【K12教育学习资料】2018-2019学年高中物理 第一章 电磁感应 7 涡流(选学)学案 教科版
高中物理 第一章 电磁感应 1.7 涡流 汽车车速表是电磁
汽车车速表是电磁感应原理的应用汽车驾驶室内的车速表是指示汽车行驶速度的仪表。
它是利用电磁感应原理，使表盘上指针的摆角与汽车的行驶速度成正比。
车速表主要由驱动轴、磁铁、速度盘，弹簧游丝、指针轴、指针组成。
其中永久磁铁与驱动轴相连。
在表壳上装有刻度为公里/小时的表盘。
永久磁铁的磁感线方向如图1所示。
其中一部分磁感线将通过速度盘，磁感线在速度盘上的分布是不均匀的，越接近磁极的地方磁感线数目越多。
当驱动轴带动永久磁铁转动时，则通过速度盘上各部分的磁感线将依次变化，顺着磁铁转动的前方，磁感线的数目逐渐增加，而后方则逐渐减少。
由法拉第电磁感应原理知道，通过导体的磁感线数目发生变化时，在导体内部会产生感应电流。
又由楞次定律知道，感应电流也要产生磁场，其磁感线的方向是阻止原来磁场的变化。
用楞次定律判断出，顺着磁铁转动的前方，感应电流产生的磁感线与磁铁产生的磁感线方向相反，因此它们之间互相排斥；反之后方感应电流产生的磁感线方向与磁铁产生的磁感线方向相同，因此它们之间相互吸引。
由于这种吸引作用，速度盘被磁铁带着转动，同时轴及指针也随之一起转动。
为了使指针能根据不同车速停留在不同位置上，在指针轴上装有弹簧游丝，游丝的另一端固定在铁壳的架上。
当速度盘转过一定角度时，游丝被扭转产生相反的力矩，当它与永久磁铁带动速度盘的力矩相等时，则速度盘停留在那个位置而处于平衡状态。
这时，指针轴上的指针便指示出相应的车速数值。
永久磁铁转动的速度和汽车行驶速度成正比。
当汽车行驶速度增大时，在速度盘中感应的电流及相应的带动速度盘转动的力矩将按比例地增加，使指针转过更大的角度，因此车速不同指针指出的车速值也相应不同。
当汽车停止行驶时，磁铁停转，弹簧游丝使指针轴复位，从而使指针指在“0”处。
1。
(通用版)2018-2019版高中物理-第一章 电磁感应 1.1-1.2 电磁感应的发现 感应电流产生的条件课件 教科版选
设想的实验中，能观察到感应电流的是
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变
化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，一段时间后观察电流
表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形
√磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或
1234
解析 答案
3.(对磁通量的理解)如图12所示，a、b是两个同平面、
同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两环平面
垂直，则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为
√A.Φa>Φb
B.Φa<Φb
C.Φa＝Φb
D.不能比较
图12
1234
解析 答案
4.(感应电流的产生条件)(多选)如图13所示，竖直放置
图3
2.磁通量的变化大致可分为以下几种情况 (1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化.如图4(a)所示. (2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化.如图(b)所示. (3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化.如图(c) 所示.
