【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第2章3.渦流電磁阻尼電磁驅動課件

第二章3.渦流電磁阻尼電磁驅動基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標學習目標1.了解渦流、電磁阻尼和電磁驅動的概念。(物理觀念)2.了解渦流的原理,能在問題情境中應用其性質進行分析,獲得結論。(科學思維)3.觀察電磁阻尼和電磁驅動現(xiàn)象,了解電磁阻尼和電磁驅動的原理及其在生活、生產(chǎn)中的應用。(科學思維)基礎落實·必備知識全過關1.渦流(1)定義:由于

,在大塊金屬中形成的像水的漩渦的

電流。

(2)特點:金屬塊中的渦流會釋放出大量的

。

(3)應用:

、電磁爐。

(4)防止:電動機、變壓器等設備應防止鐵芯中渦流過大而導致浪費能量,損壞電器。為降低渦流造成的損耗,用許多相互絕緣的薄硅鋼片疊合成的鐵芯代替整塊金屬的鐵芯。電磁感應感應焦耳熱高頻感應爐2.電磁阻尼和電磁制動(1)電磁阻尼:當閉合電路中的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時,導體中會產(chǎn)生感應電流,感應電流使導體受到

,安培力總是

導體的運動,這種現(xiàn)象叫作電磁阻尼。

安培力是阻力(2)電磁阻尼的應用:磁電式電表中利用

使指針能很快穩(wěn)定指到讀數(shù)位置上,便于讀數(shù)。磁電式電表在攜帶搬運過程中將____________

短路,既可避免指針因擺動劇烈而變形,又減小軸承處的磨損。

安培力阻礙電磁阻尼正、負接線柱

與電磁阻尼本質相同(3)電磁制動:列車制動時將電動機與電源斷開,并把電動機的線圈與制動電路連接成閉合回路,列車前進時帶動電動機線圈轉動,而產(chǎn)生感應電流,磁場對它的安培力起著制動的作用。(4)電磁制動的優(yōu)點:減少機械磨損并將列車的動能轉化為電能給蓄電池充電。3.電磁驅動(1)概念:

受到安培力使物體運動的現(xiàn)象。

(2)應用:

。

(3)優(yōu)點:可控性強、驅動力輸出精度高、能量損耗小。感應電流感應電動機情境鏈接如圖所示,電磁爐沒有明火卻能達到加熱的效果,深受人們喜愛。電磁爐的工作原理是利用高頻交變電流通過線圈產(chǎn)生磁場,交變的磁場在鐵鍋底部產(chǎn)生無數(shù)小渦流,使鐵質鍋自身生熱而直接加熱鍋內(nèi)的食物。鍋的材質必須為鐵質或合金鋼,為什么不能用其他材質呢?提示

其他材質的炊具由于材料電阻率過大或過小,會造成無法形成渦流或電磁爐負荷異常而啟動自動保護,不能正常工作。教材拓展閱讀教材P47“發(fā)展空間”——《擺式電渦流調諧質量阻尼器》一文,回答:阻尼器的作用是什么?它的工作原理是什么?提示

給建筑物減振。質量塊和吊索構成一個巨型復擺,建筑產(chǎn)生晃動時,它與主體結構做相同的晃動,由于阻尼系統(tǒng)的作用,這種晃動會在質量塊中產(chǎn)生渦流,受到電磁阻尼作用,抵消大樓晃動,減少質量塊的振幅,消耗輸入的能量。易錯辨析(1)渦流是由整塊導體發(fā)生的電磁感應現(xiàn)象,不遵從電磁感應定律。(

)(2)通過增大鐵芯材料的電阻率可以減小渦流。(

)(3)在電磁阻尼與電磁驅動中,安培力所起的作用相同。(

)(4)在電磁阻尼現(xiàn)象中的能量轉化是導體克服安培力做功,把機械能轉化為電能,最終轉化為內(nèi)能。(

)×√×√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一渦流的理解和應用導學探究如圖所示,高考考場用的金屬探測器是用來探測金屬的儀器,考生身上只要有金屬物品,當探測器靠近時,探測器就會鳴響,其工作原理是什么?提示

金屬探測器探測金屬時,探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生變化的磁場,被測金屬中產(chǎn)生了渦流,渦流的磁場又影響探測線圈,起到探測作用。知識歸納1.產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中。(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。2.產(chǎn)生渦流時的能量轉化(1)金屬塊在變化的磁場中,磁場能轉化為電能,最終轉化為內(nèi)能。(2)金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動,由于克服安培力做功,金屬塊的機械能轉化為電能,最終轉化為內(nèi)能。3.渦流的熱效應當電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流)時,由于整塊金屬的電阻很小,渦流往往很強,根據(jù)公式P=I2R知,熱功率的大小與電流的二次方成正比,故金屬塊的發(fā)熱功率很大。應用體驗【例1】

