4-7《渦流--電磁阻尼和電磁驅(qū)動》

1、4.24.2渦流、電磁阻尼渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動和電磁驅(qū)動高中物理選修選修3-23-2高二物理高二物理 趙衛(wèi)東趙衛(wèi)東教教 學(xué)學(xué) 目目 標(biāo)標(biāo) （一）知識與技能（一）知識與技能 1知道渦流是如何產(chǎn)生的。知道渦流是如何產(chǎn)生的。 2知道渦流對我們有不利和有利的兩方面，以知道渦流對我們有不利和有利的兩方面，以及如何利用和防止。及如何利用和防止。 3知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動。知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動。 （二）過程與方法（二）過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認識事物的科學(xué)態(tài)度。培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認識事物的科學(xué)態(tài)度。 （三）情感、態(tài)度與價值觀（三）情感、態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學(xué)生用辯證唯物主義的觀點認識問題。培養(yǎng)

2、學(xué)生用辯證唯物主義的觀點認識問題。 教學(xué)重點教學(xué)重點 1渦流的概念及其應(yīng)用。渦流的概念及其應(yīng)用。 2電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。 教學(xué)難點教學(xué)難點 電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。 教學(xué)方法教學(xué)方法 通過演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實驗通過演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實驗 教教 學(xué)手段學(xué)手段 電機、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變電機、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變壓器）、電磁阻尼演示裝置（示教電流表、微安壓器）、電磁阻尼演示裝置（示教電流表、微安表、彈簧、條形磁鐵），電磁驅(qū)動演示裝置（表、彈簧、條形磁鐵），電磁驅(qū)動演

3、示裝置（U形磁鐵、能繞軸轉(zhuǎn)動的鋁框）。形磁鐵、能繞軸轉(zhuǎn)動的鋁框）。 一、渦流一、渦流 如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時間內(nèi)，若如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時間內(nèi)，若電流變大，則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場電流變大，則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場激發(fā)出感生電場。導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圈組成的，激發(fā)出感生電場。導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流。生渦旋狀的感應(yīng)電流。 當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，這個線圈附近的導(dǎo)體中就當(dāng)線圈中的電流發(fā)

4、生變化時，這個線圈附近的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流渦流。 渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 真空冶煉爐真空冶煉爐為何要用高頻交流電？交流電頻率越高，金屬熔爐中的感應(yīng)電動勢越大；金屬材料的電阻越小，產(chǎn)生的渦流越大。渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 高頻焊接高頻焊接渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 電磁爐電磁爐渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 交變電流交變電流交變電流交變電流怎樣減少渦流損耗？怎樣減少渦流損耗？整塊鐵心整塊鐵心彼此絕緣的薄片彼此絕緣的薄片渦流的防止渦流的防止變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措

5、施采用疊加起來的硅鋼片代替整塊鐵芯采用疊加起來的硅鋼片代替整塊鐵芯, ,并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施CDBD 如圖，把不同鋁片懸掛在電磁鐵的兩極如圖，把不同鋁片懸掛在電磁鐵的兩極間，形成一個擺。觀察擺動情況并解釋原因？間，形成一個擺。觀察擺動情況并解釋原因？演示實驗演示實驗1二、電磁阻尼二、電磁阻尼演示實驗演示實驗2 取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況。擺動的情況。 用導(dǎo)線把靈敏電流計的兩個接線柱連在一起，再次晃用導(dǎo)線把靈敏電流計的

6、兩個接線柱連在一起，再次晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況與上次有什么不同，動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況與上次有什么不同，怎樣解釋這種差別？怎樣解釋這種差別？ 如圖所示，彈簧下端懸如圖所示，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵能振動某高度后釋放，磁鐵能振動較長時間才停下來。如果在較長時間才停下來。如果在磁鐵下端放一固定線圈，磁磁鐵下端放一固定線圈，磁鐵會很快停下來。這種現(xiàn)象鐵會很快停下來。這種現(xiàn)象說明了什么？說明了什么？ 演示實驗演示實驗4 如圖所示，如果使一金屬圓盤緊靠磁鐵的兩極而不如圖所示，如果使一金屬圓盤緊靠磁鐵的兩極而不接觸，當(dāng)使磁鐵旋轉(zhuǎn)