图4
例1 如图5所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，磁
[即学即用] 1.判断下列说法的正误. (1)若把导线东西放置，当接通电源时，导线下面的小磁针一定会发生 转动.( × ) (2)奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象.( √ ) (3)小磁针在通电导线附近发生偏转的现象是电磁感应现象.( × ) (4)通电线圈在磁场中转动的现象是电流的磁效应.( × )
ΔΦ＝(B2－B)·πr2＝－Bπ2r2 即 A、B 线圈中的磁通量都减少了Bπ2程中，线圈C中的磁通量
(完整版)2019年高中物理第一章电磁感应第七节涡流现象及其应用讲义(含解析)粤教版
涡流现象及其应用1．在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流越大。
2．电磁灶是通过锅底涡流发热，不存在热量在传递过程中的损耗，所以它的热效率高。
3．在涡流制动中，安培力做负功，把机械能转化为电能。
一、涡流现象1．定义在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象，如图171所示。
图1712．影响因素(1)导体的外周长。
(2)交变磁场的频率。
(3)导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。
二、涡流的应用与防止1．电磁灶(1)原理：电磁灶采用了磁场感应涡流的加热原理。
(2)优点：①涡流发热，不存在热量在传递过程中的损耗，热效率高，耗电量少。
②无明火和炊烟，没有因加热产生的废气，清洁、环保、安全。
③功能齐全。
2．高频感应加热(1)原理：涡流感应加热。
(2)优点：①非接触式加热，热源和受热物体可以不直接接触。
②加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。
③容易控制温度，提高加工精度。
④可实现局部加热。
⑤可实现自动化控制。
⑥可减少占地、热辐射、噪声和灰尘。
(3)其他应用：高频塑料热压机，涡流热疗系统等。
3．涡流制动与涡流探测(1)涡流制动：①原理：金属盘与磁场发生相对运动时，会在金属盘中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而提供制动力矩。
②应用：电表的阻尼制动，高速机车制动的涡流闸等。
(2)涡流探测①原理：探测线圈产生的交变磁场在金属中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物。
②应用：探测行李中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等。
4．涡流的防止(1)目的：减少发热损失，提高机械效率。
(2)原理：缩小导体的周长，增大材料的电阻。
(3)方法：把整块铁芯改成用薄片叠压的铁芯，增大回路电阻，从而削弱涡流。
1．自主思考——判一判(1)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。
(通用版)2018-2019版高中物理 第一章 电磁感应 1.7 涡流(选学)课件 教科版选修3-2
7 涡流(选学)
[学习目标] 1.了解涡流是怎样产生的，了解涡流现象在日常生活和生产中的应用 和危害. 2.了解高频感应炉与电磁灶的工作原理. 3.了解什么是电磁阻尼，了解电磁阻尼在日常生活和生产中的应用.
内容索引
自主预习
预习新知 夯实基础
重点探究
启迪思维 探究重点
达标检测
检测评价 达标过关
123
解析 答案
2.(涡流的应用与防止)(多选)如图7所示是用涡流金 属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正 确的是
√A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场
B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到 C.探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
√D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
123
√D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属
容器
解析 答案
例2 (多选)如图4所示，闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下，又沿曲面
的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，
则
√A.若是匀强磁场，环上升的高度小于h
B.若是匀强磁场，环上升的高度等于h
√C.若是非匀强磁场，环上升的高度等于h
在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量为 图1
.
答案
重点探究
一、涡流
[导学探究] 如图2所示，线圈中的电流随时间变 化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像 什么？ 答案 有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁 场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移 动，产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以 把它叫做涡电流，简称涡流.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图2
答案
