人教版物理：47《渦流》渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動課件(人教版選修3-2)

1、1了解渦流產(chǎn)生的原理，渦流的防止和應(yīng)了解渦流產(chǎn)生的原理，渦流的防止和應(yīng) 用。用。2了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動及其應(yīng)用。了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動及其應(yīng)用。3提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)用理論知識解決實提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)用理論知識解決實 際問題的能力。際問題的能力。讀教材讀教材填要點填要點1渦流渦流定定 義義由于由于 ，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的的 電流電流特特 點點若金屬的電阻率小，渦流往往若金屬的電阻率小，渦流往往 ，產(chǎn)生的熱，產(chǎn)生的熱量很多量很多應(yīng)應(yīng) 用用(1)渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用：如渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用：如 (2)渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用：如渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用：如 、電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)感應(yīng)感應(yīng)很

2、強很強真空冶煉爐真空冶煉爐探雷器探雷器安檢門安檢門防防 止止電動機、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過大而導(dǎo)電動機、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過大而導(dǎo)致浪費能量，損壞電器致浪費能量，損壞電器(1)途徑一：增大鐵芯材料的途徑一：增大鐵芯材料的 (2)途徑二：用相互絕緣的途徑二：用相互絕緣的 疊成的鐵芯代替整疊成的鐵芯代替整個硅鋼鐵芯個硅鋼鐵芯電阻率電阻率硅鋼片硅鋼片 關(guān)鍵一點關(guān)鍵一點變壓器的鐵芯用硅鋼片疊成，是為變壓器的鐵芯用硅鋼片疊成，是為了增大渦流回路的電阻，減少電能損失。了增大渦流回路的電阻，減少電能損失。 2電磁阻尼電磁阻尼 (1)概念：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，概念：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時

3、， 電流會使導(dǎo)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是體受到安培力，安培力的方向總是 導(dǎo)體運動的現(xiàn)象。導(dǎo)體運動的現(xiàn)象。 (2)應(yīng)用：磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針迅速應(yīng)用：磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針迅速 ，便于讀數(shù)。，便于讀數(shù)。感應(yīng)感應(yīng)阻礙阻礙停下來停下來 3電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動 (1)概念：磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)概念：磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到 的作用，的作用， 使使導(dǎo)體導(dǎo)體 ，這種作用稱為電磁驅(qū)動。，這種作用稱為電磁驅(qū)動。 (2)應(yīng)用：交流感應(yīng)電動機。應(yīng)用：交流感應(yīng)電動機。安培力安培力安培力安培力運動起來運動起來試

4、身手試身手夯基礎(chǔ)夯基礎(chǔ)1下列應(yīng)用與渦流有關(guān)的是下列應(yīng)用與渦流有關(guān)的是 ()A家用電磁爐家用電磁爐B家用微波爐家用微波爐C真空冶煉爐真空冶煉爐 D探雷器探雷器解析：解析：家用電磁爐和真空冶煉爐利用渦流的熱效應(yīng)家用電磁爐和真空冶煉爐利用渦流的熱效應(yīng)工作，探雷器利用渦流的磁效應(yīng)工作，而微波爐利工作，探雷器利用渦流的磁效應(yīng)工作，而微波爐利用高頻電磁波工作。用高頻電磁波工作。答案：答案：ACD2甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定軸甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO旋轉(zhuǎn)，當(dāng)給旋轉(zhuǎn)，當(dāng)給以相同的初始角速度開始轉(zhuǎn)動后，由于阻力，經(jīng)相同的以相同的初始角速度開始轉(zhuǎn)動后，由于阻力，經(jīng)相同的時間后便停止；若將環(huán)置于

