渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)（高中物理教學(xué)課件）完整版

03.渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)圖片區(qū)一.感生電動(dòng)勢(shì)Φ＝BS，Φ的變化可能是B引起的，也可能是S引起的感生電動(dòng)勢(shì)：B變化S不變產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)）產(chǎn)生機(jī)理：麥克斯韋認(rèn)為：變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場。當(dāng)磁場變化時(shí)會(huì)在周圍空間激發(fā)感生電場，感生電場使自由電荷定向移動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由感生電場產(chǎn)生的，它也叫做“感生電動(dòng)勢(shì)”。非靜電力與感生電場有關(guān)。能量轉(zhuǎn)化：磁場能

電場能

內(nèi)能一.感生電動(dòng)勢(shì)注意：①感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生的閉合電場（渦旋場）、而靜電場的電場線不閉合。②不管電路是否閉合，只要磁場變化，周圍就會(huì)產(chǎn)生感生電場③感生電場方向與感應(yīng)電流（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）方向相同，可以用楞次定律或右手定則判斷④感生電場可以對(duì)帶電粒子做功，使其加速或偏轉(zhuǎn)。BAMN思考與討論：用同種材料繞制AB兩個(gè)大小不同的線圈，半徑比為2：1，如圖，把小線圈放入均勻變化的磁場中，MN間電壓為U1，把AB對(duì)調(diào)，MN間電壓為U2，求U1：U2。答案：一.感生電動(dòng)勢(shì)應(yīng)用實(shí)例：電子感應(yīng)加速器現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的設(shè)備。它的基本原理如圖甲所示，上、下為電磁體的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁體線圈中電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。若線圈中的電流與圖示相同，為使電子加速，電磁體線圈中的電流應(yīng)該如何變化？一.感生電動(dòng)勢(shì)二.渦流1.渦流：當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，由于電磁感應(yīng)，附近導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流，我們把它叫作渦電流，簡稱渦流2.特點(diǎn)：根據(jù)焦耳定律，電流流過導(dǎo)體，導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱，整塊導(dǎo)體由于電阻小，一般渦流很大，產(chǎn)生的熱量也很大，甚至?xí)菇饘偃刍Ｈ?渦流的應(yīng)用與防止1.真空冶煉爐（應(yīng)用）線圈中通入迅速變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化。爐體本身不發(fā)熱，一般用耐高溫材料制作。2.電磁爐（應(yīng)用）迅速變化的電流通過電磁爐面板下方的線圈時(shí)，面板上方的鐵鍋底部產(chǎn)生渦流，鐵鍋迅速發(fā)熱。面板本身并不發(fā)熱。三.渦流的應(yīng)用與防止3.探雷器（應(yīng)用）士兵手持一個(gè)長柄線圈在地面掃過，線圈中有變化著的電流。如果地下埋著金屬物品，金屬中會(huì)感應(yīng)出渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警。用來探測(cè)金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。機(jī)場、車站的安檢門探測(cè)人身攜帶的金屬物品，道理是一樣的。三.渦流的應(yīng)用與防止4.變壓器的鐵芯（防止）電動(dòng)機(jī)、變壓器的線圈中流過變化的電流，在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱，浪費(fèi)了能量，還可能損壞電器。為了減小渦流，途徑之一是增大鐵芯材料的電阻率，常用的鐵芯材料是硅鋼，它的電阻率比較大。另一個(gè)途徑就是用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。燒壞的鐵芯例1.電磁爐是利用電磁感應(yīng)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(guān)的說法中正確的是(

)A.鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場變化的頻率有關(guān)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是用金屬材料制成，以加快熱傳遞、減少熱損耗A例2.(多選)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(shí)，待焊接的金屬工件中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫處產(chǎn)生很多熱量，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(