高中物理第1章电磁感应章末整合课件鲁科版选修
4.法拉第在发现了电磁感应现象的条件后,最关心的是如何产 生大量的持续的电流。他受法国物理学家阿拉果圆盘实验的启发, 制成了世界上第一架感应发电机,如图甲所示。为了研究方便,电动 机的原理如图乙所示。假设整个圆盘都处在磁感应强度为 B 的匀强 磁场中,圆盘转动时,相当于无数条相同的、并联的长度为圆盘半径 R 的导体棒在转动,只要求得一条导体棒转动的电动势,即为整个圆 盘的电动势。又设圆盘转动的角速度为ω,试求出圆盘转动时产生的 感应电动势大小。
������������
动势,进一步熟练掌握磁场发生变化时产生的电动势和导体棒切割 磁感线时产生的电动势的计算。
1.如图所示,三个相同的金属圆环内,存在着不同的有界匀强磁 场,虚线表示环的某条直径,已知所有磁场的磁感应强度随时间变化 都满足 B=kt,方向如图。测得 A 环中感应电流大小为 I,则 B 环和 C 环内感应电流大小分别为( )。
A. ������������������
������������������������ 60°
B.������������������
������
C.������������������������������������ 60°
������
D.������������������������������������ 60°
W=9.6×10-3
W。
(2)电容 C 上电压 UC=������������2=IR2=0.24 V
电容器所带电容量 Q=CUC=30×10-6×0.24 C=7.2×10-6 C
开关 S 断开后,电容 C 通过 R2 放电,通过 R2 的电荷量为 7.2×10-6
C。
【答案】(1)9.6×10-3 W (2)7.2×10-6 C
【配套K12】[学习](通用版)2018-2019版高中物理 第一章 电磁感应 1.5 电磁感应中的
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5 电磁感应中的能量转化与守恒[学习目标] 1.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法.2.理解电磁感应过程中能量的转化情况，能用能量的观点分析和解决电磁感应问题.1.在导线切割磁感线运动产生感应电流时，电路中的电能来源于机械能.机械能借助于电磁感应实现了向电能的转化.2.在电磁感应中，产生的电能是通过外力克服安培力做功转化而来的，外力克服安培力做了多少功，就有多少电能产生；而这些电能又通过感应电流做功，转化为其他形式的能量.一、电磁感应中的能量转化[导学探究] (1)如图1所示，处在匀强磁场中的水平导轨上有一根与光滑导轨接触良好的可自由滑动的导体棒ab，现导体棒ab具有向右的初速度v，则：图1①导体棒中的感应电流方向如何？②ab受到的安培力的方向如何？③ab 的速度如何变化？④电路中的电能是什么能转化过来的？(2)如(1)题图所示，设ab 长为L ，匀强磁场的磁感应强度为B ，闭合电路的总电阻为R ，导体棒在外力的作用下以速度v 做匀速直线运动，求在t 时间内，外力所做的功W 外和感应电流的电功W 电.答案 (1)①由右手定则可确定，在ab 内产生由a 向b 的感应电流. ②由左手定则可知，磁场对导体棒ab 的安培力是向左的.③安培力与速度方向相反，则安培力阻碍导体棒的运动，导体棒的速度逐渐减小到零. ④导体棒的机械能.(2)导体棒产生的感应电动势E ＝BLv ， 电路中感应电流I ＝E R ＝BLvR磁场对这个电流的作用力：F 安＝BIL ＝B 2L 2vR保持匀速运动所需外力F 外＝F 安＝B 2L 2vR在t 时间内，外力所做的功W 外＝F 外vt ＝B 2L 2v 2R t此时间内，感应电流的电功为W 电＝I 2Rt ＝B 2L 2v 2Rt[知识深化]1.电磁感应中能量的转化电磁感应过程的实质是不同形式的能量相互转化的过程，其能量转化方式为：2.求解电磁感应现象中能量问题的一般思路 (1)确定回路，分清电源和外电路.(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化.如： ①有滑动摩擦力做功，必有内能产生； ②有重力做功，重力势能必然发生变化；③克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；如果安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能. (3)列有关能量的关系式.例1 如图2所示，MN 和PQ 是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L ，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接.右端接一个阻值为R 的定值电阻.平直部分导轨左边区域有宽度为d 、方向竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场.质量为m 、接入电路的电阻也为R 的金属棒从高度为h 处静止释放，到达磁场右边界处恰好停止.已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨间接触良好.则金属棒穿过磁场区域的过程中( )图2A.流过金属棒的最大电流为Bd 2gh2RB.通过金属棒的电荷量为BdL RC.克服安培力所做的功为mghD.金属棒产生的焦耳热为12mg (h －μd )答案 D解析 金属棒沿弯曲部分下滑过程中，机械能守恒，由机械能守恒定律得：mgh ＝12mv 2，金属棒到达平直部分时的速度v ＝2gh ，金属棒到达平直部分后做减速运动，刚到达平直部分时的速度最大，最大感应电动势E ＝BLv ，最大感应电流I ＝ER ＋R ＝BL 2gh2R，故A 错误；通过金属棒的电荷量q ＝I Δt ＝ΔΦ2R ＝BdL2R，故B 错误；金属棒在整个运动过程中，由动能定理得：mgh －W 安－μmgd ＝0－0，克服安培力做功：W 安＝mgh －μmgd ，故C 错误；克服安培力做的功转化为焦耳热，定值电阻与金属棒的电阻相等，通过它们的电流相等，则金属棒产生的焦耳热：Q ′＝12Q ＝12W 安＝12mg (h －μd )，故D 正确.