高二物理人教版選修32渦流、電磁阻尼和電磁驅動

1、.渦流、電磁阻尼和電磁驅動重/難點重點：1渦流的概念及其應用。2電磁阻尼和電磁驅動的實例分析。難點：電磁阻尼和電磁驅動的實例分析。 重/難點分析重點分析：當線圈中的電流隨時間變化時，線圈附近的任何導體中都會產(chǎn)生感應電流，電流在導體內(nèi)自成閉合回路，很像水中的旋渦，把它叫做渦電流，簡稱渦流。用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈，線圈中通入反復變化的電流，爐內(nèi)的金屬中就產(chǎn)生渦流。難點分析：電磁阻尼在實際中有很多應用，課本上講的使電學儀表的指針很快的停下來，就是電磁阻尼作用。電磁阻尼還常用于電氣機車的電磁制動器中。假如磁場相對于導體運動，在導體中會產(chǎn)生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力

2、使導體運動起來，這種作用叫做電磁驅動。打破策略一、渦流及其應用渦流是在導體內(nèi)產(chǎn)生的，而且穿過回路的磁通量必須是變化的，如電磁爐的原理。金屬探測利用了渦流的磁效應。例1如下圖，在一個繞有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，一段時間后，一個容器中水溫升高，那么通入的電流與水溫升高的是A恒定直流、小鐵鍋B恒定直流、玻璃杯C變化的電流、小鐵鍋D變化的電流、玻璃杯解析：通入恒定直流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應電流，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，鐵鍋是導體，感生電場在導體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉化為內(nèi)能，使水溫升高；渦流是由變化的磁場在導體內(nèi)產(chǎn)生

3、的，所以玻璃杯中的水不會升溫。例2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，以下說法正確的選項是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人體在線圈交變電流產(chǎn)生的磁場中運動，產(chǎn)生感應電動勢并在金屬物品中產(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)生感應電流解析：一般金屬物品不一定能被磁化，且地磁場很弱，即使金屬被磁化磁性也很弱，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，故A、B錯誤；安檢門利用渦流探測金屬物品的工作原理是：線圈中交變電流產(chǎn)

4、生交變磁場，使金屬物品中產(chǎn)生渦流，故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，故D項正確。二、電磁阻尼當導體在磁場中運動時，導體中的感應電流受到安培力的作用阻礙導體運動，即安培力為電磁阻尼的阻力。防止電磁阻尼的途徑為阻止或減弱渦流的產(chǎn)生。例3有一個銅盤，輕輕撥動它，能長時間地繞軸自由轉動。假如在轉動時把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤邊緣，但并不與銅盤接觸，如下圖，銅盤就能在較短時間內(nèi)停頓轉動，分析這個現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。解析：銅盤轉動時假如加上磁場，那么在銅盤中產(chǎn)生渦流，磁場對這個渦流的作用力阻礙它的轉動，故在較短的時間內(nèi)銅盤停頓轉動。例4. 如下圖，是稱為阻尼擺

5、的示意圖，在輕質桿上固定一金屬薄片，輕質桿可繞上端O點為軸在豎直面內(nèi)轉動，一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，擺很快就會停頓擺動；假設將擺改成梳齒狀，還是從同一位置釋放，擺會擺動較長的時間。試定性分析其原因。解析：第一種情況下，阻尼擺進入有界磁場后，在金屬薄片中會形成渦流，渦流使金屬薄片受安培力的作用，阻礙其相對運動，所以會很快停下來；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，受到安培力的阻礙會比先前小得多，所以會擺動較長的時間。三、電磁驅動電磁驅動的驅動力是渦流受到的安培力。發(fā)生電磁驅動現(xiàn)象時，磁場相對導體運動，在導體中產(chǎn)生感應電流，感應

6、電流受到安培力作用而使導體運動起來。例5如下圖，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，因此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動，但圓盤轉動速度比磁鐵慢。例6位于光滑程度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以初速度v程度穿過，如下圖，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小車先加速后減速解析：磁鐵程度穿入螺線管時，管中將產(chǎn)生感應電流，由楞次定律的擴展知產(chǎn)生的互相作用力阻礙磁

7、鐵的運動。同理，磁鐵穿出時產(chǎn)生的互相作用力也阻礙磁鐵的運動，故整個過程中，磁鐵做減速運動，選項B是正確的。而對于小車上螺線管來說，在此過程中，螺線管受到的安培力都是程度向右，這個安培力使小車向右運動，且一直做加速運動，C項對。四、方法技巧練渦流能量問題的處理技巧：渦流損耗了機械能或其他形式的能。例7彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵。將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來。如下圖，假如在磁鐵下端放個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它，磁鐵就會很快地停下來，解釋這個現(xiàn)象，并說明此現(xiàn)象中能量轉化的情況。解析：當磁鐵穿過固定的閉合線圈時，在閉合線圈中產(chǎn)生感應電流，感應電流的磁場會阻礙磁鐵向線圈靠近或分開，也就使磁鐵振動時除了空氣阻力外，還有線圈的磁場力作為阻力，抑制阻力需要做的功較多，彈簧振子的機械能損失較快，因此會很快停下來。損失的機械能主要轉化為電能再轉化為內(nèi)能。打破反思本節(jié)是電磁感應的后續(xù)內(nèi)容，對于前面電磁感應現(xiàn)象的理解起到了很好的穩(wěn)固作用，電磁驅