《（通用）高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.7 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動課件 新人教選修32》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（通用）高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.7 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動課件 新人教選修32（27頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、7 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動 第四章 電磁感應(yīng) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道渦流的產(chǎn)生原因及渦流的防止和應(yīng)用. 2.知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理和應(yīng)用. 內(nèi)容索引 自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ) 重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn) 達(dá)標(biāo)檢測 檢測評價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān) 自主預(yù)習(xí) 一一、渦流渦流 1.渦流：當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生 ，電流在導(dǎo)體中組成閉合回路，很像 ，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流. 2.渦流大小的決定因素：磁場變化越 ( 越 )， 導(dǎo)體的橫截面積S越 ，導(dǎo)體材料的電阻率越 ，形成的渦流就越大. 二二、電磁阻尼電磁阻尼 當(dāng)導(dǎo)體在 運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力
2、，安培力的方向總是 導(dǎo)體的運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼. 感應(yīng)電流 水中的旋渦 快 大 大 小 磁場中 阻礙 Bt 三三、電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動 若磁場相對導(dǎo)體運(yùn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到 的作用， 使導(dǎo)體運(yùn)動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動. 安培力 安培力 即學(xué)即用即學(xué)即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)導(dǎo)體中有渦流時(shí)，導(dǎo)體沒有和其他元件組成閉合回路，故導(dǎo)體不會發(fā)熱.( ) (2)電磁阻尼和電磁驅(qū)動均遵循楞次定律.( ) (3)電磁阻尼發(fā)生的過程，存在機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化.( ) (4)電磁驅(qū)動中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電磁阻尼中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生.( ) 答案 2.光滑曲面與豎直平面的交
3、線是拋物線，如圖1所示，拋物線的方程為yx2，其下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場中，磁場的上邊界是ya的直線(如圖中的虛線所示).一個(gè)質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線上yb(ba)處以速度v沿拋物線下滑，假設(shè)曲面足夠長，重力加速度為g，則金屬塊 在曲面上滑動的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量為_. 圖1 答案 mg(ba)12mv2 重點(diǎn)探究 導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究 如圖2所示，線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，導(dǎo)體中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀像什么？ 一、渦流 答案 圖2 答案答案 有.變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場產(chǎn)生感生電場，使導(dǎo)體中的自由電子發(fā)生定向移動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，它的形狀像水中的旋渦，所以把它叫做渦
4、電流，簡稱渦流. 知識深化知識深化 1.產(chǎn)生渦流的兩種情況產(chǎn)生渦流的兩種情況 (1)塊狀金屬放在變化的磁場中. (2)塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動. 2.產(chǎn)生渦流時(shí)的能量轉(zhuǎn)化產(chǎn)生渦流時(shí)的能量轉(zhuǎn)化 (1)金屬塊在變化的磁場中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. (2)金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，由于克服安培力做功，金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 3.渦流的應(yīng)用與防止渦流的應(yīng)用與防止 (1)應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門等. (2)防止：為了減小電動機(jī)、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的硅鋼做材料，而且用相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯. 例例1 (多選)
5、“電磁感應(yīng)鋁箔封口機(jī)”被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中，如圖3所示為一手持式封口機(jī)，它的工作原理是：當(dāng)接通電源時(shí)，內(nèi)臵線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁感線穿過封口鋁箔材料時(shí)，瞬間產(chǎn)生大量小渦流，致使鋁箔自行快速發(fā)熱，熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在承封容器的封口處，達(dá)到迅速封口的目的.下列有關(guān)說法正確的是 A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔 B.該封口機(jī)可用干電池作為電源以方便攜帶 C.封口過程中溫度過高，可適當(dāng)減小所通電流的頻率來解決 D.該封口機(jī)適用于玻璃、 塑料等多種材質(zhì)的容器封口，但不適用于金屬容器 圖3 答案 解析 例例2 (多選)如圖4所示，閉合金屬環(huán)從光滑曲面上h高處滾
6、下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)環(huán)的初速度為零，摩擦不計(jì)，曲面處在圖中磁場中，則 A.若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度小于h B.若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度等于h C.若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度等于h D.若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度小于h 圖4 答案 解析 解析解析 若磁場為勻強(qiáng)磁場，穿過環(huán)的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，即無機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒，故A錯(cuò)誤，B正確； 若磁場為非勻強(qiáng)磁場，環(huán)內(nèi)要產(chǎn)生電能，機(jī)械能減少，故C錯(cuò)誤，D正確. 導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究 彈簧上端固定，下端懸掛一個(gè)磁鐵.將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時(shí)間才停下來.如果在磁鐵下端放一個(gè)固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時(shí)