电磁感应中焦耳热的计算技巧：(1)电流恒定时，根据焦耳定律求解，即Q ＝I 2Rt . (2)感应电流变化，可用以下方法分析： ①利用动能定理，求出克服安培力做的功W 安，产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q＝W 安.②利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少量.例2 如图3所示，足够长的平行光滑U 形导轨倾斜放置，所在平面的倾角θ＝37°，导轨间的距离L ＝1.0 m ，下端连接R ＝1.6 Ω的电阻，导轨电阻不计，所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B ＝1.0 T.质量m ＝0.5 kg 、电阻r ＝0.4 Ω的金属棒ab 垂直置于导轨上，现用沿导轨平面且垂直于金属棒、大小为F ＝5.0 N 的恒力使金属棒ab 从静止开始沿导轨向上滑行，当金属棒滑行s ＝2.8 m 后速度保持不变.求：(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g ＝10 m/s 2)图3(1)金属棒匀速运动时的速度大小v ；(2)金属棒从静止到刚开始匀速运动的过程中，电阻R 上产生的热量Q R . 答案 (1)4 m/s (2)1.28 J解析 (1)金属棒匀速运动时产生的感应电流为I ＝BLvR ＋r由平衡条件有F ＝mg sin θ＋BIL 代入数据解得v ＝4 m/s.(2)设整个电路中产生的热量为Q ，由能量守恒定律有Q ＝Fs －mgs ·sin θ－12mv 2而Q R ＝RR ＋rQ ，代入数据解得Q R ＝1.28 J.二、电磁感应中的动力学问题1.电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是： (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向. (2)用闭合电路欧姆定律求回路中感应电流的大小和方向. (3)分析研究导体受力情况(包括安培力). (4)列动力学方程或平衡方程求解.2.两种状态处理(1)导体处于平衡状态——静止或匀速直线运动状态. 处理方法：根据平衡条件——合力等于零列式分析. (2)导体处于非平衡状态——加速度不为零.处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析.例3 如图4所示，空间存在B ＝0.5 T 、方向竖直向下的匀强磁场，MN 、PQ 是水平放置的平行长直导轨，其间距L ＝0.2 m ，电阻R ＝0.3 Ω接在导轨一端，ab 是跨接在导轨上质量m ＝0.1 kg 、接入电路的电阻r ＝0.1 Ω的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2.从零时刻开始，对ab 棒施加一个大小为F ＝0.45 N 、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，整个过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好，求：(g ＝10 m/s 2)图4(1)导体棒所能达到的最大速度的大小； (2)试定性画出导体棒运动的速度－时间图像. 答案 (1)10 m/s (2)见解析图解析 (1)导体棒切割磁感线运动，产生的感应电动势：E ＝BLv ①回路中的感应电流I ＝ER ＋r②导体棒受到的安培力F 安＝BIL ③导体棒运动过程中受到拉力F 、安培力F 安和摩擦力f 的作用，根据牛顿第二定律：F －μmg －F 安＝ma ④由①②③④得：F －μmg －B 2L 2v R ＋r＝ma ⑤由⑤可知，随着速度的增大，安培力增大，加速度a 减小，当加速度a 减小到0时，速度达到最大.此时有F －μmg －B 2L 2v mR ＋r＝0⑥可得：v m ＝(F －μmg )(R ＋r )B 2L2＝10 m/s⑦ (2)由(1)中分析可知，导体棒运动的速度－时间图像如图所示.电磁感应动力学问题中，要把握好受力情况、运动情况的动态分析.基本思路是：导体受外力运动―――→E ＝BLv 产生感应电动势――――→EI R r=+产生感应电流―――→F ＝BIL导体受安培力―→合外力变化―――→F 合＝ma加速度变化―→速度变化―→感应电动势变化……→a ＝0，v 达到最大值.例4 如图5甲所示，两根足够长的直金属导轨MN 、PQ 平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L ，M 、P 两点间接有阻值为R 的电阻，一根质量为m 的均匀直金属杆ab 放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab 杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦.(重力加速度为g )图5(1)由b 向a 方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图；(2)在加速下滑过程中，当ab 杆的速度大小为v 时，求此时ab 杆中的电流及其加速度的大小； (3)求在下滑过程中，ab 杆可以达到的速度最大值. 答案 (1)见解析图(2)BLv R g sin θ－B 2L 2v mR (3)mgR sin θB 2L 2解析 (1)如图所示，ab 杆受重力mg ，方向竖直向下；支持力N ，方向垂直于斜面向上；安培力F 安，方向沿导轨向上.