(多選)高頻焊接原理示意圖如圖所示,線圈通以高頻交變電流,金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱,將焊縫熔化焊接,下列情況中能使焊接處消耗的電功率增大的是(

)A.其他條件不變,增大交變電流的電壓B.其他條件不變,增大交變電流的頻率C.感應電流相同的條件下,增大焊縫的接觸電阻D.感應電流相同的條件下,減小焊縫的接觸電阻ABC解析

其他條件不變,增大交變電流的電壓,則線圈中交變電流增大,磁通量變化率增大,因此產(chǎn)生的感應電動勢增大,感應電流也增大,那么焊接處消耗的電功率增大,故A正確;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產(chǎn)生感應電流,根據(jù)法拉第電磁感應定律分析可知,電流變化的頻率越高,磁通量變化頻率越高,產(chǎn)生的感應電動勢越大,感應電流越大,焊接處消耗的電功率越大,故B正確;感應電流相同的條件下,增大焊縫的接觸電阻,焊接處消耗的電功率增大,故C正確,D錯誤。對點演練1如圖所示是一種電加熱裝置,把一鐵塊放入線圈中且不接觸線圈,稍等片刻,鐵塊就會燒得通紅,小明同學由此做出以下一些猜想,其中正確的是(

)A.若把一干燥的木棍伸入線圈中,木棍會被燒著B.線圈內(nèi)部一定通有隨時間變化的電流C.線圈內(nèi)部一定通有強度很大的恒定電流D.鐵塊是否會變紅與線圈中電流是否變化無關B解析

由題意可知這是電磁感應現(xiàn)象,木棍不能形成渦流,故木棍不會燒著,A錯誤;變化的電流能產(chǎn)生變化的磁場,變化的磁場可在鐵塊內(nèi)部產(chǎn)生渦流,由于電流的熱效應才把鐵塊燒紅,C、D錯誤,B正確。探究點二電磁阻尼與電磁驅動導學探究(1)如圖甲所示,將磁鐵從同一高度釋放,下端放有閉合線圈的那塊磁鐵很快停止振動,而另一塊磁鐵能振動較長時間,如何解釋這個現(xiàn)象?(2)如圖乙所示,當順時針或逆時針轉動蹄形磁鐵時,線圈怎樣轉動?使線圈轉動起來的動力是什么力?提示

(1)下端放有閉合線圈的磁鐵振動時除了受空氣阻力外,還受到線圈磁場的阻力,所以很快停下來。(2)當蹄形磁鐵順時針轉動時,線圈也順時針轉動;當蹄形磁鐵逆時針轉動時,線圈也逆時針轉動。線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電流,受到安培力的作用,安培力作為動力使線圈轉動起來。知識歸納電磁阻尼與電磁驅動的比較

比較項電磁阻尼電磁驅動不同點成因由導體在磁場中運動形成由磁場運動形成效果安培力的方向與導體運動方向相反,為阻力安培力的方向與導體運動方向相同,為動力能量轉化導體克服安培力做功,其他形式的能轉化為電能,最終轉化為內(nèi)能磁場能轉化為電能,通過安培力做功,電能轉化為導體的機械能相同點兩者都是電磁感應現(xiàn)象,導體受到的安培力都是阻礙導體與引起感應電流的磁場的相對運動特別提示

電磁阻尼與電磁驅動的理解(1)電磁阻尼、電磁驅動都是電磁感應現(xiàn)象,都遵循楞次定律。(2)在電磁阻尼、電磁驅動現(xiàn)象中,安培力的作用效果都是阻礙相對運動,應注意電磁驅動阻礙的結果中,導體的運動速度仍要小于磁場的運動速度。(3)在實際生活中,電磁驅動的應用很廣,家庭中用的電能表、汽車上用的電磁式速度表以及感應電動機等,都是利用電磁驅動原理制成的。應用體驗【例2】

一根上端固定的彈簧,下端掛一條形磁鐵,使磁鐵上下振動,振動幅度幾乎保持不變。如圖所示,若在磁鐵振動過程中把一導電線圈靠近磁鐵下方,則關于磁鐵的振幅,下列說法正確的是(

)A.S閉合時振幅迅速減小,S斷開時振幅幾乎不變B.S閉合時振幅迅速增大,S斷開時振幅幾乎不變C.S閉合或斷開,振幅變化相同D.S閉合或斷開,振幅都幾乎不發(fā)生變化A解析

S閉合時,由于磁鐵的上下振動,穿過線圈的磁通量不斷變化,在線圈中產(chǎn)生感應電流,即有電能產(chǎn)生,消耗機械能,所以振幅逐漸減小;S斷開時,線圈中無電能產(chǎn)生,不消耗機械能,故振幅不變,B、C、D錯誤,A正確。對點演練2(多選)位于光滑水平面上的小車上水平固定一螺線管,一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v水平穿入螺線管,并最終穿出,如圖所示,在此過程中(

