰减最有效的方案是( A )
锅体发热从而加热食物。下列相关的说法中正确 的是( A ) A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 B.电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工 作
C.金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电 磁炉来烹饪食物
D.电磁炉的上表面一般都是用金属材料制成，以 加快热传递、减少热损耗
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会产生感
3.探雷器（应用）
士兵手持一个长柄线圈在地面扫过，线圈中有变化着的 电流。如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流， 涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。用 来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。机场、 车站的安检门探测人身携带的金属物品，道理是一样的。
三.涡流的应用与防止 4.变压器的铁芯（防止）
三.涡流的应用与防止 1.真空冶炼炉（应用）
线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金 属中产生涡流。涡流产生的热量使金属 熔化。炉体本身不发热，一般用耐高温 材料制作。
2.电磁炉（应用）
迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的 线圈时，面板上方的铁锅底部产生涡流， 铁锅迅速发热。面板本身并不发热。
三.涡流的应用与防止
电磁阻尼1
电磁阻尼2
例3.磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车 装置，工作效应比靠摩擦力刹车更稳定，如图为该新 型装置的原理图（从后面朝前看）；过山车的两侧装 有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车 进入停车区时铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快 停下来，关于该装置的下列说法正确的是（ C ） A．刹车原理是利用了电流的磁效应 B．过山车从进入停车区到停止的过程，动能转化成 电能 C．过山车进入停车区的速度 越大，刹车的阻力越大 D．若将铜片换成有机玻璃片， 也能达到相同的刹车效果
涡流、电磁阻尼和电磁驱动-人教版高中物理选修3-2课件
D．小车先加速后减速
(1)“光滑水平面”说明小车运动中不受摩擦力作用。
(2)磁铁穿过螺线管说明磁铁相对螺线管运动，属于电磁驱
动现象。
[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，选项 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，选项 C 正确，D 错误。
[答案] BC
电磁阻尼和电磁驱动中阻碍的结果，都是减小导体与磁场 的相对速度，但要注意区分二者的用途。
1．如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴
OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，
则
()
A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同
B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁大
C．线圈转动时将产生感应电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是 abcda
就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，下
列情况中能使焊接处消耗的电功率增大的是
()
A．增大交变电流的电压，其他条件不变
B．增大交变电流的频率，其他条件不变
C．感应电流相同条件下，增大焊接缝的接触电阻
D．感应电流相同条件下，减小焊接缝的接触电阻
解析：增大交变电流的电压，其他条件不变，则线圈中交变电 流增大，磁通量变化率增大，因此产生的感应电动势增大，感 应电流也增大，那么焊接处消耗的电功率增大，故 A 正确；高 频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工 件中产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流 变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越 大，感应电流越大，焊缝处消耗的电功率越大，故 B 正确；感 应电流相同条件下，增大焊接缝的接触电阻，焊缝处消耗的电 功率增大，故 C 正确，D 错误。 答案：ABC
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第四章 电磁感应 第七节 涡流 电磁阻尼和电磁驱动
B
B变化导体环中发生的现象?如
E
果环不断增粗直到变成一圆盘
又会发生什么现象?
根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的磁场
变化(可能是由于产生磁场的电流变化)时，导
体中的自由电子就会在此电场力的作用下定向
移动从而产生感应电流，这种感应电流是像旋
• 线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同 向异步。
• 电磁阻尼是导体相对于磁场运动，而电磁驱动 是磁场相对于导体运动。安培力的作用都是阻 碍它们间的相对运动。
2. 讨论: (1)为什么用铝框做线圈骨架？
v
二、电磁阻尼
1. 当导体在磁场中运动时，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——电磁阻尼。
2. 讨论: (1)为什么用铝框做线圈骨架？ (2)微安表的表头在运输时为何应该把 两个接线柱连在一起？
v
电学测量仪表要求指针的摆动很快挺下来，以 便可以迅速出读数。电流表的线圈要绕在铝框 上，当被测电流通过线圈时，线圈带动指针和 铝框一起转动。铝框在磁场中转动时产生涡流， 磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的摆动，于 是使指针很快地稳定指到读数位置上。
b. 用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来 代替整块硅钢铁芯。
二、电磁阻尼
v
二、电磁阻尼
1. 当导体在磁场中运动时，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——电磁阻尼。
v
二、电磁阻尼
1. 当导体在磁场中运动时，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——电磁阻尼。
3. 应用 (1)利用 a. 真空冶炼炉；b. 探雷器；
3. 应用 (1)利用 a. 真空冶炼炉；b. 探雷器；c. 安检门
(2) 减少
线圈中流过变化的电流,在铁芯中产 生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还 可能损坏电器。
(2) 减少
线圈中流过变化的电流,在铁芯中产 生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还 可能损坏电器。
减少涡流的途径:
(2) 减少
线圈中流过变化的电流,在铁芯中产 生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还 可能损坏电器。
减少涡流的途径:
a. 增大铁芯材料 的电阻率，常用的材 料是硅钢。
Байду номын сангаас (2) 减少
线圈中流过变化的电流,在铁芯中产 生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还 可能损坏电器。
减少涡流的途径:
a. 增大铁芯材料 的电阻率，常用的材 料是硅钢。
涡一样的闭合的曲线，我们把它叫涡电流。
一、涡流
1. 当线圈中的电流随时间变化时， 这个线圈附近的任何导体中都会产生感 应电流——涡流。
一、涡流
1. 当线圈中的电流随时间变化时， 这个线圈附近的任何导体中都会产生感 应电流——涡流。
2. 金属块中 的涡流也要产生 热量。
3. 应用 (1)利用 a. 真空冶炼炉；
三、电磁驱动
三、电磁驱动
1. 如磁场相对于导体转动，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——电磁驱动。
三、电磁驱动
1. 如磁场相对于导体转动，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——电磁驱动。
2. 交流感应电动机就是利用电磁驱 动的原理工作的。