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

教学教法分析 课前自主导学 当堂双基达标 课后知能检测 教学方案设计 课堂互动探究 7涡流 电磁阻尼和电磁驱动 课标要求1 通过实验 了解涡流现象 2 举例说明涡流现象在生活和生产中的应用 3 举例说明电磁感应在生活和生产中的应用 课标解读1 了解涡流是怎样产生的 2 了解涡流现象的利用和危害 3 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 4 了解电磁阻尼和电磁驱动 教学地位本节知识是电磁感应的具体应用 与日常生活结合比较紧密 是以后学习的基础 新课导入建议近年来 有一种新型炉具逐渐进入家庭 这就是电磁炉 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 工作时 将金属锅放在电磁炉的绝缘面板上 接通电源 给电磁炉的炉盘下面的线圈通入交变电流 炉盘上面锅体的温度就会很快升高 金属锅没有通电也没有接触明火 锅中的食物便可被加热 你知道这是为什么吗 通过本节课的学习 就可以解决这个问题 教学流程设计 1 基本知识 1 概念 由于 在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流 2 特点 整块金属的电阻很小 涡流往往 产生的热量 电磁感应 很强 很多 3 应用 涡流热效应的应用 如 涡流磁效应的应用 如 4 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 途径一 增大铁芯材料的 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 2 思考判断 1 涡流是由整块导体发生的电磁感应现象 不遵从电磁感应定律 2 通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流的产生 3 变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流 3 探究交流北京奥运会期间 观众入场前都要接受安全检查 如图4 7 1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 提示 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的变化磁场 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 涡电流的产生 又影响原线圈中的高频电流 从而使相关的电子线路产生报警声 1 基本知识 1 电磁阻尼 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 导体运动的现象 应用 磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速 便于读数 感应 阻碍 停止摆动 2 电磁驱动 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 使导体 的现象 应用 交流感应电动机 安培力 安培力 运动起来 2 思考判断 1 在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同 2 电磁阻尼和电磁驱动都属于电磁感应现象 都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁体间的相对运动 3 交流感应电动机利用了电磁阻尼的原理 3 探究交流电磁驱动现象中 导体在安培力作用下的运动速度总要比磁场的运动速度慢一些 原因是什么 提示 如果导体速度和磁场速度一样 则两者相对速度为零 感应电流便不会产生 这时的电磁驱动作用就会消失 所以导体速度总要比磁场速度慢一些 问题导思 1 产生涡流的条件是什么 2 发生涡流时 伴随着哪些能量发生转化 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 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 3 涡流的防止和利用 1 为了减少涡流 变压器 电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成的 而是用薄薄的硅钢片叠合而成 2 用来冶炼合金钢的真空冶炼炉 炉外有线圈 线圈中通入反复变化的电流 炉内的金属中产生涡流 涡流产生的热量使金属熔化 2014 镇海中学高二检测 如图4 7 2所示 在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水 给线圈通入电流 一段时间后 一个容器中水温升高 则通入的电流与水温升高的是 a 恒定直流 小铁锅b 恒定直流 玻璃杯c 变化的电流 小铁锅d 变化的电流 玻璃杯 审题指导 1 穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件 2 涡流只能产生在导体内部 解析 通入恒定直流时 所产生的磁场不变 不会产生感应电流 通入变化的电流 所产生的磁场发生变化 在空间产生感生电场 铁锅是导体 感生电场在导体内产生涡流 电能转化为内能 使水温升高 涡流是由变化的磁场在导体内产生的 所以玻璃杯中的水不会升温 答案 c 1 多选 2014 北京丰台区高二检测 如图4 7 3所示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 感应电流通过焊缝产生大量热量 将金属熔化 把工件焊接在一起 而工件其他部分发热很少 以下说法中正确的是 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 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 感应电流的大小与感应电动势有关 电流变化的频率越高 感应电动势就越大 a选项正确 工件上焊缝处的电阻大 电流产生的热量多 d选项正确 故正确答案为a d 答案 ad 问题导思 1 如何用楞次定律解释电磁阻尼和电磁驱动 2 导体受到的安培力方向与导体运动方向是否相同 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4 7 4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 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是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矛盾的两个方面 