人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案1：2 3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE12.3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．了解渦流的產(chǎn)生過程。2．了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。3．通過對渦流實例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。4．了解電磁阻尼、電磁驅(qū)動。〖自主學(xué)習(xí)〗一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場1．感生電場認(rèn)為：磁場變化時會在空間激發(fā)一種，這種電場叫作感生電場．2．感生電動勢由感生電場產(chǎn)生的電動勢叫．3．電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器是利用使電子加速的設(shè)備，當(dāng)電磁鐵線圈中的大小、方向發(fā)生變化時，產(chǎn)生的感生電場使電子加速．二、渦流1．渦流：當(dāng)線圈中的隨時間變化時，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，用圖表示這樣的感應(yīng)電流，就像水中的旋渦，所以把它叫作，簡稱．2．渦流大小的決定因素：磁場變化越(eq\f(ΔB,Δt)越)，導(dǎo)體的橫截面積S越，導(dǎo)體材料的電阻率越，形成的渦流就越大．三、電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼．四、電磁驅(qū)動若磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到的作用，使導(dǎo)體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動．〖要點精講〗對感生電場和感生電動勢的理解1．感生電動勢(1)電場線：如圖所示，當(dāng)磁場變化時，產(chǎn)生的感生電場的電場線是與磁場方向垂直的閉合曲線，感生電場是一種渦旋電場．(2)如果空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢．二、對渦流的理解1．本質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2．條件：穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身構(gòu)成閉合回路。3．特點：整個導(dǎo)體回路的電阻一般很小，感應(yīng)電流很大。故金屬塊的發(fā)熱功率很大。4．產(chǎn)生渦流的兩種情況：(1)塊狀金屬放在變化的磁場中；(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。5．產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如，金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。三、對電磁阻尼的理解1．產(chǎn)生：閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流時，導(dǎo)體在磁場中就要受到安培力的作用，根據(jù)楞次定律，安培力總是阻礙導(dǎo)體的運動，于是產(chǎn)生電磁阻尼．任何在磁場中運動的導(dǎo)體，只要給感應(yīng)電流提供回路，就會存在電磁阻尼作用．2．應(yīng)用舉例：使用磁電式電表進行測量時，總希望指針擺到所示值的位置時便迅速地穩(wěn)定下來，以便讀數(shù)．由于指針轉(zhuǎn)軸的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，線圈及指針將會在所示值附近來回擺動，不易穩(wěn)定下來．為此，許多電表把線圈繞在閉合的鋁框上，當(dāng)線圈擺動時，在閉合的鋁框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得電磁阻尼，以使線圈迅速穩(wěn)定在所示值的位置．電氣列車中的電磁制動器也是根據(jù)電磁阻尼這一原理制成的．四、對電磁驅(qū)動的理解電磁驅(qū)動與電磁阻尼的區(qū)別與聯(lián)系1．電磁驅(qū)動中導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動；電磁阻尼中安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動．2．電磁驅(qū)動中由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能而對外做功；電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．3．電磁驅(qū)動與電磁阻尼中安培力的作用效果均為阻礙相對運動，應(yīng)注意電磁驅(qū)動中導(dǎo)體的運動速度要小于磁場的運動速度．〖難點探究〗例1．光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物線的方程為y＝x2，其下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是y＝a的直線(如圖中的虛線所示)。一個小金屬塊從拋物線上y＝b(b>a)處以速度v沿拋物線下滑，假設(shè)曲面足夠長，則金屬塊在曲面上滑動的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是（）A．mgbB．eq\f(1,2)mv2C．mg(b－a)D．mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2例2．如圖所示，條形磁鐵用細(xì)線懸掛在O點。O點正下方固定一個水平放置的鋁線圈。讓磁鐵在豎直面內(nèi)擺動，下列說法中正確的是（）A．磁鐵左右擺動一次，線圈內(nèi)感應(yīng)電流的方向改變2次B．磁鐵始終受到感應(yīng)電流磁場的斥力作用C．磁鐵所受到的感應(yīng)電流對它的作用力始終是阻力D．磁鐵所受到的感應(yīng)電流對它的作用力是阻力，有時是動力例3．如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動。從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，則（）A．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小C．線圈轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生交變電流D．線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電流的方向始終是abcda訓(xùn)練提升1．下列關(guān)于渦流的說法正確的是（）A．渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B．渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C．渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)D．在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流2．關(guān)于電磁驅(qū)動，下列說法正確的是（）A．磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來，這種作用稱為電磁驅(qū)動B．