高二物理人教選修課件：第四章渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動

第四章電磁感應(yīng)學(xué)案9渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動目標(biāo)定位1.知道渦流的產(chǎn)生原因及渦流的防止和應(yīng)用.2.知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理和應(yīng)用.知識探究自我檢測一、渦流

問題設(shè)計1.如圖1所示，當(dāng)磁場變化時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么導(dǎo)體中的電荷為什么會定向移動而形成電流？知識探究答案根據(jù)麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場會在其周圍空間產(chǎn)生感生電場，感生電場對導(dǎo)體中的自由電荷產(chǎn)生的電場力會使電荷定向移動，從而形成電流.圖12.如果磁場是用變化的電流來獲取的，導(dǎo)體用整塊鐵代替，如圖2所示.請問鐵塊中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀像什么？圖2答案有.變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場產(chǎn)生感生電場，感生電場在鐵塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流，它的形狀像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流.要點提煉1.定義：當(dāng)線圈中的電流隨時間變化時，由于

，在附近導(dǎo)體中產(chǎn)生像水中旋渦樣的感應(yīng)電流，所以把這種感應(yīng)電流叫做

.2.決定因素：磁場變化越快(越大)，導(dǎo)體的橫截面積S越

，導(dǎo)體材料的電阻率越

，形成的渦流就越大.電磁感應(yīng)渦流大小3.應(yīng)用：

、

、機場安檢等.4.防止：電動機、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止渦流過大而導(dǎo)致浪費能量，損壞電器.可增大鐵芯材料的

、用相互絕緣的

疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯.真空冶煉探測地雷電阻率硅鋼片二、電磁阻尼和電磁驅(qū)動

問題設(shè)計1.電磁阻尼彈簧上端固定，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.如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它(如圖3所示)，磁鐵就會很快停下來，解釋這個現(xiàn)象.圖3答案當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時，在閉合線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場會阻礙磁鐵靠近或離開線圈，也就使磁鐵振動時除了受空氣阻力外，還有線圈的磁場力作為阻力，克服阻力需要做的功較多，彈簧振子的機械能損失較快，因而會很快停下來.2.電磁驅(qū)動一個閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如圖4所示，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動.當(dāng)蹄形磁鐵順時針轉(zhuǎn)動時線圈也順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時線圈也逆時針轉(zhuǎn)動.圖4根據(jù)以上現(xiàn)象，回答下列問題：(1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量是否變化？答案變化.(2)線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什么力？線圈的轉(zhuǎn)動速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動速度相同嗎？答案線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來.線圈的轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速.要點提煉1.電磁阻尼(1)定義：當(dāng)

時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到

，安培力的方向總是

導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為

.(2)應(yīng)用：電磁阻尼中需要克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.所以磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針迅速停止，便于讀數(shù).導(dǎo)體在磁場中運動安培力阻礙電磁阻尼2.電磁驅(qū)動(1)定義：如果

轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生

，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，

使導(dǎo)體運動起來，這種作用常稱為電磁驅(qū)動.注意：電磁驅(qū)動中導(dǎo)體的運動速度要

磁場的運動速度.(2)應(yīng)用：電磁驅(qū)動中導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向

，

做功，

導(dǎo)體運動，電能轉(zhuǎn)化為機械能.所以利用電磁驅(qū)動發(fā)明了交流感應(yīng)電動機.磁場相對于導(dǎo)體感應(yīng)電流安培力小于相同安培力推動3.電磁阻尼與電磁驅(qū)動的聯(lián)系：電磁阻尼與電磁驅(qū)動現(xiàn)象中安培力的作用效果均為

相對運動.阻礙典例精析一、渦流的理解與應(yīng)用例1如圖5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)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱，將金屬熔化，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(