5、磁感應(yīng)強度為時間后便停止；若將環(huán)置于磁感應(yīng)強度為B且大小相同且大小相同的勻強磁場中，甲環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向平行，乙環(huán)的轉(zhuǎn)的勻強磁場中，甲環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向平行，乙環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，如圖軸與磁場方向垂直，如圖471所示，當(dāng)甲、乙兩環(huán)同所示，當(dāng)甲、乙兩環(huán)同時以相同的角速度開始轉(zhuǎn)動后，則下列判斷正確的是時以相同的角速度開始轉(zhuǎn)動后，則下列判斷正確的是 ()圖圖471A甲環(huán)先停甲環(huán)先停 B乙環(huán)先停乙環(huán)先停C兩環(huán)同時停下兩環(huán)同時停下 D無法判斷兩環(huán)停止的先后無法判斷兩環(huán)停止的先后解析：解析：甲不產(chǎn)生感應(yīng)電流，乙產(chǎn)生感應(yīng)電流，機械能不甲不產(chǎn)生感應(yīng)電流，乙產(chǎn)生感應(yīng)電流，機械能不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故乙環(huán)先停下來

6、。斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故乙環(huán)先停下來。答案：答案：B3.圖圖472是稱為阻尼擺的示意圖，在輕質(zhì)桿上固定一是稱為阻尼擺的示意圖，在輕質(zhì)桿上固定一 金屬薄片，輕質(zhì)桿可繞上端金屬薄片，輕質(zhì)桿可繞上端O點在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，一水點在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，一水 平有界磁場垂直于金屬薄片所在的平面。使擺從圖中平有界磁場垂直于金屬薄片所在的平面。使擺從圖中 實線位置釋放，擺很快就會停止擺動；若將擺改成梳實線位置釋放，擺很快就會停止擺動；若將擺改成梳 齒狀，還是從同一位置釋放，擺會擺動較長的時間。齒狀，還是從同一位置釋放，擺會擺動較長的時間。 試定性分析其原因。試定性分析其原因。 圖圖472解析：解析：第一種情況下，阻尼擺進入

7、有界磁場后，在擺中會形第一種情況下，阻尼擺進入有界磁場后，在擺中會形成渦流，而金屬薄片在磁場中所受的安培力總是阻礙金屬片成渦流，而金屬薄片在磁場中所受的安培力總是阻礙金屬片的擺動，因此會很快停下來；第二種情況下，將金屬擺改成的擺動，因此會很快停下來；第二種情況下，將金屬擺改成梳齒狀，阻斷了渦流形成的回路，從而減弱了渦流，受到的梳齒狀，阻斷了渦流形成的回路，從而減弱了渦流，受到的阻礙會比先前小得多，所以會擺動較長的時間。阻礙會比先前小得多，所以會擺動較長的時間。答案：答案：前者擺中形成較強渦流，后者改成梳齒狀，減弱了渦前者擺中形成較強渦流，后者改成梳齒狀，減弱了渦流，受到阻礙變小。流，受到阻礙變

8、小。4.如圖如圖473所示，閉合鋁框和條形磁所示，閉合鋁框和條形磁 鐵位于同一平面內(nèi)，現(xiàn)讓條形磁鐵繞鐵位于同一平面內(nèi)，現(xiàn)讓條形磁鐵繞 OO轉(zhuǎn)動，發(fā)現(xiàn)鋁框也隨之轉(zhuǎn)動，這轉(zhuǎn)動，發(fā)現(xiàn)鋁框也隨之轉(zhuǎn)動，這 種現(xiàn)象叫做種現(xiàn)象叫做_，若固定，若固定 圖圖473 鋁框，而讓條形磁鐵繞鋁框，而讓條形磁鐵繞OO軸轉(zhuǎn)動起來，不考慮軸摩軸轉(zhuǎn)動起來，不考慮軸摩 擦及空氣阻力，結(jié)果條形磁鐵擦及空氣阻力，結(jié)果條形磁鐵_，這種現(xiàn)，這種現(xiàn) 象叫做象叫做_。解析：解析：當(dāng)條形磁鐵轉(zhuǎn)動時，鋁框中因磁通量變化，產(chǎn)生當(dāng)條形磁鐵轉(zhuǎn)動時，鋁框中因磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，鋁框?qū)⒃诎才嗔ψ饔孟掳l(fā)生轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象感應(yīng)電流，鋁框?qū)⒃诎才嗔ψ饔孟?/p>

