人教版物理：4.7《涡流》涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件(人教版选修3-2)

1、1了解涡流产生的原理，涡流的防止和应了解涡流产生的原理，涡流的防止和应 用。用。2了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用。了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用。3提高学习兴趣，培养用理论知识解决实提高学习兴趣，培养用理论知识解决实 际问题的能力。际问题的能力。读教材读教材填要点填要点1涡流涡流定定 义义由于由于 ，在导体中产生的像水中旋涡样，在导体中产生的像水中旋涡样的的 电流电流特特 点点若金属的电阻率小，涡流往往若金属的电阻率小，涡流往往 ，产生的热，产生的热量很多量很多应应 用用(1)涡流热效应的应用：如涡流热效应的应用：如 (2)涡流磁效应的应用：如涡流磁效应的应用：如 、电磁感应电磁感应感应感应很

2、强很强真空冶炼炉真空冶炼炉探雷器探雷器安检门安检门防防 止止电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器致浪费能量，损坏电器(1)途径一：增大铁芯材料的途径一：增大铁芯材料的 (2)途径二：用相互绝缘的途径二：用相互绝缘的 叠成的铁芯代替整叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯个硅钢铁芯电阻率电阻率硅钢片硅钢片 关键一点关键一点变压器的铁芯用硅钢片叠成，是为变压器的铁芯用硅钢片叠成，是为了增大涡流回路的电阻，减少电能损失。了增大涡流回路的电阻，减少电能损失。 2电磁阻尼电磁阻尼 (1)概念：当导体在磁场中运动时，概念：当导体在磁场中运动时

3、， 电流会使导电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是体受到安培力，安培力的方向总是 导体运动的现象。导体运动的现象。 (2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速 ，便于读数。，便于读数。感应感应阻碍阻碍停下来停下来 3电磁驱动电磁驱动 (1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应概念：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电流，感应电流使导体受到 的作用，的作用， 使使导体导体 ，这种作用称为电磁驱动。，这种作用称为电磁驱动。 (2)应用：交流感应电动机。应用：交流感应电动机。安培力安培力安培力安培力运动起来运动起来试

4、身手试身手夯基础夯基础1下列应用与涡流有关的是下列应用与涡流有关的是 ()A家用电磁炉家用电磁炉B家用微波炉家用微波炉C真空冶炼炉真空冶炼炉 D探雷器探雷器解析：解析：家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流的热效应家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流的热效应工作，探雷器利用涡流的磁效应工作，而微波炉利工作，探雷器利用涡流的磁效应工作，而微波炉利用高频电磁波工作。用高频电磁波工作。答案：答案：ACD2甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO旋转，当给旋转，当给以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于

5、磁感应强度为时间后便停止；若将环置于磁感应强度为B且大小相同且大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图轴与磁场方向垂直，如图471所示，当甲、乙两环同所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是 ()图图471A甲环先停甲环先停 B乙环先停乙环先停C两环同时停下两环同时停下 D无法判断两环停止的先后无法判断两环停止的先后解析：解析：甲不产生感应电流，乙产生感应电流，机械能不甲不产生感应电流，乙产生感应电流，机械能不断转化为内能，故乙环先停下来

6、。断转化为内能，故乙环先停下来。答案：答案：B3.图图472是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一 金属薄片，轻质杆可绕上端金属薄片，轻质杆可绕上端O点在竖直面内转动，一水点在竖直面内转动，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，摆会摆动较长的时间。齿状，还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间。 试定性分析其原因。试定性分析其原因。 图图472解析：解析：第一种情况下，阻尼摆进入

7、有界磁场后，在摆中会形第一种情况下，阻尼摆进入有界磁场后，在摆中会形成涡流，而金属薄片在磁场中所受的安培力总是阻碍金属片成涡流，而金属薄片在磁场中所受的安培力总是阻碍金属片的摆动，因此会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成的摆动，因此会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到的梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到的阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间。阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间。答案：答案：前者摆中形成较强涡流，后者改成梳齿状，减弱了涡前者摆中形成较强涡流，后者改成梳齿状，减弱了涡流，受到阻碍变小。流，受到阻碍变

8、小。4.如图如图473所示，闭合铝框和条形磁所示，闭合铝框和条形磁 铁位于同一平面内，现让条形磁铁绕铁位于同一平面内，现让条形磁铁绕 OO转动，发现铝框也随之转动，这转动，发现铝框也随之转动，这 种现象叫做种现象叫做_，若固定，若固定 图图473 铝框，而让条形磁铁绕铝框，而让条形磁铁绕OO轴转动起来，不考虑轴摩轴转动起来，不考虑轴摩 擦及空气阻力，结果条形磁铁擦及空气阻力，结果条形磁铁_，这种现，这种现 象叫做象叫做_。解析：解析：当条形磁铁转动时，铝框中因磁通量变化，产生当条形磁铁转动时，铝框中因磁通量变化，产生感应电流，铝框将在安培力作用下发生转动，这种现象感应电流，铝框将在安培力作用下

