選修3-2的4.7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

1、第七節(jié)第七節(jié)渦流渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)復(fù)習(xí)回顧復(fù)習(xí)回顧: “: “互感互感”和和“自感自感”互感和自感是兩種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象互感和自感是兩種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象, ,現(xiàn)在學(xué)現(xiàn)在學(xué)習(xí)另一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象習(xí)另一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象渦流渦流. .渦流在實(shí)渦流在實(shí)際生活中有許多應(yīng)用，如：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變際生活中有許多應(yīng)用，如：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變壓器等。當(dāng)然渦流也有利和弊兩個(gè)方面，我們?nèi)鐗浩鞯?。?dāng)然渦流也有利和弊兩個(gè)方面，我們?nèi)绾稳ゼ右岳?？如何去防止呢何去加以利用？如何去防止? ?一、渦流：一、渦流：用整塊金屬材料做鐵芯繞制的線圈，當(dāng)線圈中通用整塊金屬材料做鐵芯繞制的線圈，

2、當(dāng)線圈中通有變化的電流時(shí)，變化的電流會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，有變化的電流時(shí)，變化的電流會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)穿過(guò)鐵芯，整個(gè)鐵芯會(huì)自成回路，產(chǎn)變化的磁場(chǎng)穿過(guò)鐵芯，整個(gè)鐵芯會(huì)自成回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流看起來(lái)像水中的旋渦，我生感應(yīng)電流，這種電流看起來(lái)像水中的旋渦，我們就把這種電流叫做們就把這種電流叫做渦電流渦電流，簡(jiǎn)稱渦流，簡(jiǎn)稱渦流這個(gè)線圈附近的任何導(dǎo)體都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流這個(gè)線圈附近的任何導(dǎo)體都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流渦流是在渦流是在整塊金屬整塊金屬內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的感應(yīng)電流渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守法拉磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守法拉第電磁感應(yīng)定律第電磁感應(yīng)定律1 1

3、渦流產(chǎn)生的條件：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(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身穿過(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路可自行構(gòu)成閉合回路同時(shí)因?yàn)檎麄€(gè)導(dǎo)體回路的同時(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，就像水中的電阻一般很小，所以感應(yīng)電流很大，就像水中的旋渦旋渦2 2可以產(chǎn)生渦流的兩種情況：可以產(chǎn)生渦流的兩種情況：(1)(1)把塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中把塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中(2)(2)讓塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)讓塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)3 3能量轉(zhuǎn)化：能量轉(zhuǎn)

4、化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，最伴隨著渦流現(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)能終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能如果金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中，則如果金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中，則磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為為電能電能，最終轉(zhuǎn)化為，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能如果是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，如果是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則由于克服安培力做功則由于克服安培力做功, ,金屬塊的金屬塊的機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能電能，最終轉(zhuǎn)化為，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能(1)(1)真空冶煉爐真空冶煉爐 (2)(2)電磁爐的工作原理電磁爐的工作原理電磁爐的臺(tái)面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)電磁爐的臺(tái)面下

5、布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)通上交替變化極快的交流電時(shí)，在臺(tái)板與鐵鍋底通上交替變化極快的交流電時(shí)，在臺(tái)板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場(chǎng)，磁感線穿過(guò)鍋體，之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場(chǎng)，磁感線穿過(guò)鍋體，使鍋底產(chǎn)生強(qiáng)渦流，當(dāng)渦流受材料電阻的阻礙時(shí)，使鍋底產(chǎn)生強(qiáng)渦流，當(dāng)渦流受材料電阻的阻礙時(shí)，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟就放出大量的熱量，將飯菜煮熟(2)(2)金屬探測(cè)器、探雷器、安檢門等金屬探測(cè)器、探雷器、安檢門等金屬探測(cè)器金屬探測(cè)器探雷器探雷器5.5.渦流的危害：渦流的危害： 發(fā)熱發(fā)熱浪費(fèi)能量浪費(fèi)能量減少渦流的方法：增大回路的電阻減少渦流的方法：增大回路的電阻. .變壓器、電機(jī)的鐵芯都不是整塊金屬，而

6、是由變壓器、電機(jī)的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成的，以減少渦流和電能的損耗，同時(shí)避免破壞絕的，以減少渦流和電能的損耗，同時(shí)避免破壞絕緣層緣層二、電磁驅(qū)動(dòng)與電磁阻尼二、電磁驅(qū)動(dòng)與電磁阻尼: :當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量就發(fā)生變當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)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(guò)化，例如線圈處于如圖所示的初始狀態(tài)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為零，當(dāng)蹄形磁體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線線圈的磁通量為零，當(dāng)蹄形磁體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此時(shí)線圈圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此

7、時(shí)線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)而線圈會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導(dǎo)體導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 應(yīng)用應(yīng)用: :磁電式儀表、電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)、阻尼磁電式儀表、電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)、阻尼擺等擺等. .磁場(chǎng)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng), ,在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流在導(dǎo)體中會(huì)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感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用, ,安培力使導(dǎo)安培力使

8、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)2.2.電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng): :1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導(dǎo)體導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力而總是要阻礙導(dǎo)體培力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能電能，再轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的，再轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能機(jī)械能導(dǎo)體的導(dǎo)體的機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能，電能，再轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的再轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能內(nèi)能交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的3.從從動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看的觀點(diǎn)來(lái)看線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到的安培力是使線圈轉(zhuǎn)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到的安培力是使線圈轉(zhuǎn)

