高中物理 第4章 电磁感应 第7节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件 新人教版选修32.ppt

第四章 电磁感应 第七节涡流电磁阻尼和电磁驱动 当人携带金属器件经过安检门时 报警器就会发出响声 你知道其中的原理吗 知识自主梳理 1 定义在变化的磁场中的导体内产生的 就像水中的漩涡 所以把它叫做涡电流 简称涡流 2 涡流的特点若金属的电阻率小 涡流往往 产生的热量 涡流 知识点1 感应电流 很强 很多 3 涡流的应用 1 涡流热效应的应用 如 2 涡流磁效应的应用 如 4 涡流的防止电动机 变压器等设备中应防止铁芯中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 用相互绝缘的 叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯 真空冶炼炉 探雷器 安检门 电阻率 硅钢片 1 概念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 使指针迅速停止摆动 便于读数 电磁阻尼 知识点2 感应 阻碍 电磁阻尼 1 概念磁场相对于导体转动时 导体中产生感应电流 感应电流使导体受到 的作用 起来 2 应用交流感应电动机 电磁驱动 知识点3 安培力 使导体运动 重点难点突破 1 涡流的产生涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象 当导体处在变化的磁场中 或者导体在非匀强磁场中运动时 导体内部可以等效成许许多多的闭合电路 当穿过这些闭合电路的磁通量变化时 在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流 即导体内部产生了涡流 2 涡流的特点当电流在金属块内自成闭合回路 产生涡流 时 由于整块金属的电阻很小 涡流往往很强 根据公式p i2r知 热功率的大小与电流的平方成正比 故金属块的发热功率很大 一 对涡流的理解 3 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 如果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 答案 利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流解析 高频感应炉是利用了电磁感应的原理 给线圈通入高频交变电流后 冶炼炉内待冶炼的金属在快速变化的磁场中产生很强的涡流 从而产生大量的热量使金属熔化 1 电磁驱动和电磁阻尼的形成原因当蹄形磁铁转动时 穿过线圈的磁通量就发生变化 例如 线圈处于如图所示的初始状态时 穿过线圈的磁通量为零 当蹄形磁铁转动时 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 二 电磁阻尼与电磁驱动 从动力学的观点来看 线圈中产生的感应电流受到的安培力是使线圈转动起来的动力 对线圈而言是电磁驱动 而线圈对磁铁的作用力对磁铁的转动起阻碍作用 对磁铁而言是电磁阻尼 因此电磁驱动和电磁阻尼是相对的两个方面 不可分割 2 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 答案 电磁阻尼解析 铜盘转动时如果加上磁场 则在铜盘中产生涡流 磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的转动 故在较短的时间内铜盘停止转动 考点题型设计 题型1涡流的利用和防止 d a 金属物品中产生的涡流的变化频率与探测器线圈中的交变电流的频率可能不同b 当探测器中通有的交变电流频率不在工作频率范围内时 被检测金属物品中就不产生感应电流c 探测器线圈中通低频率的正弦交变电流更容易检测出尺寸小 电阻率大的金属物品d 该种金属探测器能检测有无金属物品 但不能准确区分金属的种类 解析 金属探测器利用的是电磁感应现象 金属物品中产生的涡流的频率与探测器线圈中的交变电流的频率是相同的 故a错误 金属探测器探测金属时 被测金属中感应出涡流 与探测器中通有的交变电流频率无关 故b错误 探测过程中 当探测器靠近金属物体时 能在金属中形成涡流 涡流的大小强弱与该物体的电阻率有关 电阻率越大 则涡电流的强度越小 所以探测器线圈中通低频率的正弦交变电流更难检测出尺寸小 电阻率大的金属物品 故c错误 探测过程中 当探测器靠近金属物体时 能在金属中形成涡流 进而引起线圈中电流的变化 能检测有无金属物品 但不能准确区分金属的种类 故d正确 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 题型2对电磁驱动和电磁阻尼的理解 abd a 不断转动a盘就可以获得持续的电流 其原因是将整个铜盘看成沿径向排列的无数根铜条 它们做切割磁感线运动 产生感应电动势b 当a盘转动时 b盘也能转动的原因是电流在磁场中受到力的作用 此力对转轴有力矩c 当a盘顺时针转动时 b盘也顺时针转动d 铜盘b的角速度小于铜盘a的角速度 解析 将图中铜盘a所在的一组装置作为发电机模型 铜盘b所在的一组装置作为电动机模型 在a中找一辐条 根据右手定则可以判定出产生的感应电动势的方向 其他辐条也产生同样的电动势 各辐条产生的总电动势相当于电池并联 故选项a正确 当a盘顺时针 俯视图 转动时 产生的感应电流由盘心流向边缘 此电流通过铜盘b时 受到安培力的作用 由左手定则知此力对转轴有逆时针 俯视图 方向的力矩 使铜盘b逆时针转动 故选项b正确 c错误 由于b在转动时也产生反抗其发生相对运动的感应电动势eb 电路中的总电动势e ea eb 0 可得ea eb 即铜盘b的角速度小于铜盘a的角速度 d正确 解析 这是涡流的典型应用之一 当指针摆动时 1随之转动 2是磁铁 那么在1中产生涡流 2对1的安培力将阻碍1的转动 总之不管1向哪个方向转动 2对1的效果总起到阻尼作用 所以它能使指针很快地稳定下来 ad 题型3探究 应用 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 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 不能产生电磁感应现象 铝 铜的导磁性太差 效率低 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 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加热作用 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