高中物理 1.7涡流现象及其应用课件 粤教版选修32.ppt

2020 2 9 第七节涡流现象及其应用 2020 2 9 课标定位 学习目标 1 运用电磁感应 电路等知识分析各种涡流现象 2 了解涡流产生的原因及应用和防止 3 提高学习兴趣 培养用理论知识解决实际问题的能力 重点难点 1 涡流的产生原理 2 涡流现象中能量转化情况的分析 2020 2 9 第七节 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 课标定位 2020 2 9 课前自主学案 一 涡流现象1 定义 在整块导体内部发生 而产生 的现象称为涡流现象 2 产生 把金属块放在 的磁场中 金属块内会产生涡流 3 特点 电流在金属块内形成 回路 整块金属的电阻很小 涡流往往很强 金属块会产生大量的热量 导体的外周越 交变磁场的频率 涡流就越大 电磁感应 感应电流 变化 闭合 长 高 2020 2 9 思考感悟 产生感应电流的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化 发生涡流现象时 金属块并没有接入闭合电路 为什么会产生感应电流 提示 金属块虽然没有接入闭合电路 但穿过金属块的磁通量变化时 金属块自行构成闭合回路 导体内部等效成许许多多闭合电路 所以能产生感应电流 2020 2 9 二 电磁灶与涡流加热1 电磁灶 1 原理 电磁灶采用的是磁场感应涡流的 原理 2 优点 无明火 没有燃烧生成物污染室内 热效高 环保 节能 且集煎 炒等多功能于一身 加热 2020 2 9 2 感应加热 1 应用 涡流热疗系统等 2 优点 式加热 热源和受热物体可以不直接接触 加热效率 速度 可以减小表面氧化现象 容易控制温度 提高加工精度 可实现 加热 可实现自动化控制 可减少占地 热辐射 噪声和灰尘 感应炉 非接触 高 快 局部 2020 2 9 三 涡流制动与涡流探测1 涡流制动 图1 7 1 2020 2 9 1 实验演示现象 有一个铝盘 轻轻拨动它 能长时间地绕轴自由转动 如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铝盘边缘 但并不与铝盘接触 如图1 7 1所示 铝盘就能在较短的时间内停止 分析 铝盘在蹄形磁铁的磁场中转动 会在铝盘中激起 涡流与磁场相互作用产生一个 力 从而提供制动力矩 涡流 动态阻尼 2020 2 9 2 电磁阻尼 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 这种现象称为电磁阻尼 3 电磁阻尼的应用 电学仪表 电气机车的电磁制动器等 2020 2 9 2 涡流探测 1 涡流探测 涡流金属探测器 利用探测线圈在金属物中激起涡流 金属物的等效电阻 电感会反射到探测线圈中改变线圈中电流大小和相位 从而探知金属物 应用 探测行李包中的枪支 埋于地表的地雷 金属覆盖膜厚度等 2 减小涡流危害的途径减小涡流危害有两种途径 一是 铁芯材料的电阻率 如使用硅钢材料 二是用互相绝缘的 叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯 增大 硅钢片 2020 2 9 核心要点突破 一 对涡流的理解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 2020 2 9 3 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 4 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 2020 2 9 特别提醒 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 越大 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 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 如图1 7 2所示 是称为阻尼摆的示意图 图1 7 2 2020 2 9 在轻质杆上固定一金属薄片 轻质杆可绕上端o点在竖直面内转动 一水平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面 使摆从图中实线位置释放 摆很快就会停止摆动 若将摆改成梳齿状 还是从同一位置释放 则会摆动较长的时间 试定性分析其原因 2020 2 9 解析 没有开长缝的金属薄片在磁场中摆动时 金属片内将产生很大的涡流 而金属片在磁场中所受的安培力总是阻碍金属片的摆动 因此金属片很快就停下来 如果在金属片上开有多条长缝 就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分金属片上 较大地削弱了涡流 阻力随之减小 所以可以摆动多次后才停止摆动 答案 见解析 2020 2 9 二 电磁阻尼 电磁驱动的比较1 成因 电磁阻尼是由于导体在磁场中运动而产生感应电流 电磁驱动则是由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流 2 效果 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 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 3 能量转化 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 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 2020 2 9 特别提醒 电磁阻尼 电磁驱动都是电磁感应现象 都遵循楞次定律 感应电流所受安培力总是阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 异步电动机 家用电度表 汽车上的磁电式速度表 都利用了一种电磁驱动原理 它的原理示意图如图1 7 3所示 图1 7 3 2020 2 9 把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间 蹄形磁体和闭合线圈都可以绕oo 轴转动 当转动蹄形磁体时 线圈也跟着转动起来 解释这个现象 解析 以题图所示情形为例 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 由楞次 2020 2 9 定律和左手定则可以判断出线圈受力方向与磁铁的转动方向相同 所以线圈与磁铁同向转动 以阻碍磁通量的增加 或理解为阻碍磁铁与线圈之间的相对运动 但阻碍不是阻止 所以线圈的转速总是要小于磁铁的转速 即线圈的转动与磁铁的转动是 同向异步 的 答案 见解析 2020 2 9 课堂互动讲练 单选 如图1 7 4所示 图1 7 4 2020 2 9 在o点正下方有一个具有理想边界的磁场 铜环在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与b两点位于同一水平线b a点高于b点c a点低于b点d 铜环将做等幅摆动 2020 2 9 精讲精析 2020 2 9 答案 b 方法总结 不管是判定有无感应电流 还是判定摆能否上升至原来的高度 其关键是在圆环摆动的过程中或过程中的某阶段是否有磁通量变化 若有磁通量变化 则产生感应电流 机械能向电能转化 2020 2 9 单选 如图1 7 5所示 图1 7 5 2020 2 9 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 思路点拨 求解此题应把握以下两点 1 穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件 2 涡流是在导体内产生的 2020 2 9 自主解答 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 2020 2 9 变式训练如图1 7 6所示 是电表中的指