在電磁驅(qū)動的過程中，通過安培力做功使電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能C．在電磁驅(qū)動中，主動部分與被動部分的運動(或轉(zhuǎn)動)方向相反D．電磁驅(qū)動是由于磁場運動引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力的作用而運動3．關(guān)于電磁阻尼，下列說法正確的是（）A．當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體運動的現(xiàn)象稱為電磁阻尼B．磁電式儀表正是利用電磁阻尼的原理使指針迅速停下來，從而便于讀數(shù)C．電磁阻尼是導(dǎo)體因感應(yīng)電流受到的安培力對導(dǎo)體做負(fù)功，阻礙導(dǎo)體運動D．電磁阻尼現(xiàn)象實質(zhì)上不是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但分析時同樣遵循楞次定律4．甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO′旋轉(zhuǎn)，當(dāng)給以相同的初始角速度開始轉(zhuǎn)動后，由于阻力，經(jīng)相同的時間后便停止；若將環(huán)置于磁感應(yīng)強度為B且大小相同的勻強磁場中，甲環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向平行，乙環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，如圖所示，當(dāng)甲、乙兩環(huán)同時以相同的角速度開始轉(zhuǎn)動后，則下列判斷正確的是（）A．甲環(huán)先停 B．乙環(huán)先停C．兩環(huán)同時停下 D．無法判斷兩環(huán)停止的先后順序

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗一、1．麥克斯韋電場2.感生電動勢3．感生電場電流二、1．電流渦電流渦流2．快(大)，大，小，三、磁場阻礙四、安培力安培力難點探究例1．〖答案〗D〖解析〗金屬塊進出磁場的過程由渦流產(chǎn)生，機械能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終金屬塊只能在磁場內(nèi)運動。由初狀態(tài)到末狀態(tài)(金屬塊在磁場區(qū)域內(nèi)往復(fù)運動)能量守恒。初狀態(tài)機械能E1＝mgb＋eq\f(1,2)mv2末狀態(tài)機械能E2＝mga焦耳熱Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2例2．〖答案〗C〖解析〗磁鐵向下擺動時，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流(從上面看)，并且磁鐵受到感應(yīng)電流對它的作用力為阻力，阻礙它靠近；磁鐵向上擺動時，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流(從上面看)，磁場受感應(yīng)電流對它的作用力仍為阻力，阻礙它遠(yuǎn)離，所以磁場在左右擺動一次過程中，電流方向改變3次，感應(yīng)電流對它的作用力始終是阻力，只有C項正確。例3．〖答案〗BC〖解析〗當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于磁鐵不動而線圈順時針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生交變電流，故選項C正確，選項D錯誤；由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度一定小于磁鐵轉(zhuǎn)動的角速度。如果兩者的角速度相同，磁感線與線圈處于相對靜止，線圈不切割磁感線，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故選項A錯誤，選項B正確。訓(xùn)練提升1．〖答案〗A〖解析〗渦流本質(zhì)上是感應(yīng)電流，是導(dǎo)體自身構(gòu)成回路，在穿過導(dǎo)體的磁通量變化時產(chǎn)生的，選項A正確，選項B錯誤；渦流不僅有熱效應(yīng)，同其他電流一樣也有磁效應(yīng)，選項C錯誤；硅鋼電阻率大，產(chǎn)生的渦流較小，但仍能產(chǎn)生渦流，選項D錯誤。2．〖答案〗ABD〖解析〗根據(jù)電磁驅(qū)動的定義可知，選項A、B、D正確；在電磁驅(qū)動中，主動部分與被動部分的運動(或轉(zhuǎn)動)方向相同，且被動部分的速度(或角速度)較小，選項C錯誤。3．〖答案〗ABC〖解析〗根據(jù)電磁阻尼的定義知，選項A、B、C正確；電磁阻尼現(xiàn)象實質(zhì)上是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，分析時不僅遵循楞次定律，同樣也遵循法拉第電磁感應(yīng)定律，選項D錯誤。4．〖答案〗B〖解析〗乙環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流，機械能不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而甲環(huán)不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故乙環(huán)先停下來，選項B正確。2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．了解渦流的產(chǎn)生過程。2．了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。3．通過對渦流實例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。4．了解電磁阻尼、電磁驅(qū)動?！甲灾鲗W(xué)習(xí)〗一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場1．感生電場認(rèn)為：磁場變化時會在空間激發(fā)一種，這種電場叫作感生電場．2．感生電動勢由感生電場產(chǎn)生的電動勢叫．3．電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器是利用使電子加速的設(shè)備，當(dāng)電磁鐵線圈中的大小、方向發(fā)生變化時，產(chǎn)生的感生電場使電子加速．二、渦流1．渦流：當(dāng)線圈中的隨時間變化時，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，用圖表示這樣的感應(yīng)電流，就像水中的旋渦，所以把它叫作，簡稱．2．渦流大小的決定因素：磁場變化越(eq\f(ΔB,Δt)越)，導(dǎo)體的橫截面積S越，導(dǎo)體材料的電阻率越，形成的渦流就越大．三、電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼．四、電磁驅(qū)動若磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到的作用，使導(dǎo)體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動．〖要點精講〗對感生電場和感生電動勢的理解1．感生電動勢(1)電場線：如圖所示，當(dāng)磁場變化時，產(chǎn)生的感生電場的電場線是與磁場方向垂直的閉合曲線，感生電場是一種渦旋電場．(2)如果空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢．二、對渦流的理解1．本質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2．