物理人教版高中選擇性必修二（2019年新編）2-3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng) 課件

第3節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)第二章電磁感應(yīng)知識(shí)點(diǎn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場感生電場：磁場變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場，我們把這種電場叫感生電場。磁場變化時(shí)閉合電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢，感生電場對自由電荷的作用“扮演”了非靜電力的角色。1新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場感生電場的方向判斷1新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場感生電動(dòng)勢：感生電場使導(dǎo)體中產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫感生電動(dòng)勢。產(chǎn)生感生電動(dòng)勢的導(dǎo)體在電路中的作用是充當(dāng)電源，其電路就是內(nèi)電路，它與外電路連接就對會(huì)外電路供電。1新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流定義當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．電流在導(dǎo)體內(nèi)自成閉合回路，很像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流．2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流渦流產(chǎn)生的條件渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，渦流產(chǎn)生的條件是穿過導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化，并且導(dǎo)體本身可自行構(gòu)成閉合回路．同時(shí)，因?yàn)檎麄€(gè)導(dǎo)體回路的電阻一般很小，所以感應(yīng)電流很大，就像水中的旋渦．2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流可以產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)把塊狀金屬放在變化的磁場中．(2)讓塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)．2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流渦流的特點(diǎn)當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路時(shí)(產(chǎn)生渦流時(shí))，由于整塊金屬的電阻很小，故渦流往往很強(qiáng)，根據(jù)公式P＝I2R知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大．2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．如果金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，則由于克服安培力做功，金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流渦流的危害、防止及利用(1)渦流的危害在各種電機(jī)、變壓器中，渦流是非常有害的．首先它會(huì)使鐵芯的溫度升高，從而危及線圈絕緣材料的壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使材料報(bào)廢；其次渦流發(fā)熱要消耗額外的能量，使電機(jī)、變壓器的效率降低．2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流渦流的危害、防止及利用(2)渦流的防止為了減少渦流，變壓器、電機(jī)里的鐵芯不是由整塊的鋼鐵制成的，而是用薄薄的硅鋼片疊合而成的．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，每層硅鋼片之間都是絕緣的，阻斷了渦流的通路，進(jìn)一步減小了渦流的發(fā)熱．計(jì)算表明：渦流的損耗與硅片的厚度的平方成正比．2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流(3)渦流的利用用來冶煉合金的真空冶煉爐，爐外有線圈，線圈中通入反復(fù)變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化并達(dá)到很高的溫度．利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過程能在真空中進(jìn)行，這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金．為了增大渦流，達(dá)到快速熔化金屬的目的，在線圈中通入高頻交變電流，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電流變化快，得到的感應(yīng)電動(dòng)勢就大，渦流就強(qiáng)．家用電磁爐也是利用渦流工作的．2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流對渦流現(xiàn)象的進(jìn)一步理解(1)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。②讓塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)。2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流對渦流現(xiàn)象的進(jìn)一步理解(2)能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(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(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng),則由于克服安培力做功,金屬的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流例如:如圖所示,在O點(diǎn)正下方有一個(gè)具有理想邊界的磁場,銅球在A點(diǎn)由靜止釋放向右擺至最高點(diǎn)B。不考慮空氣阻力,銅球也回不到原來的高度,即A點(diǎn)一定高于B點(diǎn),這是什么原因呢?銅球由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)的過程中,在穿進(jìn)穿出磁場兩個(gè)階段銅球中產(chǎn)生渦流,將銅球的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,最終產(chǎn)生了焦耳熱,所以銅球的機(jī)械能減小,也就回不到原來的高度了。2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流【例題1】如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中,金屬球從曲面上h高處滾下,又沿曲面的另一側(cè)上升。設(shè)球的初速度為零,摩擦不計(jì),則金屬球在另一側(cè)滾上的高度(選填“大于”“小于”或“等于”)h。

