高中物理4.7《渦流 電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)》課件(新人教版選修3-2)

1、4.7 4.7 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)第四章第四章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)新課標(biāo)高中物理選修新課標(biāo)高中物理選修3 32 2大化縣第二中學(xué)大化縣第二中學(xué) 覃日覃日 根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，當(dāng)如右圖所示的根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，當(dāng)如右圖所示的磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)變化( (可能是由于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流變化可能是由于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流變化) )時(shí)，時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子就會(huì)在此電場(chǎng)力的作用下定向?qū)w中的自由電子就會(huì)在此電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流是像旋渦移動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流。渦電流。BE B變

2、化導(dǎo)體環(huán)中發(fā)生的現(xiàn)象變化導(dǎo)體環(huán)中發(fā)生的現(xiàn)象?如果如果環(huán)不斷增粗直到變成一圓盤又會(huì)發(fā)環(huán)不斷增粗直到變成一圓盤又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象生什么現(xiàn)象?一一. .渦流渦流1.1.當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí), ,這個(gè)線圈附近這個(gè)線圈附近的的任何導(dǎo)體任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流-渦流渦流. .渦流及應(yīng)用2.2.金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量熱量, ,如果金屬的電阻如果金屬的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量也很多。率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量也很多。3.3.應(yīng)用應(yīng)用(1)(1)利用利用a.a.真空冶煉爐，高頻焊接真空冶煉爐，高頻焊接生活中的物理：電磁灶的工作

3、原理生活中的物理：電磁灶的工作原理電磁灶的臺(tái)面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)通上交替變化極快的交流電時(shí)，在臺(tái)板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場(chǎng)，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強(qiáng)渦流，當(dāng)渦流受材料電阻的阻礙時(shí)，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。b.b.探雷器探雷器門框門框報(bào)警電路線圈線圈c.c.安檢門安檢門探雷器探雷器金屬探測(cè)器金屬探測(cè)器 線圈中流過變化的電流線圈中流過變化的電流, ,在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱鐵芯發(fā)熱, ,浪費(fèi)了能量浪費(fèi)了能量, ,還可能損壞電器。還可能損壞電器。減少渦流的途徑減少渦流的途徑: :a.a.增大鐵芯材料的電阻率增大鐵芯材料的電阻率, ,常用的材料是硅

4、鋼。常用的材料是硅鋼。(2) (2) 減少渦流減少渦流b.b.用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。鋼鐵芯。二二. .電磁阻尼電磁阻尼1.1.當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)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)體感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力受到安培力, ,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)動(dòng)-電磁阻尼電磁阻尼2.2.討論討論: : (1)(1)為什么用鋁框做線圈骨架？為什么用鋁框做線圈骨架？V(2)(2)、微安表的表頭在運(yùn)輸時(shí)為何應(yīng)該把、微安表的表頭在運(yùn)輸時(shí)為何應(yīng)該把 兩個(gè)接線柱連在一起？?jī)蓚€(gè)接線柱連在一起？ 電學(xué)測(cè)量?jī)x表要求指針

5、的擺動(dòng)很快停下來，以便可以迅速出讀數(shù)。電流表的線圈要繞在鋁框上，當(dāng)被測(cè)電流通過線圈時(shí)，線圈帶動(dòng)指針和鋁框一起轉(zhuǎn)動(dòng)。鋁框在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生渦流，磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)渦流的作用力阻礙它們的擺動(dòng)，于是使指針很快地穩(wěn)定指到讀數(shù)位置上。三三. .電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)1 1、如磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)、如磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng), ,在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流生感應(yīng)電流, ,感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用作用, ,安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來-電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)。 2 2、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的 原理工作的。原理工作的。v線圈轉(zhuǎn)動(dòng)與磁鐵同向，但

