【新】2019-2020学年度高中物理第一章电磁感应7涡流(选学)学案教科版选修3-2

第7节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动

学 习 目 标

1．了解涡流是怎样产生的．

2．了解涡流现象的利用和危害．

3．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用．

4．了解电磁阻尼和电磁驱动．

|基础知识·填一填|

一、涡流

1．定义：在变化的磁场中的导体内产生的1感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．

2．特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的2热量很多．

3．应用

(1)涡流3热效应的应用：如真空冶炼炉．

(2)涡流4磁效应的应用：如探雷器、安检门．

4．防止

电动机、变压器等设备中为防止铁芯中5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6电阻率．

(2)途径二：用相互绝缘的7硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯．

二、电磁阻尼

1．定义：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8阻碍导体的运动的现象． 2．应用：电学仪表中利用9电磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数．

三、电磁驱动

1．定义：如果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，10安培力使导体运动起来的现象．

2．应用：交流感应电动机．

|基础小题·做一做|

1．正误判断

(1)涡流也是一种感应电流．(√)

(2)导体中有涡流时，导体本身会产热．(√)

(3)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律．(√)

(4)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化．(√)

(5)电磁驱动时，被驱动的导体中有感应电流．(√)

2．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物，下列相关的说法正确的是( )

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用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗

解析：选A 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制成锅体，故C错误；电磁炉产生变化的磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量而不是靠热传递，故D错误．

涡流、电磁阻尼和电磁驱动

1．知道感生电动势的产生以及与感生电场的联系，会判断感生电动势的方向并计算其大小。

2．了解涡流的产生过程。

3．了解涡流现象的利用和危害。

4．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。

5．了解电磁阻尼和电磁驱动及应用。

知识点一 电磁感应现象中的感生电场

[情境导学]

电磁感应现象中的感生电场与电荷周围的静电场从产生机理上看有什么区别？

提示：电磁感应现象中的感生电场是由变化的磁场激发产生的，静电场是由电荷激发产生的。

[知识梳理]

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，它与静电场不同，不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。

2．感生电动势

由感生电场产生的感应电动势。

3．感生电动势中的非静电力

就是感生电场对自由电荷的作用。

4．感生电场的方向判断

由磁场的方向和强弱变化，根据楞次定律判断。

[初试小题]

1．判断正误。

(1)感生电场线是闭合的。(√)

(2)磁场变化时，可以产生感生电场，并不需要电路闭合这一条件。(√)

(3)感生电场是产生感生电动势的原因。(√)

(4)感生电动势与动生电动势一样都是由于磁场变化产生的。(×) 2．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

解析：选A 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应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，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。所以A正确。

知识点二 涡流

[情境导学]

在一铁块的外面绕有如图所示的线圈，当线圈通有如图所示的交变电流时，请问铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？

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教学资料、应有尽有 学案2

描述交流电的物理量

[学习目标定位] 1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系.2.能理解电流的有效值是与热效应有关的量，而平均值只是简单意义的平均.3.掌握交变电流有效值与峰值的关系，会进行有效值的计算．

1．线圈在某一段时间内从一个位置转动到另一个位置的过程中产生的平均电动势为E＝NΔΦΔt.

2．恒定电流产生电热的计算遵循焦耳定律，Q＝I2Rt.

一、周期和频率

1．周期：交变电流作一次周期性变化所需的时间，叫做它的周期，通常用T表示，单位

是s.

2．频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，叫做它的频率，通常用f表示，单位是Hz.

3．周期和频率互为倒数，即T＝1f或f＝1T.

4．线圈转动的角速度ω等于频率的2π倍，即ω＝2πf.

二、峰值有效值

1．峰值：Um和Im分别表示了在一个周期内电压和电流所能达到的最大值．

2．交变电压的峰值不能超过(选填“超过”或“低于”)电容器、二极管等元器件所能承受的电压，否则就有被击穿而损坏的危险．

3．有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的，如果交流电与某一直流电通过同一电阻，在相同的时间内所产生的热量相等，则这个直流电的电流和电压值，就分别称为相应交流电的电流和电压的有效值．

4．正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系：I＝22Im，U＝22Um.

5．人们通常说的家庭电路的电压是220 V，指的是有效值．使用交流电表测出的数值是正弦交流电的有效值．

一、周期和频率

[问题设计] 如图1所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？ 教案全集、尽在百度

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图1

答案 周期T＝0.02 s；频率f＝50 Hz.

[要点提炼]

1．交流电变化越快，则周期越短，频率越大．

2．角速度与周期的关系：ω＝2πT.

3．转速(n)：线圈单位时间(1 s或1 min)转过的圈数，单位是r/s或r/min.

第6节 自感 日光灯

1．由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象，叫做自感现象，在自感现象中产生的电动势叫做自感电动势．

2．自感电动势EL跟电流的变化率ΔIΔt成正比，即EL＝LΔIΔt.其中L叫线圈的自感系数，线圈的横截面积越大，匝数越多，它的自感系数就越大，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多．

3．普通日光灯，由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成．

灯管中气体导电发出紫外线，涂在管壁上的荧光粉在紫外线的照射下发出可见光．启动器的作用为自动开关．镇流器在启动器动静触片断开后，提供瞬时高压点燃灯管，之后起到降压限流的作用．

4．通过一个线圈的电流在均匀增大时，则这个线圈的( )

A．自感系数也将均匀增大

B．自感电动势也将均匀增大

C．磁通量也将均匀增大

D．自感系数和自感电动势不变

答案 CD

解析 线圈的磁通量与电流大小有关，电流增大，磁通量增大，故C项正确；而自感系数由线圈本身决定，与电流大小无关；自感电动势EL＝LΔIΔt，与自感系数和电流变化率有关，对于给定的线圈，L一定，已知电流均匀增大，说明电流变化率恒定，故自感电动势不变，D项正确．

5．关于线圈自感系数的说法，错误的是( )

A．自感电动势越大，自感系数也越大

B．把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数减小

C．把线圈匝数增加一些，自感系数变大

D．电感是自感系数的简称

答案 A

解析 自感系数是由线圈本身的特性决定的．线圈越长，单位长度上的匝数越多，横截面积越大，它的自感系数就越大．另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多．

6．如下图所示，S为启动器，L为镇流器，其中日光灯的接线图正确的是( )

答案 A

解析 根据日光灯的工作原理，要想使日光灯发光，灯丝需预热发出电子，灯管两端应有瞬时高压，这两个条件缺一不可．当动、静触片分离后，选项B中灯管和电源断开，选项B错误；选项C中镇流器与灯管断开，无法将瞬时高压加在灯管两端，选项C错误；选项D中灯丝左、右端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管中气体导电，选项D错误；只有选项A是正确的．