2019-2020学年高中物理 第4章 电磁感应 第7节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件 新人教版选修

第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动固知识、要点梳理要点一涡流1．定义：在变化的磁场中的导体内产生的1__________，就像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．2．本质：属于2__________现象．3．产生条件：金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中，穿过金属的3__________发生变化，并且金属本身构成闭合回路．感应电流电磁感应磁通量4．涡流的特点当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大．5．涡流中的能量转化涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能．如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果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，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能．6．应用(1)涡流4__________的应用：如真空冶炼炉．(2)涡流5__________的应用：如探雷器、安检门．热效应磁效应7．防止电动机、变压器等设备中为防止铁芯中6__________而导致浪费能量，损坏电器．(1)途径一：增大铁芯材料的7__________．(2)途径二：用相互绝缘的8_______________的铁芯代替整块硅钢铁芯．涡流过大电阻率硅钢片叠成1．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物，下列相关的说法正确的是()A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗解析：选A锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制成锅体，故C错误；电磁炉产生变化的磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量而不是靠热传递，故D错误．2．飞机场安检系统中的安检门可以检测出旅客是否带有金属物体，其基本原理如图所示，闭合电键后，当金属物体靠近线圈时，电路中电流发生变化，而非金属物体靠近时则对电路中的电流没有影响，其原因是()A．金属物体密度大于非金属物体B．金属物体导热性能强于非金属物体C．金属物体反射电磁波的能力强于非金属物体D．金属物体能形成涡流使线圈中的磁通量发生变化解析：选D线圈周围存在磁场，金属物体靠近探测器中的线圈时，相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线，从而在金属物体中产生涡流，金属中的涡流产生磁场又引起线圈中的磁通量发生变化，使电流表示数发生变化，这里应用了电磁感应原理，非金属则不会产生电磁感应现象，D选项正确．3.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y＝x2，其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(如图中的虚线所示)．一个小金属块从抛物线上y＝b(b＞a)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是()A．mgbB．12mv2C．mg(b－a)D．mg(b－a)＋12mv2解析：选D由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒．初状态机械能E1＝mgb＋12mv2，末状态机械能E2＝mga，焦耳热Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋12mv2.要点二电磁阻尼1．定义当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是9__________导体的运动的现象．阻碍2．应用电磁阻尼有不少应用．例如：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数．由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来．为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼力矩，以使线圈迅速稳定在所示值的位置．电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一道理制成的．4.如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜球在A点由静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()A．A、B两点在同一水平线上B．A点高于B点C．A点低于B点D．铜球将做等幅摆动解析：选B铜球进磁场和出磁场的过程中，都有涡流产生，阻碍铜球的摆动，从而有机械能转化为内能，A点高于B点，最终铜球将在磁场中做等幅摆动．故选B.5．如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦)，现让铜盘转动．下面对观察到的现象描述及解释正确的是()A．铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去B．铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去C．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下D．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快解析：选C铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故C正确，A、B、D错误．6.物理课上，老师做了一个“电磁阻尼”实验：如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来；如果在磁铁下方放一个固定的铝质圆环，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来．某同学另找器材再探究此实验．他安装好器材，经反复实验后发现：磁铁下方放置圆环，并没有对磁铁的振动产生影响，对比老师演示的实验，其原因可能是()A．弹簧的劲度系数太小B．磁铁的质量太小C．磁铁的磁性太强D．圆环的材料与老师用的不同解析：选D根据楞次定律可知，磁铁靠近或远离金属圆环时，圆环中产生感应电流，会阻碍磁铁运动，根据能量守恒可知，磁铁的机械能转化为电能，所以振动逐渐减小．当同学另找器材再探究此实验，圆环并没有对磁铁的振动产生影响，原因是圆环中没有产生感应电流，即圆环的材料与老师的不同，D选项正确．要点三电磁驱动1．定义：如果磁场相对于导体转动，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，10__________使导体运动起来的现象．安培力2．形成原因如图，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，假如线圈处于如图所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈在安培力作用下会跟着一起转动起来．楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释．3．电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动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不同点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，推动导体运动电磁阻尼电磁驱动不同点能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，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7．(多选)如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动．从上向下看，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B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小C．线圈转动时将产生感应电流D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda解析：选BC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，线圈中产生感应电流，C正确；线圈相对磁铁转过90°时，其感应电流方向不再是abcda，D错误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度，如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，A错误，B正确．8．如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A.在弧形轨道上高为h的地方，无初速释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB.(1)螺线管A将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能．答案：(1)向右(2)mgh－12MvA2－12mvB2解析：(1)磁铁B向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A向右运动．(2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能，所以mgh＝12MvA2＋12mvB2＋E电．即E电＝mgh－12MvA2－12mvB2.