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人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动导学案及答案
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动导学案及答案，共7页。学案主要包含了电磁感应现象中的感生电场，涡流，电磁阻尼，电磁驱动等内容，欢迎下载使用。
1．了解涡流的产生过程。
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、电磁驱动。
重点：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
难点：了解电磁阻尼、电磁驱动
一、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___________。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作_______________。
2．感应电动势：
如果此刻空间存在________导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生________________，也就是说导体中产生了________________。
3．感生电动势：
如果感应电动势是由________________产生的，它也叫作感生电动势。
二、涡流
1．涡流：根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，导体中的_____________就会在感生电场的作用下______________从而产生感应电流，这种感应电流是像旋涡一样的________的曲线，我们把它叫涡电流，简称涡流。
思考：
（1）如果环不断增粗直到变成一圆盘，又会发生什么现象？
（2）变成方盘呢？
（3）如果导体用整块铁代替，电流变化时，铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状如何？
总结：一般来说，只要空间有变化的_____________，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做________。
涡流是在整块金属内产生的感应电流。涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守________________。
2．涡流的应用：
（1）涡流的热效应：
①________________________
②________________________
（2）涡流的磁效应：
①________________________
②________________________
3．涡流的危害与防止
危害：________________________________________________________。
防止（减少涡流的途径）：
①________________________________________________________________。
②________________________________________________________________。
三、电磁阻尼
小魔术：时光隧道（金属管实验）
现象：________________________________________________________________。
分析：一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？
结论：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________导体的运动。
1．电磁阻尼：__________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
思考：微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
2．电磁阻尼的应用
（1）_______________________
（2）_______________________
（3）_______________________
四、电磁驱动
1．电磁驱动：磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体_____________，这种现象称为______________。
2．电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
联系：
电磁阻尼和电磁驱动，都是由于______________________________________引起磁通量的变化，产生感应电流，安培力的方向与导体的相对运动方向____________，__________导体的____________。
区别：
电磁阻尼是导体________________时，安培力的方向与导体的运动方向相反，阻碍导体的运动。
电磁驱动是磁场运动，导体________________时，安培力对导体提供动力，使导体随磁场运动。
1．下列关于涡流的说法中正确的是 ( )
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
2．磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是 ( )
A．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
3．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为( )
A．增大涡流，提高变压器的效率B．减小涡流，提高变压器的效率
C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量 D．增大铁芯中的电阻，以减少放出的热量
4．如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管的描述这可能正确的是：（ ）
A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的；
B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的；
C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的；
D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的。
6. 高频焊接原理示意图如图所示，给线圈通以高频交流电，在金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用( )。
A．增大交变电流的电压B．增大交变电流的频率
C．增大焊接缝的接触电阻D．减小焊接缝的接触电阻
1．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（ ）
A．铁
B．木
C．铜
D．铝
2．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环的过程中，做______运动。（选填“加速”、“匀速”或“减速”）
3．高频感应炉是用于冶炼高质量的特殊金属的，如图所示，在冶炼炉外绕有线圈，锅内放入待冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，冶炼锅体是绝缘材料制作的，锅内金属能被加热熔化并达到很高的温度。以下说法正确的是（ ）
A．金属利用线圈中的电流产生的焦耳热来加热
B．金属利用交变磁场产生的涡流来加热
C．高频交变电流能发射红外线来加热金属
D．增加高频交变电流能提高冶炼金属的温度
4、下列现象属电磁阻尼的是 ，属电磁驱动的是 。
A．磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做
B．微安表的表头在运输时要把两接线框短接
C．自制金属地雷探测器
D．交流感应电动机
E．当右图中B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动
5.如图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕OO′轴转动，线圈的运动情况是( )
A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同
B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同
C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速
D．线圈静止不动
6．如图所示，四根等长的铝管和铁块(其中C中铝管不闭合，其他两根铝管及铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内，分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放，忽略空气阻力，则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是( )。
A.tA>tB=tC=tD B.tC=tA=tB=tDC.tC>tA=tB=tDD.tC=tA>tB=tD
参考答案：
小试牛刀：
1、选：A．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，故A正确．
B、涡流是变化的电场产生变化磁场，从而形成的，是感应电流，故B错误．
C、涡流既有热效应，也有磁效应．故C错误．
D、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，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是为了减小涡流，故D错误．
2、选：B．常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动．而塑料做骨架达不到电磁阻尼的作用，这样做的目的是利用涡流，起到电磁阻尼作用；
3、选：CD变压器只能变交流，不能变直流，变压器的铁芯，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，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是增大电阻，从而为了减小涡流，减小发热量，提高变压器的效率，故CD正确，AB错误；
4、选AD．由题意可知，小球在B管中下落的速度要小于A管中的下落速度，故说明小球在B管时受到阻力作用；其原因是金属导体切割磁感线，从而使闭合的导体中产生感应电流，由于磁极间的相互作用而使小球 受向上的阻力；故B管应为金属导体，如铜、铝、铁等，而A管应为绝缘体，如塑料、胶木等，故AD正确，BC错误；
5、选：BC．A、B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就产生感应电流，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，焊缝处的温度升高的越快．故A错误，B正确．C、D增大电阻，在相同电流下，焊缝处热功率大，温度升的很高．故C正确，D错误．
当堂检测：
1．CD
2．减速
3．BD
4、AB DE
思路分析：电磁阻尼是指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运动；而电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动。
5、选C
当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但阻碍不是阻止，磁通量仍要增加，所以其转速小于磁铁的转速．
6、选：A．
