高中物理 第四章 电磁感应第七节 涡流电磁阻尼和电磁驱动课件 新人教版选修32.ppt

在现代家庭的厨房中 电磁炉是家庭主妇非常青睐的炊具 它具有热效率高 温控准确 安全性好 清洁卫生等特点 如图所示为电磁炉的实物图 工作时 给电磁炉的炉盘下面的线圈通入交变电流 炉盘上面金属锅中的食物就能被加热 金属锅没有通电也没有接触明火 锅中的食物便可被加热 请你探究一下它的工作原理 1 电磁感应的现象有 等 2 当线圈中的电流随时间变化时 由于电磁感应 在线圈附近的导体都会产生感应电流 看起来像水中的漩涡 所以把它叫做 3 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 这种现象称为电磁阻尼 4 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 安培力使导体运动起来 这种作用常常称为 5 涡流的利与弊 由于涡流很强 会使金属铁芯大量发热 浪费大量的 故在各种电机 变压器中是有害的 需要采取各种办法减弱它 涡流也可以为我们所用 如利用涡流制成 等 答案 1 涡流 电磁阻尼 电磁驱动2 涡流3 阻碍4 电磁驱动5 电能 高频感应炉 1 定义 在变化的磁场中的导体内产生的感应电流 就像水中的漩涡 所以把它叫做涡电流 简称涡流 2 涡流的防止和利用 金属块的电阻率小 涡流很强 产生的热量很多 可以用来治炼合金钢 探雷器就是利用涡流工作的 探雷器线圈中有变化的电流 线圈在地面扫过时 如果地面下埋着金属物品 金属中产生涡流 涡流的磁场又会反过来影响线圈中的电流 使仪器报警 如飞机场的安检门可以检测人身携带的金属物品 3 涡流的防止电动机 变压器的线圈都绕在铁芯上 当线圈中流过变化的电流时 在铁芯中会产生涡流 使铁芯发热 浪费能量 并损坏电器 为减小涡流我们采用硅钢这种电阻率大的材料 并且用互相绝缘的硅钢片来代替整块硅钢铁芯 特别提醒 1 涡流是整块导体发生的电磁感应现象 同样遵循法拉第电磁感应定律 2 磁场变化越快 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 金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器 如图 除了用于探测有金属外壳或金属部件的地雷之外 还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线 埋在地下的水管和电缆 甚至能够地下探宝 发现埋藏在地下的金属物体 你能说明其工作原理吗 答案 金属探测器是利用涡流工作的 交变电流通过金属探测器的线圈时 会产生变化的磁场 如果探测器周围有金属 金属内便产生涡流 涡流本身又会产生磁场反过来影响原有的磁场 这样就会引发探测器发出鸣叫声 1 当导体在磁场中运动时 感应电流会使导体受到安培力 安培力的方向总是阻碍相对运动 这种现象称为电磁阻尼 2 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 安培力使导体运动起来 这种作用常称为电磁驱动 如高频感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的 3 电磁阻尼与电磁驱动的比较 特别提醒 电磁阻尼 电磁驱动现象中安培力的效果是阻碍相对运动 应注意电磁驱动中导体的运动速度仍要小于磁场的运动速度 如图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 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 a 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 两环都静止答案 c 解析 条形磁铁向右运动时 环1中磁通量保持为零不变 无感应电流 仍静止 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 下图是高频焊接原理示意图 线圈中通以高频交流电时 待焊接的金属工件中就产生感应电流 由于焊缝处的接触电阻很大 放出的焦耳热很多 致使温度升得很高 将金属熔化 焊接在一起 我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的 试定性地说明 为什么交变电流的频率越高 焊缝处放出的热量越多 解析 交变电流的频率越高 它产生的磁场的变化就越快 