(2)当ab 杆的速度大小为v 时，感应电动势E ＝BLv ， 此时电路中的电流I ＝E R ＝BLvRab 杆受到安培力F 安＝BIL ＝B 2L 2vR根据牛顿第二定律，有mg sin θ－F 安＝mg sin θ－B 2L 2vR ＝ma则a ＝g sin θ－B 2L 2vmR.(3)当a ＝0时，ab 杆有最大速度v m ，即mg sin θ＝B 2L 2v m R ，解得v m ＝mgR sin θB 2L 2.电磁感应中动力学问题的解题技巧：(1)受力分析时，要把立体图转换为平面图，同时标明电流方向及磁场B 的方向，以便准确地画出安培力的方向.(2)要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化.(3)根据牛顿第二定律分析a 的变化情况，以求出稳定状态的速度. (4)列出稳定状态下的受力平衡方程往往是解题的突破口.1.(电磁感应中的动力学问题)如图6所示，在一匀强磁场中有一U 形导线框abcd ，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R 为一电阻，ef 为垂直于ab 的一根导体杆，它可在ab 、cd 上无摩擦地滑动.杆ef 及线框中导线的电阻都可忽略不计.开始时，给ef 一个向右的初速度，则( )图6A.ef 将减速向右运动，但不是匀减速B.ef 将匀减速向右运动，最后停止C.ef 将匀速向右运动D.ef 将往返运动 答案 A解析 ef 向右运动，切割磁感线，产生感应电动势和感应电流，会受到向左的安培力而做减速运动，直到停止，由F ＝BIl ＝B 2l 2vR＝ma 知，ef 做的是加速度减小的减速运动，故A 正确.2.(电磁感应中的动力学问题)如图7所示，MN 和PQ 是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计，ab 是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆，开始时，将开关S 断开，让杆ab 由静止开始自由下落，过段时间后，再将S 闭合，若从S 闭合开始计时，则金属杆ab 的速度v 随时间t 变化的图像不可能是下图中的( )图7答案 B解析 S 闭合时，若金属杆受到的安培力B 2l 2v R ＞mg ，ab 杆先减速再匀速，D 项有可能；若B 2l 2vR ＝mg ，ab 杆匀速运动，A 项有可能；若B 2l 2vR ＜mg ，ab 杆先加速再匀速，C 项有可能；由于v变化，mg －B 2l 2vR＝ma 中a 不恒定，故B 项不可能.3.(电磁感应中的能量问题)(多选)如图8所示，纸面内有a 、b 两个用同样的导线制成的闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长l a ＝3l b ，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则( )图8A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流B.a 、b 线圈中感应电动势之比为9∶1C.a 、b 线圈中感应电流之比为3∶1D.a 、b 线圈中电功率之比为3∶1 答案 BC解析 根据楞次定律可知，两线圈内均产生逆时针方向的感应电流，选项A 错误；因磁感应强度随时间均匀增大，设ΔB Δt ＝k ，根据法拉第电磁感应定律可得E ＝n ΔΦΔt ＝n ΔB Δtl 2，则E aE b＝(31)2＝91，选项B正确；根据I＝ER＝Eρ4nlS＝nΔBΔtl2S4ρnl＝klS4ρ可知，I∝l，故a、b线圈中感应电流之比为3∶1，选项C正确；电功率P＝IE＝klS4ρ·nΔBΔtl2＝nk2l3S4ρ，则P∝l3，故a、b线圈中电功率之比为27∶1，选项D错误.4.(电磁感应中的能量问题)(多选)如图9所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计.斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上.质量为m、电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，且上升的高度为h，在这一过程中 ( )图9A.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零B.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和C.恒力F与安培力的合力所做的功等于零D.恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热答案AD解析金属棒匀速上滑的过程中，对金属棒受力分析可知，有三个力对金属棒做功，恒力F 做正功，重力做负功，安培力阻碍相对运动，沿斜面向下，做负功.匀速运动时，金属棒所受合力为零，故合力做功为零，A正确；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能转化为电路中的电能，电能又等于R上产生的焦耳热，故恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热，D正确.。
(通用版)2018-2019版高中物理第一章电磁感应1.3法拉第电磁感应定律学
3 法拉第电磁感应定律
[学习目标] 1.理解和掌握法拉第电磁感应定律，能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感
应电动势的大小.2.能够运用E＝BLv或E＝BLv sin α计算导体切割磁感线时的感应电动势.
一、感应电动势
由电磁感应产生的电动势，叫感应电动势.
二、法拉第电磁感应定律
1.内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这个电路的磁通量的变化率成正比，这就是法拉
第电磁感应定律.
2.表达式：E＝n ΔΦ
Δt
，其中n是线圈的匝数.