)A.電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快B.電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處電阻小D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處電阻大ADIF阻礙下落FF阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)四.電磁阻尼定義：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。答：連在一起構(gòu)成閉合回路，運(yùn)輸途中指針發(fā)生擺動(dòng)時(shí)，線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，對(duì)應(yīng)的安培力會(huì)阻礙擺動(dòng)，防止指針與邊緣發(fā)生碰撞撞壞指針的現(xiàn)象發(fā)生。電磁阻尼1電磁阻尼2例3.磁力剎車是游樂場中過山車采用的一種新型剎車裝置，工作效應(yīng)比靠摩擦力剎車更穩(wěn)定，如圖為該新型裝置的原理圖（從后面朝前看）；過山車的兩側(cè)裝有銅片，停車區(qū)的軌道兩側(cè)裝有強(qiáng)力磁鐵，當(dāng)過山車進(jìn)入停車區(qū)時(shí)銅片與磁鐵的相互作用能使過山車很快停下來，關(guān)于該裝置的下列說法正確的是（）A．剎車原理是利用了電流的磁效應(yīng)B．過山車從進(jìn)入停車區(qū)到停止的過程，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能C．過山車進(jìn)入停車區(qū)的速度越大，剎車的阻力越大D．若將銅片換成有機(jī)玻璃片，也能達(dá)到相同的剎車效果C例4.如圖所示，使一個(gè)銅盤繞其豎直的軸OO'轉(zhuǎn)動(dòng)，且假設(shè)摩擦等阻力不計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)是勻速的。現(xiàn)把一個(gè)蹄形磁鐵移近銅盤，則(

)A．銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)將變慢B．銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)將變快C．銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)D．銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度是否變化，要根據(jù)磁鐵的上、下兩端的極性來決定A五.電磁驅(qū)動(dòng)定義：如果磁場相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)，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，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動(dòng)。應(yīng)用：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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。配置的三個(gè)線圈連接到三相電源上，就能產(chǎn)生類似上面演示實(shí)驗(yàn)中的旋轉(zhuǎn)磁場，磁場中的導(dǎo)線框也就隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。就這樣，電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。注意：電磁阻尼是導(dǎo)體相對(duì)于磁場運(yùn)動(dòng)，而電磁驅(qū)動(dòng)是磁場相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)。安培力的作用都是阻礙它們間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。五.電磁驅(qū)動(dòng)例5.下列關(guān)于教材中四幅插圖的說法正確的是（）A．圖甲中，當(dāng)手搖動(dòng)柄使得蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，則鋁框會(huì)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，且跟磁體轉(zhuǎn)動(dòng)的一樣快B．圖乙是真空冶煉爐，當(dāng)爐外線圈通入高頻交流電時(shí)，線圈中產(chǎn)生大量熱量，從而冶煉金屬C．丙是回旋加速器的示意圖，當(dāng)增大交流電壓時(shí)，粒子獲得的最大動(dòng)能不變，所需時(shí)間變短D．圖丁是微安表的表頭，在運(yùn)輸時(shí)要把兩個(gè)正、負(fù)接線柱用導(dǎo)線連在一起，這是為了保護(hù)電表指針，利用了電磁驅(qū)動(dòng)原理C1.下列哪些措施是為了防止渦流的危害（）A.電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B.磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上C.變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D.變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層2.高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫融化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大，下列措施不可采用是（）A．減小焊接縫的接觸電阻B．增大焊接縫的接觸電阻C．增大交變電流的電壓D．增大交變電流的頻率CDA課堂訓(xùn)練：3.如圖，金屬球從曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)球的初速度為零，摩擦不計(jì)，曲面處在圖示磁場中，則(

)A．若是勻強(qiáng)磁場，球滾上的高度小于hB．若是勻強(qiáng)磁場，球滾上的高度等于hC．若是非勻強(qiáng)磁場，球滾上的高度等于hD．若是非勻強(qiáng)磁場，球滾上的高度小于hBD4.(多選)如圖3所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)。從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則(

)A.線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B.線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小C.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生大小、方向周期性變化的電流D.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電流的方向始終是abcdaBC5.掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測(cè)樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng)，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對(duì)紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動(dòng)，如圖所示。無擾動(dòng)時(shí)，按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場；出現(xiàn)擾動(dòng)后，對(duì)于紫銅薄板上下及其左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是(

)A6.如圖所示，在光滑水平桌面上放一條形磁鐵，分別將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它一個(gè)初速度，讓其向磁鐵滾去，觀察小球的運(yùn)動(dòng)情況(

)A．都做勻速運(yùn)動(dòng)B．鐵球、鋁球都做減速運(yùn)動(dòng)C．鐵球做加速運(yùn)動(dòng)，鋁球做減速運(yùn)動(dòng)D．鋁球、木球做勻速運(yùn)動(dòng)C7.如圖所示，光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平軌道相連，水平軌道上方有一足夠長