)圖5A.電流貢變化悅的頻分率越澆高，劣焊縫然處的鴉溫度住升高諸的越際快B.電流噸變化繁的頻運率越測低，姜焊縫摟處的充溫度鵝升高撐的越趣快C.工件裝上只課有焊獅縫處浸溫度監(jiān)升的庫很高捧是因攏為焊疾縫處敞的電賤阻小D.工件躍上只冒有焊完縫處從溫度腔升的福很高讓是因錄為焊陽縫處汪的電煩阻大解析交流女電頻濕率越揪高，糾則產(chǎn)燈生的微感應(yīng)史電流肯越強判，升僚溫越允快，針故A項對.工件上各拒處電悠流相蛾同，珍電阻禍大處卸產(chǎn)生濁的熱貪量多剃，故D項對.答案AD針對記訓(xùn)練光滑夠曲面繳與豎考直平苦面的匠交線是拋羊物線，口如圖6所示披，拋疑物線認(rèn)的方到程是y＝x2，下千半部處在舟一個客水平啟方向沙的勻昏強磁冰場中瘦，磁場的上邊界是y＝a的直浴線(圖中就的虛櫻線所下示)，一個小金屬塊從陪拋物占線上y＝b(b＞a)處以摘初速遍度v沿拋幫物線芹下滑.假設(shè)配拋物貓線足尋夠長肯，金訂屬塊額沿拋益物線題下滑叼后產(chǎn)犁生的兩焦耳杏熱總蛙量是()圖6思路上點撥金屬羅塊進祥出磁麗場時筍，由并于渦橡流現(xiàn)山象產(chǎn)迎生焦弱耳熱逮而使迎機械吼能減慰少.解答歷本題昆首先上應(yīng)明螺確金千屬塊沒的初意、末識狀態(tài)樣，然炮后根源據(jù)金太屬塊牽機械楚能的麗變化祥確定碌所產(chǎn)什生的宣焦耳堤熱總腥量.解析金屬喚塊進是出磁漏場時備，會霉產(chǎn)生怖焦耳冷熱，需損失坊機械少能而肌使金流屬塊拍所能維達到閱的最務(wù)高位發(fā)置越踩來越性低，陽當(dāng)金適屬塊認(rèn)所能碌達到蔑的最鵝高位陽置為y＝a時，昂金屬倆塊不脂再進背出磁肆場，主不再其產(chǎn)生旋焦耳源熱.金屬女塊的僑機械膽能不瞞再損島失，觀而在謠磁場劉中做俗往復(fù)增運動.由于敗金屬變塊減民少的匯動能障和重虧力勢太能全蛇部轉(zhuǎn)儀化為治內(nèi)能糊，所語以答案D二、掉對電蜂磁阻習(xí)尼的模理解例2如圖7所示海，一瞞狹長饒的銅糟片能怕繞O點在靈紙平面內(nèi)擺動呈，有恥界磁貿(mào)場的比方向僑垂直翼紙面疫向里嗎，銅陸片在擺動時受犧到較倘強的開阻尼允作用蛇，很肚快就驕停止家擺動.如果在銅片上淚開幾今個長掛縫，嬌銅片寒可以晝在磁邁場中胳擺動停較多的次數(shù)后才涼停止葛擺動冊，這糊是為展什么帖？圖7答案沒有哲開長斗縫的粥銅片赤在磁倦場中癢擺動芹時，嬸銅片仗內(nèi)將復(fù)產(chǎn)生崗較大鐘的渦題流，蘿渦流棵在磁后場中凝所受刃的安夫培力敘總是捕阻礙喘銅片杜的擺敏動，升因此妄銅片緊很快耕就停劍止擺沿動.如果紛在銅摔片上舟開有渴多條姓長縫腸，就夸可以寇把渦論流限感制在兩縫與倚縫之仙間的導(dǎo)各部摘分銅絨片上飼，較畢大地袋削弱券了渦少流，莊阻力糞隨之醬減小在，所濕以銅聽片可紙以擺堡動多火次后綱才停拘止擺侄動.三、劑對電磨磁驅(qū)笨動的必理解例3位于繳光滑兇水平爽面上耽的小繪車上悉放置鄉(xiāng)豐一螺線管，一瓣個比談螺線沿管長超的條饅形磁落鐵沿影著螺線管的軸紀(jì)線以捐初速蛛度v水平范穿過周，如肝圖8所示宰，在此過程帶中()A.磁鐵膊做勻速吸直線描運動B.磁鐵肢做減多速運診動C.小車掉向右亦做加速捆運動D.小車物先加惰速后扭減速圖8解析磁鐵麻水平氣穿入剝螺線胡管時臘，管糖中將纏產(chǎn)生哭感應(yīng)什電流聚，由揚楞次旱定律仗知該榮電流儀產(chǎn)生青的磁籮場的挪作用牲力阻尚礙磁故鐵的機運動.同理諒，磁盲鐵穿抽出時殲該電雹流產(chǎn)戶生的嘩磁場鄰的作丙用力粗也阻紗礙磁謹(jǐn)鐵的央運動刃，故卷整個在過程時中，流磁鐵普做減腎速運總動，B項對.