高中物理 第4章 第7节 涡流 电磁阻尼和电磁驱动同步辅导与检测课件 新人教版选修32.ppt

第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动 电磁感应 安全检查报警器乘坐飞机的乘客登机前都要接受安全检查 图中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 原来 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 1 当线圈中的电流随时间变化时 由于电磁感应 附近的另一个线圈中会产生 看起来像水中的漩涡 所以把它叫做 简称 2 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 这种现象称为电磁阻尼 3 如果磁场相对导体运动 导体中会产生感应电流 感应电流所受的安培力使导体运动起来 这种作用称为 1 感应电流涡电流涡流2 阻碍导体的运动3 电磁驱动 一 涡流1 定义 当线圈中的电流随时间变化时 线圈附近的任何导体中都会产生感应电流 电流在导体内自成闭合回路 很像水的漩涡 把它叫做涡电流 简称涡流 2 产生 把金属块放在变化的磁场中 或让它在磁场中运动时 金属块内都会产生涡流 涡流是整块导体发生的电磁感应现象 同样遵守电磁感应定律 3 特点 电流在金属块内自成闭合回路 整块金属的电阻很小 涡流往往很强 4 利用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并达到很高的温度 利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行 这样就能防止空气中的杂质进入金属 可以冶炼高质量的合金 5 防止电动机 变压器的线圈都绕在铁芯上 线圈中流过变化的电流 在铁芯中产生的涡流使铁芯发热 浪费了能量 还可能损坏电器 因此 我们要想办法减小涡流 途径之一是增大铁芯材料的电阻率 常用的铁芯材料是硅钢 它的电阻率比较大 另一个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 如右图所示 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 b两点在同一水平线b a点高于b点c a点低于b点d 铜环将做等幅摆动 解析 铜环在进入和穿出磁场的过程中 穿过环的磁通量发生变化 则环中有感应电流产生 故应损耗一定的机械能 所以a点高于b点 答案 b 变式迁移 1 右图是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图 其中外圈a是通高频交变电流的线圈 b是自行车零件 a是待焊接口 焊接时接口两端接触在一起 当a中通有交变电流时 b中会产生感应电流 使得接口处金属熔化焊接起来 1 试分析说明 焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系 2 试解释说明 为什么焊接过程中 接口a处被熔化而零件的其他部分并不很热 解析 1 a中交变电流的频率越高 b中磁通量的变化率越大 产生的感应电动势越大 感应电流i越大 所以电流热功率p i2r也越大 焊接得越快 2 b中各处电流大小相等 但接口a处电阻大 电流热功率大 而其他部分电阻小 电流热功率小 所以接口a处已被熔化而零件其他部分并不很热 答案 见解析 二 电磁阻尼和电磁驱动1 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 说明 电磁阻尼在实际中有很多应用 课本上讲的使电学仪表的指针很快地停下来 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 2 电磁驱动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 这种作用常常称为电磁驱动 如右图所示 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 双选 磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架 把线圈绕在铝框上 这样做的目的是 a 防止涡流b 利用涡流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 并切割磁感线产生感应电流 就是涡流 涡流阻碍线圈的转动 使线圈偏转后尽快停下来 所以 这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用 答案 bc 变式迁移 2 如右图所示 让一金属圆盘接近磁铁的两极 但不接触 使磁铁转动 圆盘也会跟着转动 这种现象称为 电磁驱动 请你说明电磁驱动的原理 解析 当蹄形磁铁转动时 圆盘上不同位置的磁通量发生变化 因而圆盘中会有涡流形成 该涡流的磁场阻碍磁通量的变化 使圆盘随着磁铁一起转 但圆盘转动速度比磁铁慢 答案 见解析 1 电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流 使锅体发热从而加热食物 下列相关的说法中正确的是 a 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关b 电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作c 金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物d 电磁炉的上表面一般都用金属材料制成 以加快热传递 减少热损耗 解析 涡流是高频交流电产生的磁场引起的电磁感应现象 故选项a正确b错误 电磁炉表面一般用绝缘材料制成 避免产生涡流 锅体用金属制成利用涡流加热物体 故选项c d错误 答案 a 基础巩固 5 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线 如下图所示 抛物线的方程是y x2 下半部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 图中的虚线所示 一个小金属块从抛物线上y b b a 处以初速度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 a mgbb mv2c mg b a d mg b a mv2 能力提升 解析 金属块进出磁场时 由于涡流现象产生焦耳热而使机械能减少 解答本题首先应明确金属块的初 末状态 然后根据金属块机械能的变化确定所产生的焦耳热总量 金属块进出磁场时 会产生焦耳