2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流點(diǎn)撥:渦流的產(chǎn)生條件有兩個(gè),一是穿過金屬球的磁通量發(fā)生變化,二是金屬球必須是自行組成閉合的回路。解析:由于金屬球處于勻強(qiáng)磁場中,在從一側(cè)滾上另一側(cè)的過程中,穿過金屬球的磁通量沒發(fā)生變化,所以金屬球內(nèi)無渦流產(chǎn)生,也就沒有機(jī)械能的損失,在另一側(cè)就能滾上原來的高度。答案:等于2新知探究知識(shí)點(diǎn)渦流2新知探究題后反思渦流的本質(zhì)是感應(yīng)電流,緊扣感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是解決這類問題的關(guān)鍵。觸類旁通例題1中若金屬球處于非勻強(qiáng)磁場中,結(jié)論又會(huì)怎樣?答案:小于。因?yàn)榇藭r(shí)滾動(dòng)過程中穿過金屬球的磁通量發(fā)生變化,金屬球內(nèi)有渦流產(chǎn)生,最終轉(zhuǎn)化為金屬球的焦耳熱。即金屬球的機(jī)械能有損失,所以在另一側(cè)就滾不上原來的高度。知識(shí)點(diǎn)電磁阻尼定義閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，導(dǎo)體在磁場中就要受到磁場力的作用，根據(jù)楞次定律，磁場力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這就是電磁阻尼．3新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁阻尼應(yīng)用電磁阻尼有不少應(yīng)用．例如：使用磁電式電表進(jìn)行測量時(shí)，總希望指針擺到所示值的位置時(shí)便迅速地穩(wěn)定下來，以便讀數(shù)．由于指針轉(zhuǎn)軸的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，線圈及指針將會(huì)在所示值附近來回?cái)[動(dòng)，不易穩(wěn)定下來．為此，許多電表把線圈繞在閉合的鋁框上，當(dāng)線圈擺動(dòng)時(shí)，在閉合的鋁框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得電磁阻尼力矩，以使線圈迅速穩(wěn)定在所示值的位置．電氣列車中的電磁制動(dòng)器也是根據(jù)電磁阻尼這一道理制成的．3新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁阻尼【例題2】如圖所示,彈簧上端固定,下端掛一只條形磁鐵,使磁鐵上下振動(dòng),磁鐵的振動(dòng)幅度不變。若在振動(dòng)過程中把線圈靠近磁鐵,觀察磁鐵的振幅將會(huì)發(fā)現(xiàn)()A.S閉合時(shí)振幅逐漸減小,S斷開時(shí)振幅不變B.S閉合時(shí)振幅逐漸增大,S斷開時(shí)振幅不變C.S閉合或斷開,振幅變化相同D.S閉合或斷開,振幅都不發(fā)生變化3新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁阻尼點(diǎn)撥:產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程。解析:S斷開時(shí),磁鐵振動(dòng)穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中無感應(yīng)電流,振幅不變;S閉合時(shí)有感應(yīng)電流,有電能產(chǎn)生,磁鐵的機(jī)械能越來越小,振幅逐漸減小,選項(xiàng)A正確。答案:A題后反思渦流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)其實(shí)都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生的電流都是感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,阻礙的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程。3新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁驅(qū)動(dòng)定義磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來，這種作用稱為電磁驅(qū)動(dòng)．應(yīng)用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)．4新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)的形成原因如圖，當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量就發(fā)生變化，例如線圈處于如圖所示的初始狀態(tài)時(shí)，穿過線圈的磁通量為零，當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此時(shí)線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈在安培力作用下會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來．4新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁驅(qū)動(dòng)【例題3】如圖所示,兩個(gè)相同的輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上,當(dāng)一條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí),兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是()A.同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),間距變大B.同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),間距變小C.