三、导体切割磁感线产生的感应电动势
1.导线垂直于磁场运动，B、L、v两两垂直时，如图1所示，E＝BLv.
图1
2.导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为α时，如图2所示，E＝BLv sin α.
图2
[即学即用]
1.判断下列说法的正误.
(1)线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大.( ×)
(2)线圈中磁通量的变化量ΔΦ越大，线圈中产生的感应电动势一定越大.( ×)
(3)线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大.( ×)
(4)线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大.( √)
2.如图3所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是 .
图3
答案甲、乙、丁
一、法拉第电磁感应定律
[导学探究] 如图4所示，将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中.
图4
(1)快速插入和缓慢插入磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？。
(高中物理)第一章电磁感应
第一章电磁感应【学习目标】1．了解电磁感应的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神；学习法拉第等科学家的优秀品质。
2．通过观察和实验，理解感应电流的产生条件；举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。
3．通过探究，理解楞次定律；理解法拉第电磁感应定律。
培养空间思维能力和通过观察、实验得出物理规律的能力。
4．通过实验，了解自感现象和涡流现象；能举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。
知道反电动势的概念，了解电磁感应中的能量守恒。
第1节电磁感应现象的发现第2节感应电流产生的条件【学习目标】1．了解电磁感应的发现过程，认识电磁感应现象发现的时代背景和思想历程。
体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神；学习法拉第等科学家的优秀品质，促成学科学、用科学为人类效劳的意识。
2．正确认识科学发现不仅需要艰辛的劳动，而且需要具有敏锐深邃的科学洞察力、丰富的直觉和蔼于创新的优良品质。
3．知道电磁感应现象和感应电流。
4．通过实验探究，总结感应电流产生的条件。
5．学习从物理现象和实验中归纳科学规律，认识归纳法是科学研究的一种重要的方法。
【阅读指导】1．1820年，从实验中发现了电流的磁效应，引起了科学界的关注，形成了对电磁现象研究的热潮。
不少物理学家根据对称性的思考，提出既然电能产生磁，是否磁也能产生电呢？法拉第经历了长达年的探索，终于获得了成功，于1831年证实了“磁生电〞现象的存在，他在论文中将“磁生电〞现象分为五类：⑴⑵⑶⑷⑸。
并把这些现象正式定名为“电磁感应〞。
由电磁感应现象产生的电流叫。
2．教材P5图1-2-1〔a〕实验中，导线在运动时是磁感线的，电路中出现了电流；而在〔b〕实验中，导线是沿着磁感线方向运动的，即导线没有做切割磁感线的运动，电路中电流。
实验和理论说明：当闭合电路的一局部导体在磁场中做运动时，电路中有感应电流产生。
3．在法拉第的有些实验中，导体并没有做运动，但闭合电路中出现了感应电流。
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7．涡流(选学)[知识梳理]一、涡流1．涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体中组成闭合回路，很像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．如图171所示．图1712．涡流大小的决定因素：磁场变化越快(ΔB Δt越大)，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．应用：高频感应炉、电磁灶、安检门等．4．防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的薄硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯．二、高频感应炉与电磁灶 电磁阻尼1．高频感应炉(1)工作原理：利用涡流熔化金属，当冶炼炉接入高频交流电后，冶炼锅内被冶炼的金属内部就产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化．(2)优点：速度快，温度容易控制；能避免混入有害杂质．2．电磁灶(1)工作原理：电磁灶是利用励磁线圈，通有交变电流时，在锅底产生涡流，使锅底发热来加热．(2)优点：热效率高、耗电少、使用方便、安全．3．电磁阻尼(1)概念：当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动的现象．(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．[基础自测]1．思考判断(1)涡电流只能产生热效应，不能产生磁效应．(×)(2)涡电流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流．(×)(3)变压器和电动机的铁芯不是整块金属，而是用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成，其原因是为了降低涡流造成的损耗．(√)(4)电磁灶是利用变化的磁场在食物中产生涡流从而对食物进行加热的．(5)在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式能转化为电能，最终转化为内能．(√)(6)磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做利用了电磁阻尼．(√)2．如图172所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的分别是( )【导学号：24622041】图172A．恒定直流、玻璃杯B．恒定直流、小铁锅C．变化的电流、玻璃杯D．变化的电流、小铁锅D[通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．]3．(多选)如图173所示，是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是( )图173A．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AD[1在2中转动产生感应电流，感应电流受到安培力作用阻碍1的转动，A、D对．][合作探究·攻重难](1)本质：电磁感应现象．(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身自行构成闭合回路．2．产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中．(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．3．产生涡流时的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．例如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．如图174所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置．小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部．则小磁块( )图174A．在P和Q中都做自由落体运动B．在两个下落过程中的机械能都守恒C．