浙江省高中物理 第四章 电磁感应 第7课时 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件 新人教版选修32.ppt

第7课时涡流 电磁阻尼和电磁驱动 研究选考 把握考情 知识点一涡流 基础梳理 1 定义 用整块金属材料作铁芯绕制的线圈 当线圈中通有 的电流时 变化的电流会产生变化的 变化的磁场穿过 整个铁芯会自成回路 产生 这种电流看起来像水中的旋涡 把这种电流叫做涡电流 简称涡流 变化 磁场 铁芯 感应电流 2 应用 1 涡流热效应的应用 如 2 涡流磁效应的应用 如 3 防止 电动机 变压器等设备中应防止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 2 途径二 用互相绝缘的 叠成的铁芯代表整块硅钢铁芯 真空冶炼炉 探雷器 电阻率 硅钢片 1 对涡流的理解 1 本质 电磁感应现象 2 条件 穿过金属块的磁通量发生变化 并且金属块本身构成闭合回路 3 特点 整个导体回路的电阻一般很小 感应电流很大 故金属块的发热功率很大 2 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 要点精讲 3 产生涡流时的能量转化 伴随着涡流现象 其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能 例如 金属块放在了变化的磁场中 则磁场能转化为电能 最终转化为内能 如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动 则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 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线 如图1所示 抛物线的方程为y x2 其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中 磁场的上边界是y a的直线 如图中的虚线所示 一个小金属块从抛物线上y b b a 处以速度v沿抛物线下滑 假设曲面足够长 则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是 图1 答案d 名师点睛部分同学在处理此题时误认为金属最终停在o点 原因是没有认识到金属块只在进出磁场时产生焦耳热 当金属块整体在磁场中运动时 不产生涡流 所以不损失机械能 跟踪训练 如图所示 a b两图是把带绝缘层的线圈绕在软铁上 c d两图是把带绝缘层的线圈绕在有机玻璃上 则能产生涡流的是 解析只有穿过整个导体的磁通量发生变化 才产生涡流 b是直流电源不能产生涡流 c d不是导体 故只有a能产生涡流 答案a 知识点二电磁阻尼和电磁驱动 1 电磁阻尼 1 定义 当导体在磁场中运动时 电流会使导体受到安培力 安培力的方向总是 导体的运动 2 应用 磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止 便于读数 2 电磁驱动 1 定义 磁场相对于导体转动时 导体中会产生感应电流 感应电流使导体受到 的作用 使导体运动起来 2 应用 交流感应电动机 基础梳理 感应 阻碍 安培力 要点精讲 要点1电磁阻尼的产生原理和应用 1 产生 闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时 导体在磁场中就要受到安培力的作用 根据楞次定律 安培力总是阻碍导体的运动 于是产生电磁阻尼 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 2 应用举例 使用磁电式电表进行测量时 总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来 以便读数 由于指针转轴的摩擦力矩很小 若不采取其他措施 线圈及指针将会在所示值附近来回摆动 不易稳定下来 为此 许多电表把线圈绕在闭合的铝框上 当线圈摆动时 在闭合的铝框中将产生感应电流 从而获得电磁阻尼 以使线圈迅速稳定在所示值的位置 电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的 例2 如图2所示 条形磁铁用细线悬挂在o点 o点正下方固定一个水平放置的铝线圈 让磁铁在竖直面内摆动 下列说法中正确的是 图2a 磁铁左右摆动一次 线圈内感应电流的方向改变2次b 磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用c 磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力d 磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力 有时是动力 解析磁铁向下摆动时 根据楞次定律 线圈中产生逆时针方向的感应电流 从上面看 并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力 阻碍它靠近 磁铁向上摆动时 根据楞次定律 线圈中产生顺时针方向的感应电流 从上面看 磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力 阻碍它远离 所以磁场在左右摆动一次过程中 电流方向改变3次 感应电流对它的作用力始终是阻力 只有c项正确 答案c 名师点睛电磁感应现象中感应电流所受的安培力总是阻碍导体和磁场间的相对运动 要点2对电磁驱动原理的分析 当蹄形磁铁转动时 穿过线圈的磁通量就发生变化 例如 线圈处于图3所示的初始位置时 穿过线圈的磁通量为0 蹄形磁铁一转动 穿过线圈的磁通量就增加了 根据楞次定律 此时线圈中就有感应电流产生 以阻碍磁通量的增加 因而线圈会跟着一起转动起来 线圈转动的方向与磁铁转动的方向相同 但转速小于磁铁的转速 即同向异步 图3 例3 甲 乙两个完全相同的铜环可绕固定轴oo 旋转 当给以相同的初始角速度开始转动后 由于阻力 经相同的时间后便停止 若将环置于磁感应强度为b且大小相同的匀强磁场中 甲环的转轴与磁场方向平行 乙环的转轴与磁场方向垂直 如图4所示 当甲 乙两环同时以相同的角速度开始转动后 则下列判断正确的是 图4 a 甲环先停b 乙环先停c 两环同时停下d 无法判断两环停止的先后顺序解析乙环产生感应电流 机械能不断转化为内能 而甲环不产生感应电流 故乙环先停下来 选项b正确 答案b 1 如图5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 图5a 铁b 木c 铜d 铝解析小球做减速运动说明小球受到安培力的阻碍作用 即小球内产生了涡流 显然b不满足条件 若小球材料是铁则会被磁化 应做加速运动 所以a错误 c d正确 答案cd 2 关于电磁驱动 下列说法正确的是 a 磁场相对于导体转动时 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 这种作用称为电磁驱动b 在电磁驱动的过程中 通过安培力做功使电能转化为导体的机械能c 在电磁驱动中 主动部分与被动部分的运动 或转动 方向相反d 电磁驱动是由于磁场运动引起磁通量变化而产生感应电流 从而使导体受到安培力的作用而运动解析根据电磁驱动的定义可知 选项a b d正确 在电磁驱动中 主动部分与被动部分的运动 或转动 方向相同 且被动部分的速度 或角速度 较小 选项c错误 答案abd 3 关于电磁阻尼 下列说法正确的是 a 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导体运动的现象称为电磁阻尼b 磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来 从而便于读数c 电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功 阻碍导体运动d 电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象 但分析时同样遵循楞次定律解析根据电磁阻尼的定义知 选项a b c正确 电磁阻尼现象实质上是电磁感应现象 分析时不仅遵循楞次定律 同样也遵循法拉第电磁感应定律 选项d错误 答案abc 4 如图6所示 蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴oo 转动 从上向下看 当磁铁逆时针转动时 则 a 线圈将逆时针转动 转速与磁铁相同b 线圈将逆时针转动 转速比磁铁小c 线圈转动时将产生变化的电流d 线圈转动时感应电流的方向始终是abcda 图6