高中物理 1.7 涡流现象及其应用课件 粤教版选修32.ppt

目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 一 二 三 四 一 涡流现象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 导体的外周长越长 交变磁场的频率越高 涡流就越大 目标导航 预习导引 一 二 三 四 二 电磁灶与涡流加热电磁灶采用了磁场感应涡流加热原理 因此利用交变电流通过线圈产生交变磁场 目标导航 预习导引 一 二 三 四 三 感应加热足够大的导体中产生很大的涡流 导体中电流可以发热 使金属受热甚至融化 人们根据这个原理 制造出了感应炉 用来冶炼金属 在感应加热中 是使用高频交流电源好 还是使用低频交流电源好 为什么 答案 使用高频电源好 感应加热就是利用感应电流产生的热量 感应电流适当大些较好 当使用高频交流电源时 它产生高频变化的磁场 磁场中导体内的磁通量变化非常迅速 产生较大的感应电动势和感应电流 加热效果会更好 目标导航 预习导引 一 二 三 四 四 涡流制动 探测及消除金属盘在磁场中转动 从而产生一个动态阻尼力 激起涡流 实现制动 生产 生活中 有时也要避免涡流效应 以降低能耗 知识精要 思考探究 典题例解 一 二 迁移应用 一 涡流1 涡流产生的条件涡流的本质是电磁感应现象 涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化 并且金属块本身可自行构成闭合回路 同时因为整个导体回路的电阻一般很小 所以感应电流很大 2 可以产生涡流的两种情况 1 把块状金属放在变化的磁场中 2 让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动 知识精要 思考探究 典题例解 一 二 迁移应用 3 能量转化伴随着涡流现象 其他形式的能转化成的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 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 乘坐飞机的乘客登机前都要接受安全检查 如图是一种手持式安全检查报警器 一靠近金属体 它就会发出报警声 这是为什么呢 答案 在报警器内有一线圈 线圈中通有高频电流 因此线圈周围有着高频变化的磁场 当报警器靠近金属体时 线圈的磁场在金属体中感应出涡电流 涡电流产生的磁场又会穿过线圈 改变线圈中的原磁场 使相关的电子线路产生报警声 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 例1 多选 如图所示 在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯 现接通交流电源 过了几分钟 杯内的水沸腾起来 若要缩短上述加热时间 下列措施可行的有 a 增加线圈的匝数b 提高交流电源的频率c 将金属杯换为瓷杯d 取走线圈中的铁芯 解析 根据题意 金属杯产生了涡流使水温度升高 要缩短加热时间 应使涡流增大 根据法拉第电磁感应定律 增加线圈匝数 提高交变电流的频率 均可使涡流增大 选项a b正确 换为瓷杯 不能产生涡流 选项c错误 取走铁芯 使涡流减小 选项d错误 答案 ab 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 多选 变压器的铁芯总是利用薄硅钢片叠加而成 而不采用一整块硅钢 这是为了 导学号51130018 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 增大涡流 减小铁芯的发热量d 减小涡流 减小铁芯的发热量答案 bd解析 本题考查涡流的基本特点 涡流的主要效应之一就是热效应 而变压器的铁芯发热 是我们不希望出现的 所以不采用整块硅钢 而采用薄硅钢片叠加在一起 目的是减小涡流 减小铁芯的发热量 进而提高变压器的效率 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 二 电磁阻尼与电磁驱动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的运动 这种现象为电磁阻尼 电磁阻尼在实际中有很多应用 教材上说的使电学仪表的指针很快停下来 就是电磁阻尼作用 电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中 如果磁场相对于导体运动 在导体中会产生感应电流 感应电流使导体受到安培力的作用 安培力使导体运动起来 这种作用称为电磁驱动 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 如图所示 当转动蹄形磁铁时 线圈也跟着转动起来 产生这种现象的原因就是电磁驱动 电磁驱动的原因分析 当转动蹄形磁铁时 穿过线圈的磁通量就发生变化 例如 线圈处于图中所示的初始状态时 穿过线圈的磁通量为零 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 线圈转动方向与磁铁方向相同 但转速小于磁铁的转速 即同向异速 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 你能用楞次定律解释电磁阻尼和电磁驱动现象吗 答案 当磁场变化或导体运动时 若在导体中产生感应电流 感应电流的效果就是阻碍磁场变化 或阻碍导体与磁场间的相对运动 若磁场不变 导体运动 感应电流的效果是阻碍导体运动 这就是电磁阻尼 当磁场运动时感应电流阻碍磁场运动 即阻碍磁场与导体之间的相对运动 而使导体运动起来 这就是电磁驱动 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 例2 如图所示 在光滑的水平面上有一半径r 10cm 电阻r 1 质量m 1kg的金属环 以速度v 10m s向一有界磁场滑去 匀强磁场方向垂直于纸面向里 b 0 5t 从环刚进入磁场算起 到刚好有一半进入磁场时 圆环一共释放了32j的热量 求 导学号51130019 1 此时圆环中电流的瞬时功率 2 此时圆环运动的加速度 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 点拨 1 圆环进磁场过程中产生感应电流 机械能减少量等于产生的热量 2 弯曲导线切割磁感线所受安培力的等效长度等于两端点连线长度 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 答案 1 0 36w 2 6 10 2m s2 方向向左 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 如图所示 上下开口 内壁光滑的铜管p和塑料管q竖直放置 小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放 并落至底部 则小磁块 导学号51130020 a 在p和q中都做自由落体运动b 在两个下落过程中的机械能都守恒c 在p中的下落时间比在q中的长d 落至底部时在p中的速度比在q中的大答案 c解析 小磁块在铜管p中下落时 铜管中产生感应电流 根据楞次定律可知 感应电流产生的磁场阻碍小磁块的下落 小磁块的机械能不守恒 a b两项错误 小磁块在塑料管q中下落时不会产生感应电流 小磁块的机械能守恒 不难分析知 小磁块在q中的运动时间短 落至底部时的速度大 c项正确 d项错误 知识链接 案例探究 易错警示 易错考点 涡流现象中的能量转化问题的分析技巧伴随着涡流现象 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 知识链接 案例探究 易错警示 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线 如图所示 抛物线下半部分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 图中虚线所示 一个金属块从抛物线上y b b a 处以速度v沿抛物线下滑 假设抛物线足够长 金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是 知识链接 案例探究 易错警示 解析 金属块在进出磁场过程中要产生感应电流 感应电流转化为内能 机械能要减少 上升的最大高度不断降低 最后刚好滑不出磁场 做往复运动永不停止 根据能量转化与守恒 整个过程中产生的焦耳热应等于机械能的损失 即q e mv2 mg