2012高二物理课件：第四章 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 (新人教版选修3-2)

7涡流、电磁阻尼和电磁驱动知识点1涡流1．定义：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时产生的在金属块内自成闭合回路的感应电流．2．涡流的热效应(1)定义：由于块状金属导体存在电阻，当涡流在导体中流动时，就会产生电热，这就是涡流的热效应．(2)应用：①真空冶炼炉；②电磁炉：炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而生热；③金属探测器：探雷器、安检门等.(3)危害：发热浪费能量．(4)预防：增大回路的电阻．知识点2电磁阻尼1．定义：导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到总是要阻碍导体的相对运动的安培力的作用.2．应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等．知识点3电磁驱动1．定义：当磁场相对于导体转动时，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而运动起来的现象．2．应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等．涡流电磁阻尼电磁驱动区别感应电流块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时，金属块内产生的感应电流导体相对于磁场运动时，导体产生感应电流磁场相对于导体运动时，导体产生感应电流能量将电磁感应现象产生的电能转化为内能机械能、电能、内能之间的转化电能与机械能之间的转化区别效果在导体中产生电磁感应现象使其内部构成的通路产生焦耳热产生的感应电流使导体受到的安培力的作用而阻碍它们间的相对运动联系都是电磁感应规律的具体应用知识点4涡流、电磁阻尼、电磁驱动的区别与联系【例1】高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图4－7－1所示．将半径为10cm的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B的变化率为1π×104T/s.焊接处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99倍．工件非焊接部分每单位长度上的电阻为R0＝10－3πΩ·m－1，焊接的缝宽非常小，求焊接过程中焊接处产生的热功率．(取π2＝10，不计温度变化对电阻的影响)图4－7－1工件非焊接部分的电阻R1＝R0·2πr，代入数据得R1＝2×10-3ΩE＝ΔΦΔt＝S·ΔBΔt＝πr2·ΔBΔt＝100V解析：当线圈中通过高频交变电流时，由于电磁感应，圆形金属工件中产生的感应电动势大小为焊接部分的电阻R2＝99R1，根据串联电路的电压分配关系，R2两端电压U＝R2R1＋R2E由P＝U2R得，焊接处产生的热功率P＝U2R2＝R2E2R1＋R22，代入数据解得P＝4.95×104W.1.如图4－7－2所示，在水平地面下有一条沿东西方向铺设的水平直导线，导线中通有自东向西稳定、强大的直流电流．现用一闭合的检测线圈(线圈中串有灵敏的检流计，图中未画出)检测此通电直导线的位置，若不考虑地磁场的影响，在检测线圈位于水平面内，从距直导线很远处由此向南沿水平地面通过导线的上方并移至距直导线很远处的过程中，俯视检测线圈，其中的感应电流的方向是()图4－7－2A．先顺时针后逆时针B．先逆时针后顺时针C．先逆时针后顺时针，然后再逆时针D．先顺时针后逆时针，然后再顺时针解析：开始时线圈中磁感线方向向下，靠近过程逐渐增多，磁通量增大，由楞次定律可知，线圈中的感应电流逆时针．越过导线过程中，向下的磁感线减小，向上的增多，由楞次定律可知，线圈中的感应电流顺时针．远离过程中，向上的磁感线减少，磁通量减小，由楞次定律可知，线圈中的感应电流逆时针．答案：C题型1涡流的产生与判断【例2】光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图4－7－3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(图中虚线所示)，一个小金属块从抛物线上y＝b(ba)处以速度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4－7－3A．mgdB.12mv2C．mg(b－a)D．mg(b－a)＋12mv2解析：小金属块进入或离开磁场时，由于涡流现象产生焦耳热，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y＝a时，金属块不再进出磁场，不再产生焦耳热，金属块机械能不再损失，在磁场中往复运动．由于金属块减少的动能和重力势能全部转化为内能，所答案：D以Q＝12mv2＋mgb－mga＝mg(b－a)＋12mv2.2．某磁场磁感线如图4－7－4所示，有铜线圈自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向为()C图4－7－4A．始终顺时针C．先顺时针，再逆时针B．始终逆时针D．先逆时针，再顺时针题型2电磁阻尼、电磁驱动分析【例3】如图4－7－5所示，两个相等的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是()A．同时向左运动，间距变大B．同时向左运动，间距变小C．同时向右运动，间距变小D．同时向右运动，间距变小图4－7－5解析：当条形磁铁向左运动靠近两环时，将使穿过两环中的磁通量都增加，根据楞次定律，两环的运动都阻碍磁铁相对环的运动，即阻碍“靠近”，那么两环都向左运动．又由于两环中的感应电流方向相同，两平行的同向电流间有相互吸收的磁场力，因而两环间的距离要减小，故B项选项正确．答案：B3．在水平放置的光滑绝缘杆ab上，挂有一个金属环，该环套在一个通电螺线管的正中央部位，如图4－7－6所示，当)滑动变阻器的滑片向右移动的过程中，该环将(图4－7－6A．向左移动B．向右移动C．不动，但面积有扩大的趋势D．不动，但面积有缩小的趋势解析：滑动头向右移动，电阻变大，电流变小，穿过线圈的磁通量减小，所以线圈的面积缩小，阻碍磁通量的减小，又因为在正中央，金属环不动．答案：D