在P中的下落时间比在Q中的长D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大C[小磁块从铜管P中下落时，P中的磁通量发生变化，P中产生感应电流，给小磁块一个向上的磁场力，阻碍小磁块向下运动，因此小磁块在P中不是做自由落体运动，而塑料管Q中不会产生电磁感应现象，因此Q中小磁块做自由落体运动，A项错误；P中的小磁块受到的磁场力对小磁块做负功，机械能不守恒，B项错误；由于在P中小磁块下落的加速度小于g，而Q中小磁块做自由落体运动，因此从静止开始下落相同高度，在P中下落的时间比在Q中下落的时间长，C项正确；根据动能定理可知，落到底部时在P中的速度比在Q中的速度小，D项错误．]分析涡流问题的思路涡流的实质是电磁感应现象，所以涡流问题的分析思路仍然是用楞次定律解决动力学问题，用功能关系解决能量问题．[针对训练]1．下列关于涡流的说法中正确的是( )【导学号：24622042】A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C．涡流有热效应，但没有磁效应D．在硅钢中不能产生涡流A[涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，所以A对，B错；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，C错；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，D错．]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175所示．现有铜、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．各滑块在未接触磁铁前的运动情况是( )图175A．都做匀速运动B．甲、乙做加速运动C．甲、乙做减速运动D．乙、丙做匀速运动C[铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生变化，因此在其内部产生涡流，反过来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻碍而减速，有机玻璃为非金属，不产生涡流现象，故C 正确．]电磁阻尼是导体在磁场中运动产生涡流，使导体受到与运动方向相反的安培力，阻碍导体运动，这与楞次定律中感应电流产生的机械效果是统一的．2．电磁阻尼和电磁驱动的比较外界振动对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176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( )图176思路点拨：通过紫铜板的磁场――→Φ变化铜板中产生感应电流——涡流――――→楞次定律阻碍铜板的运动A [由于要求有效衰减紫铜薄板的上下及左右的微小振动，则在紫铜薄板发生微小的上下或左右振动时，通过紫铜薄板横截面的磁通量应均能发生变化，由图可以看出，只有A 图方案中才能使两方向上的微小振动均能得到有效衰减．][针对训练]3．如图177所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直放置，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是 ( )图177A．两环都向右运动B．两环都向左运动C．环1静止，环2向右运动D．两环都静止C[条形磁铁向右运动时，通过环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；通过环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动．]4．(多选)如图178所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程中穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则( )【导学号：24622043】图178A．线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反B．线框进入磁场区域后，越靠近OO′时速度越大，因而产生的感应电流也越大C．线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小D．线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能AC[线框在进入或离开磁场区域时，由于穿过线框的磁通量发生变化，线框中都要产生感应电流，由楞次定律可知感应电流的方向是相反的．当线框完全进入磁场区域后，穿过线框的磁通量不发生变化，因而感应电流为零，在此区域内机械能守恒，所以越靠近OO′时速度越大．由于线框进入磁场区域和离开磁场区域时都有感应电流产生，有机械能转化为电能，所以线框的摆角越来越小，但当线框的摆角减小到使线框完全在磁场中运动时，就不再有电能产生，线框的机械能守恒，摆角将不再减小．由以上分析可知，选项A、C正确，B、D错误．][当堂达标·固双基]1．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D[涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化．而A、B、C中磁通量不变化，所以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，所以D正确．]2．如图179所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的．电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质的锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害．关于电磁炉，以下说法中正确的是 ( )【导学号：24622044】图179A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质的锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的B[电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质的锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，故选项A、D项错误，B项正确；而C是微波炉的加热原理，C项错误．]3．如图1710所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的．现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则( )图1710A．铜盘转动将变慢B．铜盘转动将变快C．铜盘仍以原来的转速转动D．铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁的上下两端的极性来决定A[当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流受到的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘的转动将变慢．本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢，故A项正确．]4．(多选)如图1711所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是( )图1711A．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BC[线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流．涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用．]。