同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),間距變小D.同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),間距變大4新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁驅(qū)動(dòng)解析:本題考查了楞次定律和電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí),將使穿過兩環(huán)中的磁通量都增加,根據(jù)楞次定律,兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)都要阻礙磁鐵相對環(huán)的運(yùn)動(dòng),即阻礙“靠近”,那么兩環(huán)都向左運(yùn)動(dòng)。又由于兩環(huán)中的感應(yīng)電流方向相同,兩平行的同向電流間有相互吸引的磁場力,因而兩環(huán)間的距離要減小,故B選項(xiàng)正確。答案:B題后反思從導(dǎo)體和磁體相對運(yùn)動(dòng)的角度來看,感應(yīng)電流總要阻礙它們的相對運(yùn)動(dòng),用這種方法來判斷產(chǎn)生感應(yīng)電流的導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向比較簡單。4新知探究知識(shí)點(diǎn)電磁驅(qū)動(dòng)4新知探究楞次定律的一種理解是阻礙相對運(yùn)動(dòng)，從而阻礙磁通量的增加，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相對于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，所以線圈也同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而“阻礙”這種相對運(yùn)動(dòng)，電磁驅(qū)動(dòng)也可以用楞次定律來解釋．名師指點(diǎn)電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)不同點(diǎn)成因由于導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙物體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，從而對外做功相同點(diǎn)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)體與磁場間的相對運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較(1)電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律；(2)電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象中安培力的作用效果都是阻礙相對運(yùn)動(dòng)，應(yīng)注意電磁驅(qū)動(dòng)中阻礙的結(jié)果，導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度仍要小于磁場的運(yùn)動(dòng)速度.1．在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，可拆變壓器如圖所示。為了減小渦流在鐵芯中產(chǎn)生的熱量，鐵芯是由相互絕緣的硅鋼片平行疊成。硅鋼片應(yīng)平行于______。A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd課堂訓(xùn)練【答案】D【詳解】變壓器的正視圖如圖：所以要減小渦流在鐵芯中產(chǎn)生的熱量，硅鋼片應(yīng)平行于平面aehd。故選D。課堂訓(xùn)練2．高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫融化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大，下列措施不可采用是（）A．減小焊接縫的接觸電阻B．增大焊接縫的接觸電阻C．增大交變電流的電壓D．增大交變電流的頻率課堂訓(xùn)練【答案】A【詳解】AB．增大電阻，在相同電流下，焊縫處熱功率大，溫度升的很高，故B正確，不符合題意，A錯(cuò)誤，符合題意。C．當(dāng)增大交變電流的電壓，線圈中交流電流增大，則磁通量變化率增大，因此產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢增大，感應(yīng)電流也增大，所以焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量也增大，故C正確，不符合題意；課堂訓(xùn)練【答案】A【詳解】D．高頻焊接利用高頻交變電流產(chǎn)生高頻交變磁場，在焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律分析可知，電流變化的頻率越高，磁通量變化頻率越高，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大，感應(yīng)電流越大，焊縫處的溫度升高的越快，故D正確，不符合題意。故選A。課堂訓(xùn)練3．如圖所示，磁電式電流表的線圈常用鋁框作骨架，把線圈繞在鋁框上，鋁框的兩端裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的兩邊各有一個(gè)螺旋彈簧（繞制方向相反），關(guān)于磁電式電流表下列說法正確的是（）A．線圈通電后，由于螺旋彈簧的彈力作用，可以使指針盡快穩(wěn)定下來B．線圈通電后，由于鋁框中的電磁阻尼作用，可以使指針盡快穩(wěn)定下來C．線圈骨架換成塑料，通電后也可以使指針盡快穩(wěn)定下來D．在運(yùn)輸時(shí)要把正負(fù)接線柱用導(dǎo)線連在一起，主要是為了增強(qiáng)鋁框中的電磁阻尼作用課堂訓(xùn)練【答案】B【詳解】AB．常用鋁框做骨架，當(dāng)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致鋁框的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，出現(xiàn)安培阻力，使其很快停止擺動(dòng)，利用了鋁框的電磁阻尼作用，故A錯(cuò)誤，B正確；C．塑料做骨架因不能導(dǎo)電則達(dá)不到電磁阻尼的作用，故C錯(cuò)誤；D．在運(yùn)輸時(shí)要把正負(fù)接線柱用導(dǎo)線連在一起，是接通回路能產(chǎn)生鋁框中的電磁阻尼作用，而不能增強(qiáng)，故D錯(cuò)誤；故選B。課堂訓(xùn)練4．如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)。從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則（）A．線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速