2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应 第7节 涡流、电磁阻尼与电磁驱动课件 新人教版选修

第7节涡流、电磁阻尼与电磁驱动[学习目标]1.了解涡流是怎样产生的。2．了解涡流现象的利用和危害。3．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。4．了解电磁阻尼和电磁驱动。一、涡流1．概念：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作_________。2．应用：__________、_________________、机场安检等。课前预习·落实基础电磁感应涡流探雷器真空冶炼炉3．防止：将电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。因此，我们要想办法减小涡流。途径之一是增大铁芯材料的_________，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。另一个途径就是用________________________叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。电阻率相互绝缘的硅钢片二、电磁阻尼和电磁驱动1．电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，___________会使导体受到安培力，安培力总是________导体运动，这种现象叫电磁阻尼。2．电磁驱动：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，________使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。3．电磁驱动的应用：交流感应电动机。感应电流阻碍安培力判断下列说法的正误。1．涡流也是一种感应电流。()2．导体中有涡流时，导体本身会产热。()3．利用涡流制成的探雷器无法探出“石雷”。()4．电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。()5．电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。()6．电磁驱动时，被驱动的导体中有感应电流。()［自主思考］√√√√√√课堂互动·考点突破考点一对涡流的理解及应用1．对涡流的理解(1)本质：电磁感应现象。(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路。(3)影响涡流大小的因素：磁场变化越快ΔBΔt越大，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。2．产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中。(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。3．能量转化伴随着涡流现象，其他形式的能转化为电能，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，金属的机械能转化为电能，最终转化为内能。[题组突破]1．(多选)如图4－7－1所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有图4－7－1A．增加线圈的匝数B．提高交流电源的频率C．将金属杯换为瓷杯D．取走线圈中的铁芯解析根据题意要缩短加热时间，只需要提高感应电动势，所以增加线圈的匝数、提高交流电源的频率都可以实现，A、B项正确；取走线圈中的铁芯，对应的感应电动势变小，故D项错误；将金属杯换为瓷杯，加热作用消失，故C项错误。答案AB2．(多选)如图4－7－2所示为高频焊接原理示意图，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用图4－7－2A．增大交变电流的电压B．增大交变电流的频率C．增大焊接缝的接触电阻D．减小焊接缝的接触电阻解析逐项分析如下选项诊断结论A电阻、频率相同，增大交变电压，则电流增大，感应电动势和涡流就增大。√B电阻和交变电压相同，增大交变电流频率，则电流变化率也增大。由E＝nΔΦΔt知，感应电动势和涡流就增大。√C在交变电压和频率相同的条件下，产生的感应电动势相同。增大焊接缝处的接触电阻，接触处电阻的电压、功率分配就越大，产生的热量就会越大。√D减小焊接缝处的接触电阻，由C选项分析知热量不能增大×答案ABC3．如图4－7－3所示，在一个绕有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，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图4－7－3A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯解析通入恒定直流时，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升温。答案C电磁阻尼与电磁驱动的比较考点二电磁阻尼与电磁驱动电磁阻尼电磁驱动不同点成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力效果安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动能量转化导体克服安培力做功，其他形式能转化为电能，最终转化为内能由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，而对外做功相同点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相对运动。[例题](2015·全国Ⅰ卷)(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图4－7－4所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法中正确的是图4－7－4A．圆盘上产生了感应电动势B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动[审题探究](1)磁针产生的磁场是怎样的？(2)两个相反方向的磁场穿过圆盘时，如何求磁通量？(3)如何理解感应电动势的产生原理？[解析]当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针磁场的磁感线，产生感应电动势，故选项A正确。如图所示，圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，故选项B正确。在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为0，故选项C错误。圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转，而不会使磁针转动起来，故选项D错误。[答案]AB如图4－7－5所示，弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现［变式训练］图4－7－5A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变C．S闭合或断开，振幅变化相同D．S闭合或断开，振幅都不发生变化解析S断开时，磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中无感应电流，振幅不变；S闭合时有感应电流；磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减少，选项A正确。答案A［课堂回顾知识小结］