高中物理第四章电磁感应第7讲涡流电磁阻尼和电磁驱动课件新人教版选修3_2

第四章 电磁感应,第7讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,1,一、涡流,如图1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,图1,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.,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 ，电流在导体中组成闭合回路，很像 ，所以把它叫做涡电流，简称涡流. 2.涡流大小的决定因素：磁场变化越 ( 越 )，导体的横截面积S越 ，导体材料的电阻率越 ，形成的涡流就越大. 3.应用： 、 、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 叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯.,感应电流,水中的旋涡,快,真空冶炼炉,相互绝缘的硅钢片,大,大,小,探雷器,判断下列说法的正误. (1)涡流也是一种感应电流.( ) (2)导体中有涡流时，导体没有和其它元件组成闭合回路，故导体不会发热.( ) (3)利用涡流制成的探测器也可探测毒品.( ) (4)涡流是一种有害的电磁感应现象.( ),当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来.,二、电磁阻尼和电磁驱动,1.弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁.将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来.如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图2所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象.,图2,答案,变化,2.一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图3所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动.当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动. (1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？,图3,答案,线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来.线圈的转速小于磁铁的转速.,答案,(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度什么关系？,(1)电磁阻尼：当导体在 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，这种现象称为电磁阻尼. (2)电磁驱动：若磁场相对导体转动，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，这种作用常常称为电磁驱动. (3)电磁阻尼中克服 做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能；电磁驱动中通过 做功，电能转化为导体的机械能而对外做功.,磁场中,安培力,安培力,阻碍,判断下列说法的正误. (1)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律.( ) (2)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化.( ) (3)电磁驱动现象中有感应电流产生，电磁阻尼中没有感应电流产生.( ) (4)电磁驱动可以被利用，而电磁阻尼不能被利用.( ),2,题型探究,一、涡流的理解、利用和防止 1.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. 2.产生涡流时的能量转化 (1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能. (2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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.,例1 (2015衢州统考)(多选)高频焊接原理示意图如图4所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝融化焊接，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,图4,答案,解析,当增大交变电流的电压时，线圈中交变电流增大，那么磁通量变化率增大，因此产生感应电动势增大，感应电流也增大，那么焊接时产生的热量也增大，A正确； 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，B正确； 增大电阻，在相同电流下，焊缝处热功率大，温度升的越高，故C正确，D错误.,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 D.若是非匀强磁场，环上升的高度小于h,例2 (多选)如图5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,图5,答案,解析,若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错，B正确； 若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故D正确.,二、电磁阻尼 电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用.,例3 在水平放置的光滑绝缘导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图6所示.现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们分别从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去.各滑块在向磁铁运动的过程中,答案,解析,图6,A.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,甲、乙向磁铁靠近时要产生涡流，受电磁阻尼作用，做减速运动，丙则不会产生涡流，只能匀速运动.,例4 如图7所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触，当磁铁绕轴转动时，铜盘将,答案,解析,图6,A.以相同的转速与磁铁同向转动 B.以较小的转速与磁铁同向转动 C.以相同的转速与磁铁反向转动 D.静止不动,三、电磁驱动,因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，线圈中能产生感应电流的条件必须是磁通量发生变化，故要求铜盘转动方向与磁铁相同而转速较小，不能与磁铁同速转动，所以正确选项是B.,达标检测,3,1.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做匀速运动 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,答案,解析,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.,1,2,3,4,2.(2015绍兴高二检测)电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠，如图8所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是,答案,解析,A.当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场， 恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好 B.电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡 流，进而发热工作 C.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主 要原因是这些材料的导热性能较差 D.在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能 起到加热作用,1,2,3,4,图8,1,2,3,4,电磁炉采用的是涡流感应加热原理，其内部通过电子线路板组成部分产生交变磁场，当把含铁质锅具底部放置在炉面时，锅具切割交变磁感线从而在锅具底部金属部分产生涡流，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的，A错误，B正确； 电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于金属导体，不能产生感应电流，C错误； 线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用，故D错误.,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,3.(多选)如图9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管上端距管口等高处无初速度释放，穿过A管比穿过B管的小球先落