6、轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同線圈轉(zhuǎn)動(dòng)與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。向異步。v電磁阻尼是導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，電磁阻尼是導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，v而電磁驅(qū)動(dòng)是磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)。而電磁驅(qū)動(dòng)是磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)。v安培力的作用都是阻礙它們間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。安培力的作用都是阻礙它們間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。三三. .電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng) 如右圖所示，在O點(diǎn)正下方有一個(gè)具有理想邊界的磁場(chǎng)，銅環(huán)在A點(diǎn)由靜止釋放，向右擺至最高點(diǎn)B，不考慮空氣阻力，則下列說法正確的是() AA、B兩點(diǎn)在同一水平線 BA點(diǎn)高于B點(diǎn) CA點(diǎn)低于B點(diǎn) D銅環(huán)將做等幅擺動(dòng) 解析：銅環(huán)在進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)的過程中，穿過環(huán)的磁通量發(fā)生變化，則環(huán)中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故

7、應(yīng)損耗一定的機(jī)械能所以A點(diǎn)高于B點(diǎn) 答案：B變式遷移變式遷移 1.右圖是利用高頻交流電焊接自行車零件的原理示意圖，其中外圈A是通高頻交變電流的線圈，B是自行車零件，a是待焊接口，焊接時(shí)接口兩端接觸在一起當(dāng)A中通有交變電流時(shí)，B中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得接口處金屬熔化焊接起來 (1)試分析說明，焊接的快慢與交變電流的頻率有什么關(guān)系？ (2)試解釋說明，為什么焊接過程中，接口a處被熔化而零件的其他部分并不很熱？解析：(1)A中交變電流的頻率越高，B中磁通量的變化率越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，感應(yīng)電流I越大，所以電流熱功率PI2R也越大，焊接得越快(2)B中各處電流大小相等，但接口a處電阻大，電流熱功率

8、大，而其他部分電阻小，電流熱功率小，所以接口a處已被熔化而零件其他部分并不很熱 磁電式儀表的線圈通常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是()A防止渦流B利用渦流C起電磁阻尼的作用 D起電磁驅(qū)動(dòng)的作用解析：線圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，就是渦流渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來所以，這樣做的目的是利用渦流來起電磁阻尼的作用答案：BC變式遷移變式遷移 2如右圖所示，讓一金屬圓盤接近磁鐵的兩極，但不接觸使磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)這種現(xiàn)象稱為“電磁驅(qū)動(dòng)”請(qǐng)你說明電磁驅(qū)動(dòng)的原理 解析：當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤上不同位置的磁通量發(fā)生變化，因而

9、圓盤中會(huì)有渦流形成，該渦流的磁場(chǎng)阻礙磁通量的變化，使圓盤隨著磁鐵一起轉(zhuǎn)，但圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度比磁鐵慢1(2011年寧夏銀川)電磁爐是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物下列相關(guān)的說法中正確的是()A鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場(chǎng)變化的頻率有關(guān)B電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作C金屬或環(huán)保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物D電磁爐的上表面一般都用金屬材料制成，以加快熱傳遞、減少熱損耗解析：渦流是高頻交流電產(chǎn)生的磁場(chǎng)引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故選項(xiàng)A正確B錯(cuò)誤；電磁爐表面一般用絕緣材料制成，避免產(chǎn)生渦流，鍋體用金屬制成利用渦流加熱物體，故選項(xiàng)CD錯(cuò)誤答案：A基礎(chǔ)鞏固基礎(chǔ)鞏固 5光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如下圖所示，拋物線的方程是yx2，下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是ya的直線(圖中的虛線所示)，一個(gè)小金屬塊從拋物線上yb(ba)處以初速度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() Amgb B. mv2 Cmg(ba) Dmg(ba) mv2能力提升能力提升解析：金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)，由于渦流現(xiàn)象產(chǎn)生焦耳熱而使機(jī)械能減少解答本題首先應(yīng)明確金屬塊的初、末狀態(tài)，然后根據(jù)金屬塊機(jī)械能的變化