7、起來，在圓盤中產(chǎn)生渦流將阻礙它接觸，當(dāng)使磁鐵旋轉(zhuǎn)起來，在圓盤中產(chǎn)生渦流將阻礙它與磁鐵的相對運動，因而使得圓盤跟隨磁鐵運動起來。與磁鐵的相對運動，因而使得圓盤跟隨磁鐵運動起來。在這里，渦流的機械效應(yīng)表現(xiàn)為在這里，渦流的機械效應(yīng)表現(xiàn)為電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動。三、電磁驅(qū)動三、電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動的應(yīng)用電磁驅(qū)動的應(yīng)用 交流感應(yīng)電動機交流感應(yīng)電動機 例例1 1、如圖所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻、如圖所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一電流通過焊縫產(chǎn)

8、生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是 A A電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快 B B電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快 C C工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小 D D工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大 例例2、如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為、如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為h的曲面滾下，

9、沿的曲面滾下，沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)閉合環(huán)初速度為零，不計摩擦，則曲面的另一側(cè)上升，設(shè)閉合環(huán)初速度為零，不計摩擦，則 A若是勻強磁場，環(huán)上升的高度小于若是勻強磁場，環(huán)上升的高度小于h B若是勻強磁場，環(huán)上升的高度大于若是勻強磁場，環(huán)上升的高度大于h C若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度等于若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度等于h D若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度小于若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度小于h 解析：解析：若是勻強磁場，閉合環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，無若是勻強磁場，閉合環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)也就受不到磁場力，所以環(huán)仍保持機械感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)也就受不到磁場力，所以環(huán)仍保持機械能守恒，上升的

10、高度等于能守恒，上升的高度等于h。若是非勻強磁場，閉合環(huán)的。若是非勻強磁場，閉合環(huán)的磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)受到磁場力作用去磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)受到磁場力作用去阻礙環(huán)與磁場間的相對運動，使環(huán)損失一部分機械能向電阻礙環(huán)與磁場間的相對運動，使環(huán)損失一部分機械能向電能轉(zhuǎn)化，所以環(huán)上升的高度小于能轉(zhuǎn)化，所以環(huán)上升的高度小于h。因此答案。因此答案D正確。正確。 例例3、如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球、如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運動，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動，以一定的初速度向磁鐵方向運動，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動，則小球的

11、材料可能是則小球的材料可能是 A鐵鐵 B木木 C銅銅 D鋁鋁如圖所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于如圖所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于O點，點，將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動過程將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動過程中經(jīng)過有界的水平勻強磁場區(qū)域，中經(jīng)過有界的水平勻強磁場區(qū)域，A、B為該磁場為該磁場的豎直邊界若不計空氣阻力，則的豎直邊界若不計空氣阻力，則()電磁阻尼的分析電磁阻尼的分析A金屬球向右穿過磁場后，還能金屬球向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度擺至原來的高度B在進入和離開磁場時，金屬球在進入和離開磁場時，金屬球中均有感應(yīng)電流中均有感應(yīng)電流C金屬球進入磁場后離平衡位置金屬球進入磁場后

12、離平衡位置越近速度越大，感應(yīng)電流也越大越近速度越大，感應(yīng)電流也越大D金屬球最終將靜止在平衡位置金屬球最終將靜止在平衡位置【解析【解析】如圖所示，當(dāng)金屬球從】如圖所示，當(dāng)金屬球從1位置開始下落，位置開始下落，進入磁場時進入磁場時(即即2和和3位置位置)，由于金屬球內(nèi)磁通量發(fā)生變，由于金屬球內(nèi)磁通量發(fā)生變化，所以有感應(yīng)電流產(chǎn)生同時，金屬球本身有內(nèi)阻，化，所以有感應(yīng)電流產(chǎn)生同時，金屬球本身有內(nèi)阻，必然有能量的轉(zhuǎn)化，即有能量的損失必然有能量的轉(zhuǎn)化，即有能量的損失1.如圖所示，如圖所示，A、B為大小、形狀均相同為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎

13、直固定在相同高度兩個相同的磁性小球，直固定在相同高度兩個相同的磁性小球，同時從同時從A、B管上端的管口無初速度釋放，穿管上端的管口無初速度釋放，穿過過A管的小球比穿過管的小球比穿過B管的小球先落到地管的小球先落到地面下面對于兩管的描述可能正確的是面下面對于兩管的描述可能正確的是()AA管是用塑料制成的，管是用塑料制成的，B管是用銅制成的管是用銅制成的BA管是用鋁制成的，管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的管是用膠木制成的CA管是用膠木制成的，管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的管是用塑料制成的DA管是用膠木制成的，管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的管是用鋁制成的位于光滑水平面的小車上放置一螺線管

14、，一個比螺線位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖所示，管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖所示，在此過程中在此過程中()電磁驅(qū)動的分析和應(yīng)用電磁驅(qū)動的分析和應(yīng)用A磁鐵做勻速直線運動磁鐵做勻速直線運動B磁鐵做減速運動磁鐵做減速運動C小車向右做加速運動小車向右做加速運動D小車先加速后減速小車先加速后減速【思路點撥【思路點撥】本題為電磁驅(qū)動，可由楞本題為電磁驅(qū)動，可由楞次定律判斷作用力的方向，再由牛頓第二定律次定律判斷作用力的方向，再由牛頓第二定律判斷運動情況判斷運動情況C2.如圖所示，把一個閉合線框放在蹄形磁如圖所示，把一個閉合線框放在

15、蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，體的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)蹄形磁體逆閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)蹄形磁體逆時針時針(從上往下看從上往下看)轉(zhuǎn)動時，有關(guān)線圈的運動下轉(zhuǎn)動時，有關(guān)線圈的運動下列說法正確的是列說法正確的是()A線圈將順時針方向轉(zhuǎn)動線圈將順時針方向轉(zhuǎn)動B線圈仍保持靜止線圈仍保持靜止C線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同D線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小解析：解析：選選D.根據(jù)電磁驅(qū)動，磁鐵轉(zhuǎn)動，線圈會根據(jù)電磁驅(qū)動，磁鐵轉(zhuǎn)動，線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電流和受到安培

16、力作用，這個安培力驅(qū)動產(chǎn)生感應(yīng)電流和受到安培力作用，這個安培力驅(qū)動線圈運動，其轉(zhuǎn)動的效果是阻礙它們的相對運動，線圈運動，其轉(zhuǎn)動的效果是阻礙它們的相對運動，因此線圈轉(zhuǎn)動方向與磁鐵相同，但轉(zhuǎn)速比磁鐵小因此線圈轉(zhuǎn)動方向與磁鐵相同，但轉(zhuǎn)速比磁鐵小光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物線的方程是線的方程是yx2，下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是磁場的上邊界是ya的直線的直線(圖中的虛線所示圖中的虛線所示)，一個小金屬塊，一個小金屬塊從拋物面上從拋物面上yb(ba)處以速度處以速度v沿拋物面下滑，假設(shè)拋物面足沿拋物面下滑，假設(shè)拋物面足夠長，小金屬塊沿拋物面下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是夠長，小金屬塊沿拋物面下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是()電磁感應(yīng)中的能量問題電磁感應(yīng)中的能量問題【答案【答案】D【點評【點評】小金屬塊在進出磁場的過程中，磁通量發(fā)生小金屬塊在進出磁場的過程中，磁通量發(fā)生變化，會產(chǎn)生渦流，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能但在勻強磁場中運變化，會產(chǎn)生渦流，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能但在勻強磁場中運動時，磁通量不變，不產(chǎn)生渦流，機械能守恒動時，磁通量不變，不產(chǎn)生渦流，機械能守恒3.如圖所示，光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平軌道如圖所示，光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平