2.3渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第節(jié)3渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)高中物理選擇性必修第二冊(cè)第二章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解感生電場(chǎng)，知道感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因。會(huì)判斷感生電動(dòng)勢(shì)的方向，并會(huì)計(jì)算它的大小。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解渦流現(xiàn)象，知道渦流市怎樣產(chǎn)生的，了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。3.通過(guò)對(duì)渦流實(shí)例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。4.了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。引入在電磁的爐盤(pán)下有一個(gè)線(xiàn)圈。電磁爐工作時(shí)，它的盤(pán)面并不發(fā)熱，在爐盤(pán)上放置鐵鍋，鐵鍋就會(huì)發(fā)熱，你知道這是為什么嗎？一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感應(yīng)電場(chǎng)1.感生電場(chǎng)：磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng)。這種電場(chǎng)與靜電場(chǎng)不同，它不是電荷產(chǎn)生的，我們把它叫作感生電場(chǎng)。2.感生電動(dòng)勢(shì)：如果感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的，它也作感生電動(dòng)勢(shì)。從圖2.3-1甲中可以看到，磁場(chǎng)方向由下向上，如果從上向下看(2.3-1乙)，電子沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。電子帶負(fù)電，它在電場(chǎng)中受力的方向與電場(chǎng)方向相反。為使電子加速請(qǐng)思考以下問(wèn)題：感生電場(chǎng)方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針？磁場(chǎng)應(yīng)該由強(qiáng)變?nèi)踹€是由弱變強(qiáng)？電磁鐵線(xiàn)圈中的電流應(yīng)該由小變大還是由大變??？順時(shí)針由弱變強(qiáng)由小變大二、渦流1.

定義由于電磁感應(yīng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的感應(yīng)電流。如圖中的虛線(xiàn)所示。2.特點(diǎn)若金屬電阻率很小，則渦流往往很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量很多。導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流3.應(yīng)用（1）渦流熱效應(yīng)：真空冶煉爐，電磁爐。（2）真空冶煉爐原理：金屬塊中的渦流會(huì)產(chǎn)生熱量。用來(lái)冶煉合金鋼的真空冶煉爐（如圖），爐外有線(xiàn)圈，線(xiàn)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。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是，整個(gè)過(guò)程可以在真空中進(jìn)行，能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。真空冶煉爐學(xué)科網(wǎng)原創(chuàng)二、渦流（3）電磁爐原理：迅速變化的電流通過(guò)電磁爐面板下方的線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈周?chē)a(chǎn)生迅速變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)使面板上方的鐵鍋底部產(chǎn)生渦流，鐵鍋迅速發(fā)熱，從而達(dá)到加熱食物的目的（如圖所示）。3.應(yīng)用二、渦流（4）渦流磁效應(yīng)：探雷器，安檢門(mén)。（5）探雷器原理：士兵手持一個(gè)長(zhǎng)柄線(xiàn)圈在地面掃過(guò)（如圖），線(xiàn)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(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線(xiàn)圈中的電流，使儀器報(bào)警。這種探雷器可以用來(lái)探測(cè)有金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。4.防止電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過(guò)大而導(dǎo)致浪費(fèi)能量，損壞電器。（1）途徑一：增大鐵芯材料的電阻率。（2）途徑二：用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。如圖所示。用硅鋼片做變壓器的鐵芯二、渦流思考答案：金屬探測(cè)器的探測(cè)線(xiàn)圈中通有交流電，當(dāng)靠近隱藏的金屬物品時(shí)，會(huì)在隱蔽金屬中產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)又影響探測(cè)線(xiàn)圈，從而改變?cè)涣麟姷拇笮『拖辔唬瑥亩鸬教綔y(cè)作用。高考考場(chǎng)用的金屬探測(cè)器是一根長(zhǎng)的黑色扁棒，使用時(shí)監(jiān)考教師手持探測(cè)器，在考生前后左右和容易藏東西的部位劃過(guò)，如藏有金屬物品，即便是一粒金屬紐扣，探測(cè)器也會(huì)鳴響。金屬探測(cè)器的原理是什么？例.如圖所示，在一個(gè)繞有線(xiàn)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(xiàn)圈通入電流，一段時(shí)間后，一個(gè)容器中水溫升高，則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C解析：通入恒定直流時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不變，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高；渦流是由變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會(huì)升溫。故C正確。三、電磁阻尼1.概念當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)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)體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。2.應(yīng)用磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針迅速停止到某位置，便于讀數(shù)。磁電式儀表導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)四、電磁驅(qū)動(dòng)1.觀(guān)察鋁框的運(yùn)動(dòng)如圖所示，一個(gè)鋁框放在蹄形磁體的兩個(gè)磁極間，可以繞支點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)磁體，觀(guān)察鋁框的運(yùn)動(dòng)。怎樣解釋鋁框的運(yùn)動(dòng)？鋁框的運(yùn)動(dòng)2.概念如果磁場(chǎng)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(lái)，這種作用常常稱(chēng)為電磁驅(qū)動(dòng)。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的裝置3.應(yīng)用交流感應(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(xiàn)圈連接到三相電源上，就能產(chǎn)生類(lèi)似上面演示實(shí)驗(yàn)中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中的導(dǎo)線(xiàn)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。電動(dòng)機(jī)4.