根据法拉第电磁感应定律 在待焊接工件中产生的感应电动势就越大 感应电流就越大 而放出的热量与电流的平方成正比 所以交变电流的频率越高 焊缝处放出的热量越多 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 以减少放出的热量答案 bd 解析 不使用整块硅钢而采用很薄的硅钢片 这样做的目的是增大铁芯中的电阻 来减少电能转化成铁芯的内能 提高效率 是防止涡流而采取的措施 弹簧上端固定 下端悬挂一根磁铁 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 磁铁就会很快地停下来 解释这个现象 并说明此现象中能量转化的情况 解析 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和线圈靠近或离开 也就使磁铁振动时除了空气阻力外 还有线圈的磁场力作为阻力 克服阻力需要做的功较多 弹簧振子的机械能损失较快 因而会很快停下来 在用车辆长途运输微安表时 常用导线把微安表的两个接线柱连在一起 这是什么道理 答案 在长途运输时 表壳会经常晃动 指针左右摆动很厉害 易损坏表针 用导线把微安表两接线柱连在一起 就形成了闭合回路 指针摆动时磁通量变化产生感应电流从而阻碍它们的相对运动 这样表针的摆动幅度会大大减小 能保护电表 位于光滑水平面的小车上放置一螺线管 一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过 如图所示 在此过程中 a 磁铁做匀速直线运动b 磁铁做减速运动c 小车向右做加速运动d 小车先加速后减速解析 本题为电磁驱动 可由楞次定律判断作用力的方向 再由牛顿第二定律判断运动情况 磁铁水平穿入螺线管时 管中将产生感应电流 由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动 同理 磁铁穿出时 由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动 故整个过程中 磁铁做减速运动 选项b是正确的 而对于小车上的螺线管来说 在此过程中 螺线管受到的安培力都是水平向右的 这个安培力使小车向右运动 且一直做加速运动 c对 答案 bc 如图所示 把蹄形磁铁的两极靠近一个金属圆盘 不接触 当磁铁绕轴转动时 圆盘会转动吗 说明理由 答案 当蹄形磁铁转动时 相当于金属圆盘向反方向做切割磁感线的转动 在金属圆盘里形成涡流 根据楞次定律可知 金属圆盘中的涡流受到的磁场力的作用是阻碍圆盘和蹄形磁铁之间的相对运动的 所以圆盘随磁铁一起转动 但圆盘的转速要小于磁铁的转速 两者转动方向相同 我们用来煮食的炉子有各种各样的款式 它们的工作原理各不相同 有的以天然气 液化石油气等为燃料的 例如天然气炉 还有以直接的电热方式加热的 例如电饭锅 下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉 如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图 炉子的内部有一个金属线圈 当交变电流通过线圈时 会产生磁场 这个磁场的大小和方向是不断变化的 这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质 或钢质 锅底内产生感应电流 由于锅底有电阻 所以感应电流又会在锅底产生热效应 这些内能便能起到加热物体的作用从而煮食 电磁炉的特点是 电磁炉的效率比一般的炉子都高 热效率高达90 炉面无明火 无烟无废气 电磁炉火力强劲 安全可靠 因为电磁炉是以电磁感应产生电流 利用电流的热效应产生热量 所以不是所有的锅或器具都适用 对于锅的选择 方法很简单 只要锅底能被磁铁吸住的就能用 适合放在电磁炉上的烹饪器具有不锈钢锅 不锈钢壶 平底铁锅 不适用的有陶瓷锅 圆底铁锅 耐热玻璃锅 铝锅 铜锅等 1 在电磁炉加热食物的过程中涉及到的物理原理有 回答三个即可 2 电磁炉所用的锅不能用陶瓷锅 耐热玻璃锅的原因是 电磁炉所用的锅不能用铝锅 铜锅的原因是 3 在锅和电磁炉中间放置一纸板 则电磁炉还能起到加热作用吗 为什么 答案 1 电流的磁效应 或电生磁 电磁感应现象 或磁生电 电流的热效应 或焦耳定律 2 不能产生电磁感应现象铝 铜的导磁性太差 效率低 3 能起到加热作用 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