而對明于小拌車上坐的螺逗線管爪來說報，在槐此過咳程中燦，螺指線管壘受到喘的安騰培力障都是偏水平誘向右村，這將個安授培力飲使小伙車向絕右運腹動，駐且一盜直做蔬加速孝運動刺，C項對.答案BC課堂姑要點蜻小結(jié)12341.稿(渦流彈的理匙解)下列伙做法社中可快能產(chǎn)蚊生渦信流的塊是()A.把金偷屬塊騙放在香勻強來磁場夜中B.讓金壁屬塊騰在勻仁強磁豪場中花做勻貪速運美動C.讓金剝屬塊灶在勻選強磁派場中遷做變勉速運妻動D.把金桑屬塊康放在攪變化榮的磁粗場中自我任檢測1234解析渦流歸就是片整個脆金屬嚼塊中煎產(chǎn)生租的感涼應(yīng)電機流，研所以都產(chǎn)生暖渦流飛的條跑件就訴是在帝金屬箱塊中隙產(chǎn)生拔感應(yīng)障電流踏的條榴件，嘗即穿目過金岸屬塊搖的磁港通量隆發(fā)生碗變化.而A、B、C中磁異通量卸不變虹化，偏所以A、B、C錯誤；把金當(dāng)屬塊燭放在編變化哲的磁孤場中毫?xí)r，齡穿過逝金屬谷塊的舅磁通放量發(fā)憂生了扭變化遇，有宿渦流岔產(chǎn)生永，所照以D正確.答案D12342.睬(渦流災(zāi)的應(yīng)同用)安檢婆門是昏一個惡用于爺安全佳檢查棄的“門”，“門框”內(nèi)有火線圈準(zhǔn)，線挪圈里越通有命交變吵電流患，交都變電趣流在“門”內(nèi)產(chǎn)訂生交久變磁柳場，卵金屬罷物品謝通過“門”時能第產(chǎn)生絨渦流棉，渦需流的參磁場焦又反繡過來夾影響快線圈英中的罪電流骨，從嘉而引象起報敞警.以下講關(guān)于沃這個汁安檢立門的壘說法鄉(xiāng)豐正確棚的是()1234A.這個陶安檢急門也疾能檢跨查出漲毒品浪攜帶按者B.這個杰安檢甜門只吼能檢畜查出師金屬脹物品經(jīng)攜帶趨者C.如果絨這個“門框”的線故圈中意通上她恒定作電流頓，也糖能檢鋒查出金屬物品景攜帶速者D.這個癢安檢鉤門工堆作時內(nèi)，既乒利用臟了電件磁感扇應(yīng)現(xiàn)岡象，原又利感用了電流的磁購效應(yīng)1234解析這個瘋安檢窄門是喚利用劇渦流呈工作朗的，沈因而廟只能紋檢查掌出金倘屬物殃品攜柏帶者駐，A錯，B對.若“門框”的線蛋圈中塞通上泥恒定沃電流骨，只告能產(chǎn)揮生恒茄定磁堂場，漲它不脾能使同塊狀古金屬頃產(chǎn)生譯渦流膏，因蜘而不騎能檢域查出粘金屬禁物品溝攜帶拳者，C錯.安檢桌門工拌作時仰，既烤利用誘了電肝磁感攝應(yīng)現(xiàn)艱象，錢又利嶄用了偏電流漫的磁雁效應(yīng)體，D對.答案BD12343.修(電磁撇阻尼常的理測解與態(tài)應(yīng)用)如圖9所示善，條形磁鐵余用細(xì)耕線懸劫掛在O點.O點正稍下方脆固定一個水平爐放置聚的鋁阿線圈.讓磁甲鐵在拌豎直雷面內(nèi)擺動，下把列說涉法中酒正確獅的是()圖91234A.磁鐵柜左右魄擺動野一次曬，線臥圈內(nèi)倘感應(yīng)百電流擴的方漠向改泊變2次B.磁鐵眉始終認(rèn)受到銳感應(yīng)量電流承磁場漢的斥份力作緞用C.磁鐵炎所受鈔到的屋感應(yīng)迷電流挨對它酒的作岡用力診始終李是阻筍力D.磁鐵碰所受潤到的猛感應(yīng)第電流逐對它毫的作拘用力欠有時望是阻膨力有時是動力1234解析磁鐵垮向下院擺動放時，墻根據(jù)看楞次臘定律袍，線碑圈中把產(chǎn)生近逆時陡針方偶向的黑感應(yīng)豆電流(從上語面看)，并泳且磁虎鐵受理到感更應(yīng)電六流對猜它的池作用集力為吹阻力婦，阻欺礙它身靠近看；磁銜鐵向甜上擺休動時粱，根畫據(jù)楞攏次定橋律，怪線圈嗚中產(chǎn)妄生順爸時針竟方向色的感晃應(yīng)電棋流(從上岔面看)，磁