物理：4.7《涡流》涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件（人教版选修3-2）

欢迎进入物理课堂 1 了解涡流产生的原理 涡流的防止和应用 2 了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用 3 提高学习兴趣 培养用理论知识解决实际问题的能力 读教材 填要点 1 涡流 电磁感应 感应 很强 真空冶炼炉 探雷器 安检门 电阻率 硅钢片 关键一点 变压器的铁芯用硅钢片叠成 是为了增大涡流回路的电阻 减少电能损失 2 电磁阻尼 1 概念 当导体在磁场中运动时 电流会使导体受到安培力 安培力的方向总是导体运动的现象 2 应用 磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速 便于读数 感应 阻碍 停下来 3 电磁驱动 1 概念 磁场相对于导体转动时 导体中会产生感应电流 感应电流使导体受到的作用 使导体 这种作用称为电磁驱动 2 应用 交流感应电动机 安培力 安培力 运动起来 试身手 夯基础 1 下列应用与涡流有关的是 A 家用电磁炉B 家用微波炉C 真空冶炼炉D 探雷器解析 家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流的热效应工作 探雷器利用涡流的磁效应工作 而微波炉利用高频电磁波工作 答案 ACD 2 甲 乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO 旋转 当给以相同的初始角速度开始转动后 由于阻力 经相同的时间后便停止 若将环置于磁感应强度为B且大小相同的匀强磁场中 甲环的转轴与磁场方向平行 乙环的转轴与磁场方向垂直 如图4 7 1所示 当甲 乙两环同时以相同的角速度开始转动后 则下列判断正确的是 图4 7 1 A 甲环先停B 乙环先停C 两环同时停下D 无法判断两环停止的先后解析 甲不产生感应电流 乙产生感应电流 机械能不断转化为内能 故乙环先停下来 答案 B 3 图4 7 2是称为阻尼摆的示意图 在轻质杆上固定一金属薄片 轻质杆可绕上端O点在竖直面内转动 一水平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面 使摆从图中实线位置释放 摆很快就会停止摆动 若将摆改成梳齿状 还是从同一位置释放 摆会摆动较长的时间 试定性分析其原因 图4 7 2 解析 第一种情况下 阻尼摆进入有界磁场后 在摆中会形成涡流 而金属薄片在磁场中所受的安培力总是阻碍金属片的摆动 因此会很快停下来 第二种情况下 将金属摆改成梳齿状 阻断了涡流形成的回路 从而减弱了涡流 受到的阻碍会比先前小得多 所以会摆动较长的时间 答案 前者摆中形成较强涡流 后者改成梳齿状 减弱了涡流 受到阻碍变小 4 如图4 7 3所示 闭合铝框和条形磁铁位于同一平面内 现让条形磁铁绕OO 转动 发现铝框也随之转动 这种现象叫做 若固定图4 7 3铝框 而让条形磁铁绕OO 轴转动起来 不考虑轴摩擦及空气阻力 结果条形磁铁 这种现象叫做 解析 当条形磁铁转动时 铝框中因磁通量变化 产生感应电流 铝框将在安培力作用下发生转动 这种现象叫做电磁驱动 当铝框固定不动时 条形磁铁转动也会使铝框中产生感生电流 而感应电流将阻碍这种相对运动 使条形磁铁很快停下来 这种现象叫做电磁阻尼 答案 电磁驱动很快停下来电磁阻尼 1 涡流的实质 1 涡流仍然是由电磁感应而产生的 它仍然遵循感应电流的产生条件 特殊之处在于涡流产生于块状金属中 2 严格地说 在变化的磁场中的一切导体内都有涡流产生 只是涡流的大小有区别 以致一些微弱的涡流被我们忽视了 2 可以产生涡流的两种情况 1 把块状金属放在变化的磁场中 2 让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动 3 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 金属块的机械能转化为电能 最终转化为内能 4 应用 1 涡流热效应的应用 如真空冶炼炉 2 涡流磁效应的应用 如地雷探测器 机场的安检门 5 涡流的危害及防止 1 在各种电机 变压器中 涡流是非常有害的 首先它会使铁芯的温度升高 从而危害到线圈绝缘材料的寿命 严重时会使材料报废 其次涡流发热要消耗额外的能量 使电机 变压器的效率降低 2 为了减少涡流 变压器 电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成 而是用薄薄的硅钢片叠合而成 一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大 从而减少损耗 另一方面 每层硅钢片之间都是绝缘的 阻断了涡流的通路 进一步地减小了涡流的发热 计算表明 涡流的损耗与硅钢片的厚度的平方成正比 1 如图4 7 4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 4A 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 思路点拨 解答本题时应注意以下两点 1 穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件 2 涡流是在导体内产生的 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 故C正确 答案 C 1 涡流是整块导体中发生的电磁感应现象 分析涡流一般运用楞次定律和法拉第电磁感应定律 2 导体内部可以等效为许多闭合电路 3 导体内部发热的原理是电流的热效应 名师点睛 电磁阻尼 电磁驱动都是电磁感应现象 在这两种现象中可以运用楞次定律分析导体的受力情况 运用力学知识和能量守恒定律分析导体的运动情况和能量转化情况 2 如图4 7 5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 转速与磁铁相同图4 7 5B 线圈将逆时针转动 转速比磁铁小C 线圈转动时将产生交流电D 线圈转动时感应电流的方向始终是abcda 思路点拨 解答本题时应把握以下两点 1 线圈转动方向及感应电流方向的判定需用楞次定律 2 线圈的转速与磁铁的转速的关系 解析 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 线圈中产生交流电 故C对 D错 由楞次定律的推广含义可知 线圈将与磁极同向转动 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 线圈不切割磁感线 无感应电流产生 答案 BC 1 电磁阻尼是感应电流受到的安培力对导体做负功 阻碍导体运动 而电磁驱动是感应电流受到的安培力对导体做正功 推动导体运动 2 在电磁驱动中 主动部分与被动部分的运动 或转动 方向一致 被动部分的速度 或角速度 较小 点击此图片进入 随堂检测归纳小结 1 涡流是导体内部由于电磁感应而产生的感应电流 它仍然遵循法拉第电磁感应定律和楞次定律 2 当导体在磁场中运动时 产生的感应电流使导体受到安培力作用 而且安培力的方向与导体运动方向相反 从而阻碍导体的运动 此过程导体因克服安培力做功产生电能 3 由于磁场运动引起磁通量变化而产生感应电流 从而使导体受到安培力的作用 导体在安培力作用下沿磁场运动的方向运动 这就是电磁驱动 此过程中通过安培力做功使电能转化为导体的机械能 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全