不可分割 2 电磁阻尼与电磁驱动的比较 多选 2014 株洲高二检测 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4 7 5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 审题指导 1 光滑水平面 说明小车不受摩擦阻力 2 磁铁 穿过 说明磁铁相对线圈运动 属电磁驱动现象 解析 磁铁水平穿入螺线管时 管中将产生感应电流 由楞次定律的拓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 这个安培力使小车向右一直做加速运动 c对 答案 bc 2 如图4 7 6所示 把一个闭合线框放在蹄形磁体的两磁极之间 蹄形磁体可以绕竖直轴转动 闭合线框也可以绕竖直轴转动 当蹄形磁体从上往下看逆时针转动时 有关线圈的运动下列说法正确的是 a 线圈将顺时针方向转动b 线圈仍保持静止c 线圈将逆时针方向转动 转速与磁铁相同d 线圈将逆时针方向转动 转速比磁铁小 解析 根据电磁驱动 磁铁转动 线圈会产生感应电流和受到安培力的作用 这个安培力驱动线圈运动 其转动的效果是阻碍它们的相对运动 因此线圈转动方向与磁铁相同 但转速比磁铁小 故a b c错误 d正确 答案 d 如图4 7 7所示 在o点正下方有一个具有理想边界的磁场 铜球在a点由静止释放 向右摆至最高点b 不考虑空气阻力 则下列说法正确的是 a a b两点在同一水平线上b a点高于b点c a点低于b点d 铜球最后将做等幅摆动 审题指导 电磁阻尼现象中要抓住两点 一是金属能够自身形成闭合回路 二是磁通量要发生变化 形成涡流 阻碍相对运动 规范解答 铜球进磁场和出磁场的过程中 都有涡流产生 阻碍铜球的摆动 从而有机械能转化为内能 a点高于b点 最终铜球将在磁场中做等幅摆动 答案 bd 无论是导体运动 还是磁场运动 电磁感应现象中感应电流所受安培力总是阻碍导体和磁场间发生相对运动 1 下列关于涡流的说法中正确的是 a 涡流跟平时常见的感应电流一样 都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的b 涡流不是感应电流 而是一种有别于感应电流的特殊电流c 涡流有热效应 但没有磁效应d 在硅钢中不能产生涡流 解析 涡流本质上是感应电流 是导体自身构成回路 在穿过导体的磁通量变化时产生的 所以a对 b错 涡流不仅有热效应 同其他电流一样也有磁效应 c错 硅钢电阻率大 产生的涡流较小 但仍能产生涡流 d错 答案 a 2 下列做法中可能产生涡流的是 a 把金属块放在匀强磁场中b 让金属块在匀强磁场中匀速运动c 让金属块在匀强磁场中做变速运动d 把金属块放在变化的磁场中 解析 涡流就是整个金属块中产生的感应电流 所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件 即穿过金属块的磁通量发生变化 而a b c中磁通量不变化 所以a b c错误 把金属块放在变化的磁场中时 穿过金属块的磁通量发生了变化 有涡流产生 所以d正确 答案 d 3 多选 2014 岳阳一中高二检测 如图4 7 8所示 闭合金属环从曲面上h高处滚下 又沿曲面的另一侧上升 设环的初速度为零 摩擦不计 曲面处在图示磁场中 则 a 若是匀强磁场 环滚上的高度小于hb 若是匀强磁场 环滚上的高度等于h c 若是非匀强磁场 环滚上的高度等于hd 若是非匀强磁场 环滚上的高度小于h 解析 若是匀强磁场 金属环中无涡流产生 无机械能损失 a错误 b正确 若是非匀强磁场 金属环中有涡流产生 机械能损失转化为内能 c错误 d正确 答案 bd 4 弹簧上端固定 下端挂一只条形磁铁 使磁铁上下振动 磁铁的振动幅度不变 若在振动过程中把线圈靠近磁铁 如图4 7 9所示 观察磁铁的振幅将会发现 a s闭合时振幅逐渐减小 s断开时振幅不变b s闭合时振幅逐渐增大 s断开时振幅不变c s闭合或断开 振幅变化相同d s闭合或断开 振幅都不发生变化 解析 s断开时 磁铁振动时穿过线圈的磁通量发生变化 但线圈中无感应电流 故振幅不变 s闭合时 有感应电流 有电能产生 磁铁的机械能越来越少 振幅逐渐减小 故a正确 答案 a 备课资源 1 多选 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的 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 增大铁芯的电阻 以产生更多的热量d 增大铁芯的电阻 以减小发热量 解析 磁场变化越快 感应电动势越大 因而涡流也就越强 涡流能使导体发热 变压器的铁芯是一组相互绝缘的薄片 以降低涡流强度 从而减少能量损耗 提高变压器的效率 答案 bd 2 多选 如图教4 7 1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 解析 线圈通电后在安培力作用下发生转动 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 铝相比其他金属其电阻率小 产生的涡流大 另外 铝的密度小 相同大小的骨架惯性小 运动状态容易改变 故选项b c正确 答案 bc 3 如图教4 7 2所示 闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴oo 自由转动 开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内 若条形磁铁突然绕oo 轴 n极向纸里 s极向纸外转动 在此过程中 圆环将 a 产生逆时针方向的感应电流 圆环上端向里 下端向外随磁铁转动b 产生顺时针方向的感应电流 圆环上端向外 下端向里转动 c 产生逆时针方向的感应电流 圆环并不转动d 产生顺时针方向的感应电流 圆环并不转动 解析 当条形磁铁的n极向纸内 s极向纸外转动时 闭合导线环的总的磁通量是向里的增加 根据楞次定律知 感应电流产生的磁场应向外 故感应电流的方向沿逆时针方向 再根据电磁驱动的原理知 导线环应同向转动 即上端向里 下端向外随磁铁转动 选项a正确 答案 a 4 多选 如图教4 7 3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 a 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 答案 cd 5 多选 如图教4 7 4所示 a b为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从a b管上