7、穿過它(如圖5所示)，磁鐵就會很快停下來，解釋這個(gè)現(xiàn)象. 二、電磁阻尼 圖5 答案答案 當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時(shí)，在閉合線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場會阻礙磁鐵靠近或離開線圈，也就使磁鐵振動時(shí)除了受空氣阻力外，還要受到線圈的磁場阻力，克服阻力需要做的功較多，機(jī)械能損失較快，因而會很快停下來. 答案 知識深化知識深化 1.閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，導(dǎo)體在磁場中就要受到磁場力的作用，根據(jù)楞次定律，磁場力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動，于是產(chǎn)生電磁阻尼現(xiàn)象. 2.電磁阻尼是一種十分普遍的物理現(xiàn)象，任何在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體，只要給感應(yīng)電流提供回路，就會存在電磁阻尼作用. 例例3 如
8、圖6所示，上端開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放臵.小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊(不計(jì)空氣阻力) A.在P和Q中都做自由落體運(yùn)動 B.在兩個(gè)下落過程中的機(jī)械能都守恒 C.在P中的下落時(shí)間比在Q中的長 D.落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大 圖6 答案 解析 導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究 一個(gè)閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如圖7所示，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞軸轉(zhuǎn)動.當(dāng)蹄形磁鐵順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)線圈也順時(shí)針轉(zhuǎn)動；蹄形磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)線圈也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動. (1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時(shí)，穿過線圈的磁通量是否變化？ 三、電磁驅(qū)動 圖7 答案答案 變化. 答案 (2)線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什
9、么力？線圈的轉(zhuǎn)動速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動速度什么關(guān)系？ 答案答案 線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來.線圈的轉(zhuǎn)動速度小于磁鐵的轉(zhuǎn)動速度. 答案 知識深化知識深化 電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較 1.電磁阻尼中安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動；電磁驅(qū)動中導(dǎo)體所受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同，推動導(dǎo)體運(yùn)動. 2.電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電磁驅(qū)動中由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，部分電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對外做功. 例例4 如圖8所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO轉(zhuǎn)動.從上向下看，
10、當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，則 A.線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 B.線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小 C.線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵大 D.線圈靜止不動 圖8 答案 解析 解析解析 由楞次定律可知，線圈將與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)速一定小于磁鐵的轉(zhuǎn)速.如兩者的轉(zhuǎn)速相同，磁感線與線圈處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，線圈不切割磁感線，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，B正確，A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤. 1.由楞次定律的推廣含義知，線圈的運(yùn)動可以阻礙兩者間的相對運(yùn)動，所以其角速度必小于磁鐵轉(zhuǎn)動的角速度. 2.電磁驅(qū)動和電磁阻尼的聯(lián)系：電磁驅(qū)動和電磁阻尼現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙導(dǎo)體間的相對運(yùn)動. 總結(jié)提升總結(jié)提升 達(dá)標(biāo)檢測 1.(渦流的應(yīng)用與
11、防止渦流的應(yīng)用與防止)(多選)變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成，而不采用一塊整硅鋼，這是為了 A.增大渦流，提高變壓器的效率 B.減小渦流，提高變壓器的效率 C.增大渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量 D.減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量 答案 解析 解析解析 采用薄硅鋼片疊壓在一起，目的是減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量，進(jìn)而提高變壓器的效率，故選項(xiàng)B、D正確. 1 2 3 4 2.(渦流的應(yīng)用與防止渦流的應(yīng)用與防止)(多選)如圖9所示是用渦流金屬探測器探測地下金屬物的示意圖，下列說法中正確的是 A.探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生交變磁場 B.只有有磁性的金屬物才會被探測器探測到 C.探測到地下的金屬物是因?yàn)樘筋^中產(chǎn)生
12、了渦流 D.探測到地下的金屬物是因?yàn)榻饘傥镏挟a(chǎn)生了渦流 答案 圖9 1 2 3 4 解析解析 線圈通電后在安培力作用下轉(zhuǎn)動，鋁框隨之轉(zhuǎn)動，在鋁框內(nèi)產(chǎn)生渦流.渦流將阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來，這樣做是利用渦流來起電磁阻尼的作用，故B、C正確. 3.(對電磁阻尼的理解對電磁阻尼的理解)(多選)如圖10所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是 A.防止渦流而設(shè)計(jì)的 B.利用渦流而設(shè)計(jì)的 C.起電磁阻尼的作用 D.起電磁驅(qū)動的作用 答案 圖10 解析 1 2 3 4 4.(對電磁驅(qū)動的理解對電磁驅(qū)動的理解)(多選)1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”.實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放臵，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖11所示.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后.下列說法正確的是 A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢 B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動 C.在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中，磁針的磁場穿過整 個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化 D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動形成電 流，此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動 答案 圖11 1 2 3 4
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