高中物理 1.7 渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用課件 粵教版選修3-2.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,一、渦流現(xiàn)象 導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象,稱為渦流現(xiàn)象.導(dǎo)體的外周長(zhǎng)越長(zhǎng),交變磁場(chǎng)的頻率越高,渦流就越大.,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,二、電磁灶與渦流加熱 電磁灶采用了磁場(chǎng)感應(yīng)渦流加熱原理,因此利用交變電流通過(guò)線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng).,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,三、感應(yīng)加熱 足夠大的導(dǎo)體中產(chǎn)生很大的渦流,導(dǎo)體中電流可以發(fā)熱,使金屬受熱甚至融化,人們根據(jù)這個(gè)原理,制造出了感應(yīng)爐,用來(lái)冶煉金屬. 在感應(yīng)加熱中,是使用高頻交流電源好,還是使用低頻交流電源好?為什么? 答案：使用高頻電源好,感應(yīng)加熱就是利用感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量,感應(yīng)電流適當(dāng)大些較好,當(dāng)使用高頻交流電源時(shí),它產(chǎn)生高頻變化的磁場(chǎng),磁場(chǎng)中導(dǎo)體內(nèi)的磁通量變化非常迅速,產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,加熱效果會(huì)更好.,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,四、渦流制動(dòng)、探測(cè)及消除 金屬盤(pán)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),從而產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)阻尼力,激起渦流,實(shí)現(xiàn)制動(dòng).生產(chǎn)、生活中,有時(shí)也要避免渦流效應(yīng),以降低能耗.,,,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,一,二,遷移應(yīng)用,一、渦流 1.渦流產(chǎn)生的條件 渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,渦流產(chǎn)生條件是穿過(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生變化,并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路.同時(shí)因?yàn)檎麄€(gè)導(dǎo)體回路的電阻一般很小,所以感應(yīng)電流很大. 2.可以產(chǎn)生渦流的兩種情況 (1)把塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中. (2)讓塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng).,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,一,二,遷移應(yīng)用,3.能量轉(zhuǎn)化 伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成的電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.如果金屬塊放在了變化的磁場(chǎng)中,則磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;如果是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),則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.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,乘坐飛機(jī)的乘客登機(jī)前都要接受安全檢查.如圖是一種手持式安全檢查報(bào)警器.一靠近金屬體,它就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲.這是為什么呢? 答案：在報(bào)警器內(nèi)有一線圈,線圈中通有高頻電流,因此線圈周?chē)兄哳l變化的磁場(chǎng).當(dāng)報(bào)警器靠近金屬體時(shí),線圈的磁場(chǎng)在金屬體中感應(yīng)出渦電流,渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)穿過(guò)線圈,改變線圈中的原磁場(chǎng),使相關(guān)的電子線路產(chǎn)生報(bào)警聲.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】(多選)如圖所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過(guò)了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來(lái).若要縮短上述加熱時(shí)間,下列措施可行的有 ( ) A.增加線圈的匝數(shù) B.提高交流電源的頻率 C.將金屬杯換為瓷杯 D.取走線圈中的鐵芯,解析：根據(jù)題意,金屬杯產(chǎn)生了渦流使水溫度升高.要縮短加熱時(shí)間,應(yīng)使渦流增大.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率,均可使渦流增大,選項(xiàng)A、B正確;換為瓷杯,不能產(chǎn)生渦流,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;取走鐵芯,使渦流減小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案：AB,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)變壓器的鐵芯總是利用薄硅鋼片疊加而成,而不采用一整塊硅鋼,這是為了( ) (導(dǎo)學(xué)號(hào)51130018) 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：BD 解析：本題考查渦流的基本特點(diǎn).渦流的主要效應(yīng)之一就是熱效應(yīng),而變壓器的鐵芯發(fā)熱,是我們不希望出現(xiàn)的,所以不采用整塊硅鋼,而采用薄硅鋼片疊加在一起,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.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,二、電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng) 當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng),這種現(xiàn)象為電磁阻尼.電磁阻尼在實(shí)際中有很多應(yīng)用,教材上說(shuō)的使電學(xué)儀表的指針很快停下來(lái),就是電磁阻尼作用.電磁阻尼還常用于電氣機(jī)車(chē)的電磁制動(dòng)器中. 如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用,安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái),這種作用稱為電磁驅(qū)動(dòng).,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,如圖所示,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)蹄形磁鐵時(shí),線圈也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因就是電磁驅(qū)動(dòng).電磁驅(qū)動(dòng)的原因分析:當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)蹄形磁鐵時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量就發(fā)生變化,例如,線圈處于圖中所示的初始狀態(tài)時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量為零,蹄形磁鐵一轉(zhuǎn)動(dòng),穿過(guò)線圈的磁通量就增加了.