)A.磁鐵做勻速直線運動B.磁鐵做減速運動C.小車向右做加速運動D.小車先加速后減速BC解析

磁鐵水平穿入螺線管時,螺線管中將產(chǎn)生感應電流,由楞次定律可知,產(chǎn)生的感應電流將阻礙磁鐵的運動;同理,磁鐵穿出時,由楞次定律可知,產(chǎn)生的感應電流將阻礙磁鐵的運動,故整個過程中,磁鐵做減速運動,A錯誤,B正確。對于小車上的螺線管來說,螺線管受到的安培力方向始終為水平向右,這個安培力使螺線管和小車向右運動,且一直做加速運動,C正確,D錯誤。學以致用·隨堂檢測全達標123451.(渦流)(多選)機場的安檢門可以利用渦流探測人身上攜帶的金屬物品。安檢門中接有線圈,線圈中通以交變電流,關于其工作原理,下列說法正確的是(

)A.人身上攜帶的金屬物品會被地磁場磁化,在線圈中產(chǎn)生感應電流B.人體在通有交變電流的線圈產(chǎn)生的磁場中運動,產(chǎn)生感應電動勢并與金屬物品構成回路產(chǎn)生感應電流C.線圈產(chǎn)生的交變磁場會在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應電流D.金屬物品中感應電流產(chǎn)生的交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應電流CD解析

地磁場很弱,即使金屬物品被磁化,磁性也很弱,作為導體的人體電阻很大,且一般不會與金屬物品構成回路,選項A、B錯誤;安檢門利用渦流探測金屬物品的工作原理是線圈中的交變電流產(chǎn)生交變磁場,使金屬物品中產(chǎn)生渦流,選項C正確;該渦流產(chǎn)生的磁場又會在線圈中產(chǎn)生感應電流,而線圈中交變電流的變化可以被檢測,選項D正確。12345123452.(電磁阻尼)(2023吉林長春第二中學高二期末)太空單車是利用電磁阻尼的一種體育鍛煉器材。某同學根據(jù)電磁學的相關知識,設計了這樣的單車原理圖:在銅質輪子的外側有一些磁鐵(與輪子不接觸),人在健身時帶動輪子轉動,磁鐵會對輪子產(chǎn)生阻礙,磁鐵與輪子間的距離可以改變,則下列說法正確的是(

)A.輪子受到的阻力大小與其材料的電阻率無關B.若輪子用絕緣材料替換,也能保證相同的效果C.輪子受到的阻力主要來源于銅制輪內(nèi)產(chǎn)生的感應電流受到的安培力D.磁鐵與輪子間距離不變時,輪子轉速越大,受到的阻力越小C12345解析

輪子在磁場中做切割磁感線的運動,會產(chǎn)生感應電動勢和感應電流,因此不能用絕緣材料替換,B錯誤;輪子在磁場中做切割磁感線運動,產(chǎn)生感應電動勢和感應電流,根據(jù)楞次定律可知,磁場會對運動的輪子產(chǎn)生阻力,以阻礙輪子與磁場之間的相對運動,所以輪子受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力,安培力大小與電阻率有關,故A錯誤,C正確;磁鐵與輪子間的距離不變時,輪子轉速越大,產(chǎn)生的感應電流越大,輪子受到的阻力越大,D錯誤。123453.(電磁驅動)如圖所示,將一空的鋁質易拉罐倒扣于筆尖上,在“冂”型木框兩側各固定一個強銣磁鐵,用電鉆控制木框勻速轉動,發(fā)現(xiàn)木框雖然不與易拉罐接觸,但易拉罐也會隨木框轉動。下列說法正確的是(

)A.木框的轉速總比易拉罐的大B.易拉罐與木框的轉動方向相反C.易拉罐與木框保持相同的轉速同方向轉動D.兩個磁鐵必須異名磁極相對A解析

根據(jù)電磁驅動原理,易拉罐與木框的轉動方向相同,木框的轉速總比易拉罐的大,A正確,B、C錯誤;兩個磁鐵異名磁極或同名磁極相對均可,在磁極附近的易拉罐導體中都會產(chǎn)生渦流,使易拉罐受到安培力跟著木框轉動起來,D錯誤。12345123454.(電磁阻尼)(2023貴州高二聯(lián)考)某銅盤處于勻強磁場中,在圖甲中,磁場垂直于銅盤,面積小于銅盤面積;在圖乙中,磁場垂直于銅盤,面積大于銅盤面積;在圖丙中,磁場垂直于銅盤,處于銅盤的下半部;在圖丁中,磁場平行于銅盤,處于銅盤的下半部。忽略空氣以及摩擦阻力,現(xiàn)給銅盤一個初速度,銅盤能最快停下來的是(

)A.圖甲

B.圖乙C.圖丙

D