9、發(fā)生轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象叫做電磁驅(qū)動；當(dāng)鋁框固定不動時，條形磁鐵轉(zhuǎn)動也會叫做電磁驅(qū)動；當(dāng)鋁框固定不動時，條形磁鐵轉(zhuǎn)動也會使鋁框中產(chǎn)生感生電流，而感應(yīng)電流將阻礙這種相對運使鋁框中產(chǎn)生感生電流，而感應(yīng)電流將阻礙這種相對運動，使條形磁鐵很快停下來，這種現(xiàn)象叫做電磁阻尼。動，使條形磁鐵很快停下來，這種現(xiàn)象叫做電磁阻尼。答案：答案：電磁驅(qū)動很快停下來電磁阻尼電磁驅(qū)動很快停下來電磁阻尼 1渦流的實質(zhì)渦流的實質(zhì) (1)渦流仍然是由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，它仍然遵循感應(yīng)渦流仍然是由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，它仍然遵循感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件，特殊之處在于渦流產(chǎn)生于塊狀金屬中。電流的產(chǎn)生條件，特殊之處在于渦流產(chǎn)生于塊狀金屬中。 (2)嚴

10、格地說，在變化的磁場中的一切導(dǎo)體內(nèi)都有渦流嚴格地說，在變化的磁場中的一切導(dǎo)體內(nèi)都有渦流產(chǎn)生，只是渦流的大小有區(qū)別，以致一些微弱的渦流被我產(chǎn)生，只是渦流的大小有區(qū)別，以致一些微弱的渦流被我們忽視了。們忽視了。 2可以產(chǎn)生渦流的兩種情況可以產(chǎn)生渦流的兩種情況 (1)把塊狀金屬放在變化的磁場中。把塊狀金屬放在變化的磁場中。 (2)讓塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。讓塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。 3渦流中的能量轉(zhuǎn)化渦流中的能量轉(zhuǎn)化 渦流現(xiàn)象中，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，并最終在金渦流現(xiàn)象中，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，并最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如果金屬塊放在了變化的磁場中，則屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)

11、能。如果金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果是金屬塊進出磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 4應(yīng)用應(yīng)用 (1)渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用，如真空冶煉爐。渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用，如真空冶煉爐。 (2)渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用，如地雷探測器、機場的安檢門。渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用，如地雷探測器、機場的安檢門。 5渦流的危害及防止渦流的危害及防止 (1)在各種電機、變壓器中，渦流是非常有害的。首先它在各種電機

12、、變壓器中，渦流是非常有害的。首先它會使鐵芯的溫度升高，從而危害到線圈絕緣材料的壽命，嚴重會使鐵芯的溫度升高，從而危害到線圈絕緣材料的壽命，嚴重時會使材料報廢；其次渦流發(fā)熱要消耗額外的能量，使電機、時會使材料報廢；其次渦流發(fā)熱要消耗額外的能量，使電機、變壓器的效率降低。變壓器的效率降低。 (2)為了減少渦流，變壓器、電機里的鐵芯不是由整塊的為了減少渦流，變壓器、電機里的鐵芯不是由整塊的鋼鐵制成，而是用薄薄的硅鋼片疊合而成。一方面硅鋼片的鋼鐵制成，而是用薄薄的硅鋼片疊合而成。一方面硅鋼片的電阻率比一般鋼鐵的要大，從而減少損耗；另一方面，每層電阻率比一般鋼鐵的要大，從而減少損耗；另一方面，每層硅鋼

13、片之間都是絕緣的，阻斷了渦流的通路，進一步地減小硅鋼片之間都是絕緣的，阻斷了渦流的通路，進一步地減小了渦流的發(fā)熱。計算表明：渦流的損耗與硅鋼片的厚度的平了渦流的發(fā)熱。計算表明：渦流的損耗與硅鋼片的厚度的平方成正比。方成正比。 1.如圖如圖474所示，在一個繞有所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是通入的電流與水溫升高的是 () 圖圖474A恒定直流、小鐵鍋恒定直流、小鐵鍋B恒定直流、玻璃杯恒