由题意可知，只有A磁铁在下落时，导致铝管内的磁通量在变化，从而产生感应电流，进而阻碍磁铁的下落，导致下落的时间变长，对于C虽然是磁铁下落，但由于不闭合，所以没有感应电流出现，仍是自由落体，对于BD也是自由落体运动，因此它们的下落时间都一样的，
1．了解涡流的产生过程。
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、电磁驱动。
重点：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
难点：了解电磁阻尼、电磁驱动
一、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___________。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作_______________。
2．感应电动势：
如果此刻空间存在________导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生________________，也就是说导体中产生了________________。
3．感生电动势：
如果感应电动势是由________________产生的，它也叫作感生电动势。
二、涡流
1．涡流：根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，导体中的_____________就会在感生电场的作用下______________从而产生感应电流，这种感应电流是像旋涡一样的________的曲线，我们把它叫涡电流，简称涡流。
思考：
（1）如果环不断增粗直到变成一圆盘，又会发生什么现象？
（2）变成方盘呢？
（3）如果导体用整块铁代替，电流变化时，铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状如何？
总结：一般来说，只要空间有变化的_____________，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做________。
涡流是在整块金属内产生的感应电流。涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守________________。
2．涡流的应用：
（1）涡流的热效应：
①________________________
②________________________
（2）涡流的磁效应：
①________________________
②________________________
3．涡流的危害与防止
危害：________________________________________________________。
防止（减少涡流的途径）：
①________________________________________________________________。
②________________________________________________________________。
三、电磁阻尼
小魔术：时光隧道（金属管实验）
现象：________________________________________________________________。
分析：一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？
结论：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________导体的运动。
1．电磁阻尼：__________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
思考：微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
2．电磁阻尼的应用
（1）_______________________
（2）_______________________
（3）_______________________
四、电磁驱动
1．电磁驱动：磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体_____________，这种现象称为______________。
2．电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
联系：
电磁阻尼和电磁驱动，都是由于______________________________________引起磁通量的变化，产生感应电流，安培力的方向与导体的相对运动方向____________，__________导体的____________。
区别：
电磁阻尼是导体________________时，安培力的方向与导体的运动方向相反，阻碍导体的运动。
电磁驱动是磁场运动，导体________________时，安培力对导体提供动力，使导体随磁场运动。
1．下列关于涡流的说法中正确的是 ( )
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
2．磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是 ( )
A．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
3．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为( )
A．增大涡流，提高变压器的效率B．减小涡流，提高变压器的效率
C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量 D．增大铁芯中的电阻，以减少放出的热量
4．如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管的描述这可能正确的是：（ ）
A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的；
B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的；
C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的；
D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的。
6. 高频焊接原理示意图如图所示，给线圈通以高频交流电，在金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用( )。
A．增大交变电流的电压B．增大交变电流的频率
C．增大焊接缝的接触电阻D．减小焊接缝的接触电阻
1．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（ ）
A．铁
B．木
C．铜
D．铝
2．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环的过程中，做______运动。（选填“加速”、“匀速”或“减速”）
3．高频感应炉是用于冶炼高质量的特殊金属的，如图所示，在冶炼炉外绕有线圈，锅内放入待冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，冶炼锅体是绝缘材料制作的，锅内金属能被加热熔化并达到很高的温度。以下说法正确的是（ ）
A．金属利用线圈中的电流产生的焦耳热来加热
B．金属利用交变磁场产生的涡流来加热
C．高频交变电流能发射红外线来加热金属
D．增加高频交变电流能提高冶炼金属的温度
4、下列现象属电磁阻尼的是 ，属电磁驱动的是 。
A．磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做
B．微安表的表头在运输时要把两接线框短接
C．自制金属地雷探测器
D．交流感应电动机
E．当右图中B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动
5.如图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕OO′轴转动，线圈的运动情况是( )
A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同
B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同
C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速
D．线圈静止不动
6．如图所示，四根等长的铝管和铁块(其中C中铝管不闭合，其他两根铝管及铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内，分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放，忽略空气阻力，则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是( )。
A.tA>tB=tC=tD B.tC=tA=tB=tDC.tC>tA=tB=tDD.tC=tA>tB=tD
参考答案：
小试牛刀：
1、选：A．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，故A正确．
B、涡流是变化的电场产生变化磁场，从而形成的，是感应电流，故B错误．
C、涡流既有热效应，也有磁效应．故C错误．
D、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，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是为了减小涡流，故D错误．
2、选：B．常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动．而塑料做骨架达不到电磁阻尼的作用，这样做的目的是利用涡流，起到电磁阻尼作用；
3、选：CD变压器只能变交流，不能变直流，变压器的铁芯，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，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是增大电阻，从而为了减小涡流，减小发热量，提高变压器的效率，故CD正确，AB错误；
4、选AD．由题意可知，小球在B管中下落的速度要小于A管中的下落速度，故说明小球在B管时受到阻力作用；其原因是金属导体切割磁感线，从而使闭合的导体中产生感应电流，由于磁极间的相互作用而使小球 受向上的阻力；故B管应为金属导体，如铜、铝、铁等，而A管应为绝缘体，如塑料、胶木等，故AD正确，BC错误；
5、选：BC．A、B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就产生感应电流，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，焊缝处的温度升高的越快．故A错误，B正确．C、D增大电阻，在相同电流下，焊缝处热功率大，温度升的很高．故C正确，D错误．
当堂检测：
1．CD
2．减速
3．BD
4、AB DE
思路分析：电磁阻尼是指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运动；而电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动。
5、选C
当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但阻碍不是阻止，磁通量仍要增加，所以其转速小于磁铁的转速．
6、选：A．
由题意可知，只有A磁铁在下落时，导致铝管内的磁通量在变化，从而产生感应电流，进而阻碍磁铁的下落，导致下落的时间变长，对于C虽然是磁铁下落，但由于不闭合，所以没有感应电流出现，仍是自由落体，对于BD也是自由落体运动，因此它们的下落时间都一样的，
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