根據(jù)楞次定律,此時(shí)線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生,以阻礙磁通量的增加,因而線圈會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái).線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁鐵方向相同,但轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速,即同向異速.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,你能用楞次定律解釋電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象嗎? 答案：當(dāng)磁場(chǎng)變化或?qū)w運(yùn)動(dòng)時(shí),若在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的效果就是阻礙磁場(chǎng)變化,或阻礙導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),若磁場(chǎng)不變,導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),感應(yīng)電流的效果是阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),這就是電磁阻尼.當(dāng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電流阻礙磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),即阻礙磁場(chǎng)與導(dǎo)體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),而使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái),這就是電磁驅(qū)動(dòng).,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 如圖所示,在光滑的水平面上有一半徑r=10 cm、電阻R=1 Ω、質(zhì)量m=1 kg的金屬環(huán),以速度v=10 m/s向一有界磁場(chǎng)滑去.勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,B=0.5 T,從環(huán)剛進(jìn)入磁場(chǎng)算起,到剛好有一半進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),圓環(huán)一共釋放了32 J的熱量,求: (導(dǎo)學(xué)號(hào)51130019) (1)此時(shí)圓環(huán)中電流的瞬時(shí)功率. (2)此時(shí)圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的加速度.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,點(diǎn)撥：(1)圓環(huán)進(jìn)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生感應(yīng)電流,機(jī)械能減少量等于產(chǎn)生的熱量. (2)彎曲導(dǎo)線切割磁感線所受安培力的等效長(zhǎng)度等于兩端點(diǎn)連線長(zhǎng)度.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,答案：(1)0.36 W (2)610-2 m/s2,方向向左,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,如圖所示,上下開(kāi)口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置,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( ) (導(dǎo)學(xué)號(hào)51130020) A.在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng) B.在兩個(gè)下落過(guò)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(zhǎng) D.落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大 答案：C 解析：小磁塊在銅管P中下落時(shí),銅管中產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)阻礙小磁塊的下落,小磁塊的機(jī)械能不守恒,A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤;小磁塊在塑料管Q中下落時(shí)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,小磁塊的機(jī)械能守恒,不難分析知,小磁塊在Q中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間短,落至底部時(shí)的速度大,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤.,知識(shí)鏈接,案例探究,易錯(cuò)警示,易錯(cuò)考點(diǎn):渦流現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題的分析技巧 伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能,最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.如果金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中,則磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;如果是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),則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.,知識(shí)鏈接,案例探究,易錯(cuò)警示,光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線,如圖所示,拋物線下半部分處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的上邊界是y=a的直線(圖中虛線所示),一個(gè)金屬塊從拋物線上y=b(ba)處以速度v沿拋物線下滑,假設(shè)拋物線足夠長(zhǎng),金屬塊沿拋物線下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是( ),知識(shí)鏈接,案例探究,易錯(cuò)警示,解析：金屬塊在進(jìn)出磁場(chǎng)過(guò)程中要產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,機(jī)械能要減少,上升的最大高度不斷降低,最后剛好滑不出磁場(chǎng),做往復(fù)運(yùn)動(dòng)永不停止,根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒,整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)等于機(jī)械能的損失,即Q=ΔE= mv2+mg(b-a),故D正確. 答案：D,知識(shí)鏈接,案例探究,易錯(cuò)警示,利用能量守恒分析電磁感應(yīng)問(wèn)題時(shí),應(yīng)注意明確初、末狀態(tài)及其能量轉(zhuǎn)化,根據(jù)力做功和相應(yīng)形式能的轉(zhuǎn)化列式求解.本題中一定要搞清金屬塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),根據(jù)電磁感應(yīng)知識(shí)和能量守恒確定金屬塊最終活動(dòng)范圍.易犯的錯(cuò)誤是認(rèn)為金屬塊最終停在O點(diǎn)處,也有同學(xué)列公式時(shí)忽略了金屬塊剛開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)具有的動(dòng)能.,