9、发生转动，这种现象叫做电磁驱动；当铝框固定不动时，条形磁铁转动也会叫做电磁驱动；当铝框固定不动时，条形磁铁转动也会使铝框中产生感生电流，而感应电流将阻碍这种相对运使铝框中产生感生电流，而感应电流将阻碍这种相对运动，使条形磁铁很快停下来，这种现象叫做电磁阻尼。动，使条形磁铁很快停下来，这种现象叫做电磁阻尼。答案：答案：电磁驱动很快停下来电磁阻尼电磁驱动很快停下来电磁阻尼 1涡流的实质涡流的实质 (1)涡流仍然是由电磁感应而产生的，它仍然遵循感应涡流仍然是由电磁感应而产生的，它仍然遵循感应电流的产生条件，特殊之处在于涡流产生于块状金属中。电流的产生条件，特殊之处在于涡流产生于块状金属中。 (2)严

10、格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流严格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流产生，只是涡流的大小有区别，以致一些微弱的涡流被我产生，只是涡流的大小有区别，以致一些微弱的涡流被我们忽视了。们忽视了。 2可以产生涡流的两种情况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。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。让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。 3涡流中的能量转化涡流中的能量转化 涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并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，则属块中转化为内

11、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。属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。 4应用应用 (1)涡流热效应的应用，如真空冶炼炉。涡流热效应的应用，如真空冶炼炉。 (2)涡流磁效应的应用，如地雷探测器、机场的安检门。涡流磁效应的应用，如地雷探测器、机场的安检门。 5涡流的危害及防止涡流的危害及防止 (1)在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的。首先它在各种电机

12、、变压器中，涡流是非常有害的。首先它会使铁芯的温度升高，从而危害到线圈绝缘材料的寿命，严重会使铁芯的温度升高，从而危害到线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废；其次涡流发热要消耗额外的能量，使电机、时会使材料报废；其次涡流发热要消耗额外的能量，使电机、变压器的效率降低。变压器的效率降低。 (2)为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成。一方面硅钢片的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成。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

13、片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步地减小硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步地减小了涡流的发热。计算表明：涡流的损耗与硅钢片的厚度的平了涡流的发热。计算表明：涡流的损耗与硅钢片的厚度的平方成正比。方成正比。 1.如图如图474所示，在一个绕有所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁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，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通入的电流与水温升高的是 () 图图474A恒定直流、小铁锅恒定直流、小铁锅B恒定直流、玻璃杯恒

14、定直流、玻璃杯C变化的电流、小铁锅变化的电流、小铁锅D变化的电流、玻璃杯变化的电流、玻璃杯思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两点：解答本题时应注意以下两点：(1)穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件。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。涡流是在导体内产生的。解析解析通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会通入恒定直流时，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

15、能，使水温升高；涡流是体内产生涡流，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，故升温，故C正确。正确。答案答案C (1)涡流是整块导体中发生的电磁感应现象，分析涡流是整块导体中发生的电磁感应现象，分析涡流一般运用楞次定律和法拉第电磁感应定律。涡流一般运用楞次定律和法拉第电磁感应定律。 (2)导体内部可以等效为许多闭合电路。导体内部可以等效为许多闭合电路。 (3)导体内部发热的原理是电流的热效应。导体内部发热的原理是电流的热效应。电磁阻尼电磁阻尼电磁驱动电磁驱动不不同同点点成因成因由于导体在磁场中由于导

16、体在磁场中运动而产生感应电运动而产生感应电流，从而使导体受流，从而使导体受到安培力到安培力由于磁场运动引起磁通量由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力从而使导体受到安培力效果效果安培力的方向与导安培力的方向与导体运动方向相反，体运动方向相反，阻碍导体运动阻碍导体运动导体受安培力的方向与导导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动方向相同，推动导体运动体运动电磁阻尼电磁阻尼电磁驱动电磁驱动不不同同点点能量能量转化转化导体克服安培力做导体克服安培力做功，其他形式能转功，其他形式能转化为电能，最终转化为电能，最终转化为内能化为内能由于电磁感应，

17、磁场能转由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机功，电能转化为导体的机械能，而对外做功械能，而对外做功相同点相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动相对运动名师点睛名师点睛 电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，在这两种现电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，在这两种现象中可以运用楞次定律分析导体的受力情况，运用力学知象中可以运用楞次定律分析导体的受力情况，运用力学知识和能量守恒定律分析导体的运动情况和能量转化情况。识

18、和能量守恒定律分析导体的运动情况和能量转化情况。 2.如图如图475所示，蹄形磁铁和矩形所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴线圈均可绕竖直轴OO转动。从上向下看，转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则当磁铁逆时针转动时，则 () A线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 图图475 B线圈将逆时针转动，转速比磁铁小线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C线圈转动时将产生交流电线圈转动时将产生交流电 D线圈转动时感应电流的方向始终是线圈转动时感应电流的方向始终是abcda思路点拨思路点拨解答本题时应把握以下两点：解答本题时应把握以下两点：(1)线圈转动方向及感应电流方向的判

19、定需用楞次定律；线圈转动方向及感应电流方向的判定需用楞次定律；(2)线圈的转速与磁铁的转速的关系。线圈的转速与磁铁的转速的关系。解析解析当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生交流电，故圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生交流电，故C对，对，D错；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转错；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。如果两动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止，线圈不者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生。切割磁感线，无感应电