高二物理人教版选修3-2课件：第四章 9 涡流、电磁阻尼与电磁驱动

1、第四章电磁感应学案9 涡流、电磁阻尼和电磁驱动目标定位1.知道涡流的产生原因及涡流的防止和应用.2.知道电磁阻尼和电磁驱动的原理和应用.知识探究自我检测一、涡流 问题设计1.如图1所示，当磁场变化时，导体中就会产生感应电流，那么导体中的电荷为什么会定向移动而形成电流？知识探究答案根据麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场会在其周围空间产生感生电场，感生电场对导体中的自由电荷产生的电场力会使电荷定向移动，从而形成电流.图12.如果磁场是用变化的电流来获取的，导体用整块铁代替，如图2所示.请问铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？图2答案有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，感生电场

2、在铁块中产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流.要点提炼1.定义：当线圈中的电流随时间变化时，由于 ，在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流，所以把这种感应电流叫做 .2.决定因素：磁场变化越快( 越大)，导体的横截面积S越 ，导体材料的电阻率越 ，形成的涡流就越大.电磁感应涡流大小3.应用： 、 、机场安检等.4.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.可增大铁芯材料的 、用相互绝缘的 叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯.真空冶炼探测地雷电阻率硅钢片二、电磁阻尼和电磁驱动 问题设计1.电磁阻尼弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁.将磁铁托起到某一高度后

3、放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来.如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图3所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象.图3答案当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来.2.电磁驱动一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图4所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO轴转动.当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动，当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动.图4根据以上现象，回答下列问题：(1)蹄形磁铁

4、转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？答案变化.(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度相同吗？答案线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来.线圈的转速小于磁铁的转速.要点提炼1.电磁阻尼(1)定义：当 时，感应电流会使导体受到 ，安培力的方向总是 导体的运动，这种现象称为 .(2)应用：电磁阻尼中需要克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能.所以磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数.导体在磁场中运动安培力阻碍电磁阻尼2.电磁驱动(1)定义：如果 转动，在导体中会产生 ，感应电流使导体受到安培力的作用， 使导体运动起来，这种

5、作用常称为电磁驱动.注意：电磁驱动中导体的运动速度要 磁场的运动速度.(2)应用：电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向， 做功， 导体运动，电能转化为机械能.所以利用电磁驱动发明了交流感应电动机.磁场相对于导体感应电流安培力小于相同安培力推动3.电磁阻尼与电磁驱动的联系：电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为 相对运动.阻碍典例精析一、涡流的理解与应用例1如图5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，感应电流通过焊缝产生大量热，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()图5A.电流变化的频率越高，焊缝处

6、的温度升高的越快B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D.工件上只有焊缝处温度升的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强，升温越快，故A项对.工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，故D项对.答案AD针对训练光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图6所示，抛物线的方程是yx2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是ya的直线(图中的虚线所示)，一个小金属块从抛物线上yb(ba)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 ()图6思路点拨金属块进出磁场时，由于

7、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.解析金属块进出磁场时，会产生焦耳热，损失机械能而使金属块所能达到的最高位置越来越低，当金属块所能达到的最高位置为ya时，金属块不再进出磁场，不再产生焦耳热.金属块的机械能不再损失，而在磁场中做往复运动.由于金属块减少的动能和重力势能全部转化为内能，所以答案D二、对电磁阻尼的理解例2如图7所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动，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

8、为什么？图7答案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.如果在铜片上开有多条长缝，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.三、对电磁驱动的理解例3位于光滑水平面上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以初速度v水平穿过，如图8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.小车先加速后减速图8解析磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知该电流产生的磁场的作用力阻碍磁铁

9、的运动.同理，磁铁穿出时该电流产生的磁场的作用力也阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B项对.而对于小车上的螺线管来说，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运动，且一直做加速运动，C项对.答案BC课堂要点小结1.(涡流的理解)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做匀速运动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自我检测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

10、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D2.(涡流的应用)安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警.以下关于这个安检门的说法正确的是()A.这个安检门也能检查出毒品携带者B.这个安检门只能检查出金属物品携带者C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出 金属物品携带者D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了 电流的磁效应解析这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A错，B

11、对.若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错.安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D对.答案BD3.(电磁阻尼的理解与应用)如图9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9A.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C4.(电磁驱动的理解与应用)如图10所示，磁极远离和靠近圆环时产生的现象正确的是 ()图10A.图中