條件：穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身構(gòu)成閉合回路。3．特點：整個導(dǎo)體回路的電阻一般很小，感應(yīng)電流很大。故金屬塊的發(fā)熱功率很大。4．產(chǎn)生渦流的兩種情況：(1)塊狀金屬放在變化的磁場中；(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。5．產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如，金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。三、對電磁阻尼的理解1．產(chǎn)生：閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流時，導(dǎo)體在磁場中就要受到安培力的作用，根據(jù)楞次定律，安培力總是阻礙導(dǎo)體的運動，于是產(chǎn)生電磁阻尼．任何在磁場中運動的導(dǎo)體，只要給感應(yīng)電流提供回路，就會存在電磁阻尼作用．2．應(yīng)用舉例：使用磁電式電表進行測量時，總希望指針擺到所示值的位置時便迅速地穩(wěn)定下來，以便讀數(shù)．由于指針轉(zhuǎn)軸的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，線圈及指針將會在所示值附近來回擺動，不易穩(wěn)定下來．為此，許多電表把線圈繞在閉合的鋁框上，當(dāng)線圈擺動時，在閉合的鋁框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得電磁阻尼，以使線圈迅速穩(wěn)定在所示值的位置．電氣列車中的電磁制動器也是根據(jù)電磁阻尼這一原理制成的．四、對電磁驅(qū)動的理解電磁驅(qū)動與電磁阻尼的區(qū)別與聯(lián)系1．電磁驅(qū)動中導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動；電磁阻尼中安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動．2．電磁驅(qū)動中由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能而對外做功；電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．3．電磁驅(qū)動與電磁阻尼中安培力的作用效果均為阻礙相對運動，應(yīng)注意電磁驅(qū)動中導(dǎo)體的運動速度要小于磁場的運動速度．〖難點探究〗例1．光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物線的方程為y＝x2，其下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是y＝a的直線(如圖中的虛線所示)。一個小金屬塊從拋物線上y＝b(b>a)處以速度v沿拋物線下滑，假設(shè)曲面足夠長，則金屬塊在曲面上滑動的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是（）A．mgbB．eq\f(1,2)mv2C．mg(b－a)D．mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2例2．如圖所示，條形磁鐵用細(xì)線懸掛在O點。O點正下方固定一個水平放置的鋁線圈。讓磁鐵在豎直面內(nèi)擺動，下列說法中正確的是（）A．磁鐵左右擺動一次，線圈內(nèi)感應(yīng)電流的方向改變2次B．磁鐵始終受到感應(yīng)電流磁場的斥力作用C．磁鐵所受到的感應(yīng)電流對它的作用力始終是阻力D．磁鐵所受到的感應(yīng)電流對它的作用力是阻力，有時是動力例3．如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動。從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，則（）A．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小C．線圈轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生交變電流D．線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電流的方向始終是abcda訓(xùn)練提升1．下列關(guān)于渦流的說法正確的是（）A．渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B．渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C．渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)D．在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流2．關(guān)于電磁驅(qū)動，下列說法正確的是（）A．磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來，這種作用稱為電磁驅(qū)動B．在電磁驅(qū)動的過程中，通過安培力做功使電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能C．在電磁驅(qū)動中，主動部分與被動部分的運動(或轉(zhuǎn)動)方向相反D．電磁驅(qū)動是由于磁場運動引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力的作用而運動3．關(guān)于電磁阻尼，下列說法正確的是（）A．當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體運動的現(xiàn)象稱為電磁阻尼B．磁電式儀表正是利用電磁阻尼的原理使指針迅速停下來，從而便于讀數(shù)C．電磁阻尼是導(dǎo)體因感應(yīng)電流受到的安培力對導(dǎo)體做負(fù)功，阻礙導(dǎo)體運動D．電磁阻尼現(xiàn)象實質(zhì)上不是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但分析時同樣遵循楞次定律4．甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO′旋轉(zhuǎn)，當(dāng)給以相同的初始角速度開始轉(zhuǎn)動后，由于阻力，經(jīng)相同的時間后便停止；若將環(huán)置于磁感應(yīng)強度為B且大小相同的勻強磁場中，甲環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向平行，乙環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，如圖所示，當(dāng)甲、乙兩環(huán)同時以相同的角速度開始轉(zhuǎn)動后，則下列判斷正確的是（）A．甲環(huán)先停 B．乙環(huán)先停C．兩環(huán)同時停下 D．無法判斷兩環(huán)停止的先后順序

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗一、1．麥克斯韋電場2.感生電動勢3．感生電場電流二、1．電流渦電流渦流2．快(大)，大，小，三、磁場阻礙四、安培力安培力難點探究例1．〖答案〗D〖解析〗金屬塊進出磁場的過程由渦流產(chǎn)生，機械能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終金屬塊只能在磁場內(nèi)運動。由初狀態(tài)到末狀態(tài)(金屬塊在磁場區(qū)域內(nèi)往復(fù)運動)能量守恒。初狀態(tài)機械能E1＝mgb＋eq\f(1,2)mv2末狀態(tài)機械能E2＝mga焦耳