高中物理第四章电磁感应7涡流课件新人教版选修3_2

7涡流 电磁阻尼和电磁驱动 第四章电磁感应 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 二 电磁阻尼和电磁驱动 栏目索引 一 涡流 对点检测自查自纠 一 涡流 知识梳理 答案 1 定义用整块金属材料作铁芯绕制的线圈 当线圈中通有时 变化的电流会产生变化的 变化的磁场穿过铁芯 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 简称涡流 2 对涡流的理解 1 本质 现象 2 条件 穿过金属块的发生变化 并且金属块本身构成闭合回路 3 特点 整个导体回路的电阻一般很小 感应电流很 故金属块的发热功率很 大 变化的电流 磁场 感 应电流 涡电流 电磁感应 磁通量 大 答案 3 产生涡流的两种情况 1 块状金属放在的磁场中 2 块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动 4 应用 1 涡流热效应的应用 如 2 涡流磁效应的应用 如 探雷器 变化 真空冶炼炉 5 涡流的危害与防止 1 涡流的危害在各种电机 变压器中 涡流会使铁芯的温度升高 危及线圈绝缘材料的寿命 另外涡流发热要消耗额外的能量 使电机 变压器的效率降低 2 涡流的防止为了减小涡流 变压器 电机中的铁芯不是由整块的钢铁制成 而是用薄薄的硅钢片叠压而成 一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大 从而减少损耗 另一方面 每层硅钢片之间都是绝缘的 阻断了涡流的通路 进一步减小了涡流的发热 深度思考 发生涡流时 金属块并没有接入闭合电路 为什么会产生感应电流 答案金属块自身构成闭合回路 导体内部等效成许多闭合电路 当穿过金属块的磁通量变化时 金属块内部会产生感应电流 答案 典例精析 例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 在硅钢片中不能产生涡流 解析答案 解析涡流是一种特殊的电磁感应现象 它是感应电流 既有热效应 又有磁效应 硅钢片中能产生涡流 但电流较小 故选项A正确 A 例2变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成 而不采用一块整硅钢 这是为了 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 解析涡流的主要效应之一就是发热 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 而采用薄硅钢片叠压在一起 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 故选项B D正确 BD 返回 解析答案 总结提升 返回 总结提升 减小涡流的途径之一是增大铁芯材料的电阻率 另一途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯 二 电磁阻尼和电磁驱动 知识梳理 1 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 2 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 答案 安培力 感应 阻碍导体的运动 3 电磁阻尼和电磁驱动的比较 深度思考 电磁阻尼是谁阻碍谁的运动 电磁驱动是谁驱动谁 答案电磁阻尼是磁场阻碍导体相对磁场的运动 电磁驱动是磁场驱动导体的运动 答案 典例精析 例3如图1所示 上端开口 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 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 图1 解析答案 解析小磁块下落过程中 在铜管P中产生感应电流 小磁块受到向上的磁场力 不做自由落体运动 而在塑料管Q中只受到重力 在Q中做自由落体运动 故选项A错误 根据功能关系知 在P中下落时 小磁块机械能减少 在Q中下落时 小磁块机械能守恒 故选项B错误 在P中加速度较小 在P中下落时间较长 选项C正确 由于在P中下落时要克服磁场力做功 机械能有损失 故知 落至底部时在P中的速度比在Q中的小 选项D错误 答案C 返回 解析答案 总结提升 例4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 线圈将与磁铁同向转动 但转动速度比磁铁小 B项正确 B 返回 总结提升 电磁阻尼 电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动 减小导体与磁场的相对速度 但阻碍不是阻止 导体与磁场的运动不同步 对点检测自查自纠 1 2 3 4 解析答案 1 涡流的应用 多选 如图3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 图3 1 2 3 4 解析当电磁铁接通交流电源时 金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热 使水温升高 要缩短加热时间 需增大涡电流 即增大感应电动势或减小电阻 增加线圈匝数 提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势 瓷杯不能产生涡电流 取走铁芯会导致磁性减弱 所以选项A B正确 选项C D错误 答案AB 1 2 3 4 解析答案 2 涡流的应用 多选 如图4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 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 图4 1 2 3 4 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 1 2 3 4 3 对电磁阻尼的理解 多选 如图5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 解析答案 图5 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 BC 1 2 3 4 4 对电磁驱动的理解 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