高中物理4.7《渦流 電磁阻尼與電磁驅動》課件(新人教版選修3-2)

1、4.7 4.7 渦流、電磁阻尼和電磁驅動渦流、電磁阻尼和電磁驅動第四章第四章 電磁感應電磁感應新課標高中物理選修新課標高中物理選修3 32 2大化縣第二中學大化縣第二中學 覃日覃日 根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當如右圖所示的根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當如右圖所示的磁場變化磁場變化( (可能是由于產(chǎn)生磁場的電流變化可能是由于產(chǎn)生磁場的電流變化) )時，時，導體中的自由電子就會在此電場力的作用下定向導體中的自由電子就會在此電場力的作用下定向移動從而產(chǎn)生感應電流，這種感應電流是像旋渦移動從而產(chǎn)生感應電流，這種感應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、化導體環(huán)中發(fā)生的現(xiàn)象變化導體環(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發(fā)環(huán)不斷增粗直到變成一圓盤又會發(fā)生什么現(xiàn)象生什么現(xiàn)象?一一. .渦流渦流1.1.當線圈中的電流隨時間變化時當線圈中的電流隨時間變化時, ,這個線圈附近這個線圈附近的的任何導體任何導體中都會產(chǎn)生感應電流中都會產(chǎn)生感應電流-渦流渦流. .渦流及應用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，產(chǎn)生的熱量也很多。率小，則渦流很強，產(chǎn)生的熱量也很多。3.3.應用應用(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面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，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器金屬探測器 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, ,浪費了能量浪費了能量, ,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.當導體在磁場中運動時當導體在磁場中運動時, ,感應電流會使導體感應電流會使導體受到安培力受到安培力, ,安培力的方向總是阻礙導體的運安培力的方向總是阻礙導體的運動動-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)、微安表的表頭在運輸時為何應該把、微安表的表頭在運輸時為何應該把 兩個接線柱連在一起？兩個接線柱連在一起？ 電學測量儀表要求指針

5、的擺動很快停下來，以便可以迅速出讀數(shù)。電流表的線圈要繞在鋁框上，當被測電流通過線圈時，線圈帶動指針和鋁框一起轉動。鋁框在磁場中轉動時產(chǎn)生渦流，磁場對這個渦流的作用力阻礙它們的擺動，于是使指針很快地穩(wěn)定指到讀數(shù)位置上。三三. .電磁驅動電磁驅動1 1、如磁場相對于導體轉動、如磁場相對于導體轉動, ,在導體中會產(chǎn)在導體中會產(chǎn)生感應電流生感應電流, ,感應電流使導體受到安培力的感應電流使導體受到安培力的作用作用, ,安培力使導體運動起來安培力使導體運動起來-電磁驅動電磁驅動。 2 2、交流感應電動機就是利用電磁驅動的、交流感應電動機就是利用電磁驅動的 原理工作的。原理工作的。v線圈轉動與磁鐵同向，但

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

7、應損耗一定的機械能所以A點高于B點 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，焊接時接口兩端接觸在一起當A中通有交變電流時，B中會產(chǎn)生感應電流，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)生的感應電動勢越大，感應電流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起電磁驅動的作用解析：線圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉動，鋁框隨之轉動，并切割磁感線產(chǎn)生感應電流，就是渦流渦流阻礙線圈的轉動，使線圈偏轉后盡快停下來所以，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，但不接觸使磁鐵轉動，圓盤也會跟著轉動這種現(xiàn)象稱為“電磁驅動”請你說明電磁驅動的原理 解析：當蹄形磁鐵轉動時，圓盤上不同位置的磁通量發(fā)生變化，因而

9、圓盤中會有渦流形成，該渦流的磁場阻礙磁通量的變化，使圓盤隨著磁鐵一起轉，但圓盤轉動速度比磁鐵慢1(2011年寧夏銀川)電磁爐是利用電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物下列相關的說法中正確的是()A鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關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)生的磁場引起的電磁感應現(xiàn)象，故選項A正確B錯誤；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CD錯誤答案：A基礎鞏固基礎鞏固 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，下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是ya的直線(圖中的虛線所示)，一個小金屬塊從拋物線上yb(ba)處以初速度v沿拋物線下滑假設拋物線足夠長，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：金屬塊進出磁場時，由于渦流現(xiàn)象產(chǎn)生焦耳熱而使機械能減少解答本題首先應明確金屬塊的初、末狀態(tài)，然后根據(jù)金屬塊機械能的變化