電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的理解電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)不同點(diǎn)成因由導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)形成由磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)形成效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，為阻力安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，為動(dòng)力能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體受到的安培力都是阻礙導(dǎo)體與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)例1824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)”．實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤(pán)水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線(xiàn)懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤(pán)在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤(pán)中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后。下列說(shuō)法正確的是（）解析：A．圓盤(pán)上沒(méi)有產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B．圓盤(pán)內(nèi)的渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)C．在圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤(pán)的磁通量發(fā)生了變化D．圓盤(pán)中的自由電子隨圓盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)B本課小結(jié)當(dāng)堂檢測(cè)1.如圖所示，一個(gè)水平放置的玻璃圓環(huán)形小槽，槽內(nèi)光滑，槽寬度和深度處處相同?，F(xiàn)將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在槽中，讓它獲得一初速度v0，與此同時(shí)，有一變化的磁場(chǎng)垂直穿過(guò)玻璃圓環(huán)形小槽外徑所對(duì)應(yīng)的圓面積，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小跟時(shí)間成正比例增大，方向豎直向下。設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電荷量保持不變，則（）A.小球的向心力大小不變B.小球的向心力大小不斷增大C.磁場(chǎng)力對(duì)小球做了功D.小球受到的磁場(chǎng)力大小與時(shí)間成正比B【解析】A錯(cuò)，B對(duì)：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大時(shí)，將產(chǎn)生一恒定的感生電場(chǎng)，由楞次定律知，電場(chǎng)方向和小球的初速度方向相同。因小球帶正電，靜電力對(duì)小球做正功，小球的速度逐漸增大，向心力也隨之增大。C錯(cuò)：洛倫茲力對(duì)帶電小球不做功。D錯(cuò)：帶電小球所受的洛倫茲力F=qvB隨著v、B的增大而增大，同時(shí)B∝t，則F和t不成正比。2.下列關(guān)于渦流的說(shuō)法中，正確的是（）A.渦流跟平時(shí)常見(jiàn)的感應(yīng)電流一樣，都是因?yàn)榇┻^(guò)導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B.渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C.渦流有熱效應(yīng)，但沒(méi)有磁效應(yīng)D.在硅鋼片中不能產(chǎn)生渦流A【解析】渦流是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它是感應(yīng)電流，既有熱效應(yīng)，又有磁效應(yīng)。硅鋼片中能產(chǎn)生渦流，但電流較小。3.

電磁爐熱效率高達(dá)90%，爐面無(wú)明火，無(wú)煙無(wú)廢氣，電磁“火力”強(qiáng)勁，安全可靠。如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說(shuō)法正確的是（）A.當(dāng)恒定電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，恒定磁場(chǎng)越強(qiáng)，電磁爐加熱效果越好B.電磁爐通電線(xiàn)圈加交流電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進(jìn)而發(fā)熱工作C.電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導(dǎo)熱性能較差D.在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐不能起到加熱作用解析：A錯(cuò)，B對(duì)：電磁爐就是采用渦流感應(yīng)加熱原理，其內(nèi)部通過(guò)電子線(xiàn)路板產(chǎn)生交變磁場(chǎng)、當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時(shí)，在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，用電流熱效應(yīng)來(lái)加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的。C錯(cuò)：電磁爐工作時(shí)需要在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋不屬于導(dǎo)體，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流。D錯(cuò)：線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)能穿透紙板到達(dá)鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用電流的熱效應(yīng)起到加熱作用。B4.如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線(xiàn)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(xiàn)圈將逆