9、動(dòng)起來(lái)的動(dòng)力，對(duì)線圈而言是動(dòng)起來(lái)的動(dòng)力，對(duì)線圈而言是電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)；而線圈；而線圈對(duì)磁鐵的作用力對(duì)磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)起阻礙作用，對(duì)磁對(duì)磁鐵的作用力對(duì)磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)起阻礙作用，對(duì)磁鐵而言是鐵而言是電磁阻尼電磁阻尼，因此電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼是，因此電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼是矛盾的兩個(gè)方面，不可分割矛盾的兩個(gè)方面，不可分割1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導(dǎo)體導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的而總是要阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象現(xiàn)象 2.2.電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng): :磁場(chǎng)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)動(dòng), ,在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,

10、 ,感感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用應(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(lái)安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)4.從從能量能量角度來(lái)看角度來(lái)看電磁阻尼電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為為電能電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)中由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，中由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)安培力做功，通過(guò)安培力做功，電能電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對(duì)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對(duì)外做功外做功l44電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較電磁阻尼電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)不不同同點(diǎn)點(diǎn)成因成因由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生

11、感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力體受到安培力由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變由于磁場(chǎng)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)化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力體受到安培力效果效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)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)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)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)動(dòng)方向相同，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)能量能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)安培力做功，電能電

12、能，通過(guò)安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，從而對(duì)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，從而對(duì)外做功外做功相同點(diǎn)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(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)例：如圖所示，兩個(gè)相等的輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水例：如圖所示，兩個(gè)相等的輕質(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)情況是環(huán)時(shí)，兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是( )( )A A同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距變大同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距變大B B同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距變小同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距變小

13、C C同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，間距變小同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，間距變小D D同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，間距變小同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，間距變小B B例：在水平放置的光滑導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個(gè)例：在水平放置的光滑導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個(gè)條形磁鐵，如圖?，F(xiàn)有鐵、鋁和有機(jī)玻璃制成的條形磁鐵，如圖?，F(xiàn)有鐵、鋁和有機(jī)玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導(dǎo)軌上的滑塊甲、乙、丙，使它們從導(dǎo)軌上的A A點(diǎn)以某一點(diǎn)以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運(yùn)動(dòng)初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運(yùn)動(dòng)情況是情況是( )( ) A. A.都做勻速運(yùn)動(dòng)都做勻速運(yùn)動(dòng) B. B.甲做加速運(yùn)動(dòng)甲做加速運(yùn)動(dòng) C. C.乙做勻速運(yùn)動(dòng)乙做勻速運(yùn)動(dòng) D. D.丙做勻速運(yùn)動(dòng)

14、丙做勻速運(yùn)動(dòng)BD例：如圖所示，一金屬球用絕緣細(xì)線懸掛于例：如圖所示，一金屬球用絕緣細(xì)線懸掛于O O點(diǎn)，點(diǎn)，將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動(dòng)過(guò)程將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)有界的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，中經(jīng)過(guò)有界的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，A A、B B為該磁場(chǎng)為該磁場(chǎng)的豎直邊界若不計(jì)空氣阻力，則的豎直邊界若不計(jì)空氣阻力，則( () )A.A.金屬球向右穿過(guò)磁場(chǎng)后，還能擺至原來(lái)的高度金屬球向右穿過(guò)磁場(chǎng)后，還能擺至原來(lái)的高度B.B.在進(jìn)入和離開磁場(chǎng)時(shí)，金屬球中均有感應(yīng)電流在進(jìn)入和離開磁場(chǎng)時(shí)，金屬球中均有感應(yīng)電流C.C.金屬球進(jìn)入磁場(chǎng)后離最低點(diǎn)越近速度越大，感金屬球進(jìn)入磁場(chǎng)后離最低點(diǎn)越近

15、速度越大，感應(yīng)電流也越大應(yīng)電流也越大D.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B B例：位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一例：位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個(gè)比螺線管長(zhǎng)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平個(gè)比螺線管長(zhǎng)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過(guò)，如圖所示，在此過(guò)程中穿過(guò)，如圖所示，在此過(guò)程中( () )A A磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng)磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng)B B磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)C C小車向右做加速運(yùn)動(dòng)小車向右做加速運(yùn)動(dòng)D D小車先加速后減速小車先加速后減速BCBC例：如圖所示，把一個(gè)閉合線框放在蹄形磁體例：如圖所示，把一個(gè)閉合線框放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體

16、可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)蹄形磁體逆閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)蹄形磁體逆時(shí)針時(shí)針( (從上往下看從上往下看) )轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有關(guān)線圈的運(yùn)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有關(guān)線圈的運(yùn)動(dòng)下列說(shuō)法正確的是列說(shuō)法正確的是( () )A A線圈將順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)線圈將順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)B B線圈仍保持靜止線圈仍保持靜止C C線圈將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同線圈將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同D D線圈將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小線圈將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小D D例：如圖所示，例：如圖所示，A A、B B為大小、形狀為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度制成的圓管，豎直固定在相同高度兩個(gè)相同的磁性小球，同時(shí)從兩個(gè)相同的磁性小球，同時(shí)從A A、B B管上端的管口無(wú)初速度釋放，穿過(guò)管上