14、定直流、玻璃杯C變化的電流、小鐵鍋變化的電流、小鐵鍋D變化的電流、玻璃杯變化的電流、玻璃杯思路點撥思路點撥解答本題時應(yīng)注意以下兩點：解答本題時應(yīng)注意以下兩點：(1)穿過回路的磁通量變化是產(chǎn)生渦流的必要條件。穿過回路的磁通量變化是產(chǎn)生渦流的必要條件。(2)渦流是在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的。渦流是在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的。解析解析通入恒定直流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會通入恒定直流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)

15、能，使水溫升高；渦流是體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高；渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會升溫，故升溫，故C正確。正確。答案答案C (1)渦流是整塊導(dǎo)體中發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，分析渦流是整塊導(dǎo)體中發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，分析渦流一般運用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律。渦流一般運用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律。 (2)導(dǎo)體內(nèi)部可以等效為許多閉合電路。導(dǎo)體內(nèi)部可以等效為許多閉合電路。 (3)導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)熱的原理是電流的熱效應(yīng)。導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)熱的原理是電流的熱效應(yīng)。電磁阻尼電磁阻尼電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動不不同同點點成因成因由于導(dǎo)體在磁場中由于導(dǎo)

16、體在磁場中運動而產(chǎn)生感應(yīng)電運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受流，從而使導(dǎo)體受到安培力到安培力由于磁場運動引起磁通量由于磁場運動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力從而使導(dǎo)體受到安培力效果效果安培力的方向與導(dǎo)安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動阻礙導(dǎo)體運動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動體運動電磁阻尼電磁阻尼電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動不不同同點點能量能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式能轉(zhuǎn)功，其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，

17、磁場能轉(zhuǎn)由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能，而對外做功械能，而對外做功相同點相同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運動相對運動名師點睛名師點睛 電磁阻尼、電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在這兩種現(xiàn)電磁阻尼、電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在這兩種現(xiàn)象中可以運用楞次定律分析導(dǎo)體的受力情況，運用力學(xué)知象中可以運用楞次定律分析導(dǎo)體的受力情況，運用力學(xué)知識和能量守恒定律分析導(dǎo)體的運動情況和能量轉(zhuǎn)化情況。識

18、和能量守恒定律分析導(dǎo)體的運動情況和能量轉(zhuǎn)化情況。 2.如圖如圖475所示，蹄形磁鐵和矩形所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸線圈均可繞豎直軸OO轉(zhuǎn)動。從上向下看，轉(zhuǎn)動。從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，則當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，則 () A線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 圖圖475 B線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小 C線圈轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生交流電線圈轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生交流電 D線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電流的方向始終是線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電流的方向始終是abcda思路點撥思路點撥解答本題時應(yīng)把握以下兩點：解答本題時應(yīng)把握以下兩點：(1)線圈轉(zhuǎn)動方向及感應(yīng)電流方向的判

19、定需用楞次定律；線圈轉(zhuǎn)動方向及感應(yīng)電流方向的判定需用楞次定律；(2)線圈的轉(zhuǎn)速與磁鐵的轉(zhuǎn)速的關(guān)系。線圈的轉(zhuǎn)速與磁鐵的轉(zhuǎn)速的關(guān)系。解析解析當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于磁鐵不動而線當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于磁鐵不動而線圈順時針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生交流電，故圈順時針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生交流電，故C對，對，D錯；由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁極同向轉(zhuǎn)錯；由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁極同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度一定小于磁鐵轉(zhuǎn)動的角速度。如果兩動，但轉(zhuǎn)動的角速度一定小于磁鐵轉(zhuǎn)動的角速度。如果兩者的角速度相同，磁感線與線圈會處于相對靜止，線圈不者的角速度相同，磁感線與線圈會處于相對靜止，線圈不切割磁感線，無感應(yīng)電流產(chǎn)生。切割磁感線，無感應(yīng)電