高中物理 4.10涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件 新人教版选修32.ppt

第10讲涡流 电磁阻尼和电磁驱动 1 了解涡流是怎样产生的及涡流现象的利用和危害 2 通过对涡流实例的分析 了解涡流现象在生活和生产中的应用 3 了解电磁阻尼和电磁驱动 目标定位 一 涡流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替整块硅钢铁芯 真空冶炼炉 探雷器 电阻率 硅钢片 二 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 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 感应 阻碍导体的运动 三 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 安培力 一 对涡流的认识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 例1对变压器和电动机等中涡流的认识 以下说法正确的是 a 涡流会使铁芯温度升高 减少线圈绝缘的寿命b 涡流发热 要损耗额外的能量c 为了不产生涡流 变压器和电动机的铁芯用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯d 涡流产生于线圈中 对原电流起阻碍作用 解析变压器和电动机中产生的涡流会使温度升高消耗能量 同时会减少线圈绝缘的寿命 a b正确 变压器和电动机的铁芯用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯是为了增加电阻 减小电流 减少产生的热量 c错误 涡流产生于铁芯中 对原电流无阻碍作用 d错误 故选a b 答案ab 二 对电磁阻尼的理解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1所示 一狭长的铜片能绕o点在纸面内摆动 有界磁场的方向垂直纸面向里 铜片在摆动时受到较强的阻尼作用 很快就停止摆动 如果在铜片上开几个长缝 铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动 这是为什么 图1 解析没有开长缝的铜片在磁场中摆动时 铜片内将产生较大的涡流 涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动 因此铜片很快就停止摆动 如果在铜片上开几个长缝 就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上 较大地削弱了涡流 阻力随之减小 所以铜片可以摆动多次后才停止摆动 答案见解析 三 对电磁驱动的理解电磁驱动与电磁阻尼的区别与联系1 电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同 推动导体运动 电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反 阻碍导体运动 2 电磁驱动中由于电磁感应 磁场能转化为电能 通过安培力做功 电能转化为导体的机械能而对外做功 电磁阻尼中克服安培力做功 其他形式的能转化为电能 最终转化为内能 3 电磁驱动与电磁阻尼中安培力的作用效果均为阻碍相对运动 应注意电磁驱动中导体的运动速度要小于磁场的运动速度 例3如图2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 线圈将顺时针转动 转速比磁铁大d 线圈将顺时针转动 转速比磁铁小 图2 解析当磁铁逆时针转动时 线圈中产生感应电流 根据楞次定律知 感应电流总是阻碍磁铁和线圈之间的相对运动 线圈将与磁极同向转动 但转动速度比磁铁小 b项正确 答案b 1 如图3所示是高频焊接原理示意图 线圈中通以高频变化的电流时 待焊接的金属工件中就产生感应电流 感应电流通过焊缝处产生大量热量 将金属熔化 把工件焊接在一起 而工件其他部分发热很少 以下说法正确的是 涡流的应用 图3 a 交流电的频率越高 焊缝处的温度升高得越快b 交流电的频率越低 焊缝处的温度升高得越快c 工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小d 工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 解析交流电频率越高 则产生的感应电流越大 升温越快 工件电流相同 电阻越大 温度越高 放热越多 答案ad 对电磁阻尼的理解2 如图4所示 磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架 把线圈绕在铝框上 这样做的目的是 a 防止涡流而设计的b 利用涡流而设计的c 起电磁阻尼的作用d 起电磁驱动的作用 图4 解析线圈通电后在安培力作用下转动 铝框随之转动 在铝框内产生涡流 涡流将阻碍线圈的转动 使线圈偏转后尽快停下来 这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用 答案bc 3 如图5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5 a 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 所以磁铁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 4 如图6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