（通用版）2018-2019版高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.7 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)課件 新人教版選修3-2.ppt

7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng),第四章電磁感應(yīng),學(xué)習(xí)目標(biāo) 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(dòng)的原理和應(yīng)用.,內(nèi)容索引,自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測 檢測評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí),一、渦流 1.渦流：當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生 ，電流在導(dǎo)體中組成閉合回路，很像 ，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流. 2.渦流大小的決定因素：磁場變化越 ( 越 )，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. 二、電磁阻尼 當(dāng)導(dǎo)體在 運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是 導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼.,感應(yīng)電流,水中的旋渦,快,大,大,小,磁場中,阻礙,三、電磁驅(qū)動(dòng) 若磁場相對(duì)導(dǎo)體運(yùn)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 的作用， 使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動(dòng).,安培力,安培力,即學(xué)即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)導(dǎo)體中有渦流時(shí)，導(dǎo)體沒有和其他元件組成閉合回路，故導(dǎo)體不會(huì)發(fā)熱.() (2)電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)均遵循楞次定律.() (3)電磁阻尼發(fā)生的過程，存在機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化.() (4)電磁驅(qū)動(dòng)中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電磁阻尼中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生.(),答案,2.光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖1所示，拋物線的方程為yx2，其下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場中，磁場的上邊界是ya的直線(如圖中的虛線所示).一個(gè)質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線上yb(ba)處以速度v沿拋物線下滑，假設(shè)曲面足夠長，重力加速度為g，則金屬塊 在曲面上滑動(dòng)的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量為_.,圖1,答案,重點(diǎn)探究,導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，導(dǎo)體中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀像什么？,一、渦流,答案,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，使導(dǎo)體中的自由電子發(fā)生定向移動(dòng)，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.,知識(shí)深化 1.產(chǎn)生渦流的兩種情況 (1)塊狀金屬放在變化的磁場中. (2)塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng). 2.產(chǎn)生渦流時(shí)的能量轉(zhuǎn)化 (1)金屬塊在變化的磁場中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. (2)金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，由于克服安培力做功，金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.,3.渦流的應(yīng)用與防止 (1)應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門等. (2)防止：為了減小電動(dòng)機(jī)、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的硅鋼做材料，而且用相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯.,例1(多選)“電磁感應(yīng)鋁箔封口機(jī)”被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中，如圖3所示為一手持式封口機(jī)，它的工作原理是：當(dāng)接通電源時(shí)，內(nèi)置線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁感線穿過封口鋁箔材料時(shí)，瞬間產(chǎn)生大量小渦流，致使鋁箔自行快速發(fā)熱，熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在承封容器的封口處，達(dá)到迅速封口的目的.下列有關(guān)說法正確的是 A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔 B.該封口機(jī)可用干電池作為電源以方便攜帶 C.封口過程中溫度過高，可適當(dāng)減小所通電流的頻率來解決 D.該封口機(jī)適用于玻璃、塑料等多種材質(zhì)的容器封口，但不適用于金屬容器,圖3,答案,解析,解析由于封口機(jī)利用了電磁感應(yīng)原理，故封口材料必須是金屬類材料，而且電源必須是交流電，A、B錯(cuò)誤； 減小內(nèi)置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產(chǎn)生的熱量，即控制溫度，C正確； 封口材料應(yīng)是金屬類材料，但對(duì)應(yīng)被封口的容器不能是金屬，否則同樣會(huì)被熔化，只能是玻璃、塑料等材質(zhì)，D正確.,例2(多選)如圖4所示，閉合金屬環(huán)從光滑曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)環(huán)的初速度為零，摩擦不計(jì)，曲面處在圖中磁場中，則 A.若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度小于h B.若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度等于h C.若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度等于h D.若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度小于h,圖4,答案,解析,解析若磁場為勻強(qiáng)磁場，穿過環(huán)的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，即無機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒，故A錯(cuò)誤，B正確； 若磁場為非勻強(qiáng)磁場，環(huán)內(nèi)要產(chǎn)生電能，機(jī)械能減少，故C錯(cuò)誤，D正確.,導(dǎo)學(xué)探究彈簧上端固定，下端懸掛一個(gè)磁鐵.將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動(dòng)較長時(shí)間才停下來.如果在磁鐵下端放一個(gè)固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過它(如圖5所示)，磁鐵就會(huì)很快停下來，解釋這個(gè)現(xiàn)象.,二、電磁阻尼,圖5,答案當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時(shí)，在閉合線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場會(huì)阻礙磁鐵靠近或離開線圈，也就使磁鐵振動(dòng)時(shí)除了受空氣阻力外，還要受到線圈的磁場阻力，克服阻力需要做的功較多，機(jī)械能損失較快，因而會(huì)很快停下來.,答案,知識(shí)深化 1.閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，導(dǎo)體在磁場中就要受到磁場力的作用，根據(jù)楞次定律，磁場力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，于是產(chǎn)生電磁阻尼現(xiàn)象. 2.電磁阻尼是一種十分普遍的物理現(xiàn)象，任何在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體，只要給感應(yīng)電流提供回路，就會(huì)存在電磁阻尼作用.,例3如圖6所示，上端開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置.小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊(不計(jì)空氣阻力) A.在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng) B.在兩個(gè)下落過程中的機(jī)械能都守恒 C.在P中的下落時(shí)間比在Q中的長 D.落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大,圖6,答案,解析,解析小磁塊下落過程中，在銅管P中產(chǎn)生感應(yīng)電流，小磁塊受到向上的磁場力，不做自由落體運(yùn)動(dòng)，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落體運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤； 根據(jù)功能關(guān)系知，在P中下落時(shí)，小磁塊機(jī)械能減少，在Q中下落時(shí)，小磁塊機(jī)械能守恒，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 在P中加速度較小，在P中下落時(shí)間較長，選項(xiàng)C正確； 由于在P中下落時(shí)要克服磁場力做功，機(jī)械能有損失，故落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,導(dǎo)學(xué)探究一個(gè)閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如圖7所示，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)蹄形磁鐵順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；蹄形磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng). (1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量是否變化？,三、電磁驅(qū)動(dòng),圖7,答案變化.,答案,(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來的動(dòng)力是什么力？線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度什么關(guān)系？,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(dòng)力使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來.線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速度小于磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度.,答案,知識(shí)深化電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較 1.電磁阻尼中安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)；電磁驅(qū)動(dòng)中導(dǎo)體所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). 2.電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電磁驅(qū)動(dòng)中由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，部分電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對(duì)外做功.,例4如圖8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.線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵大 D.線圈靜止不動(dòng),圖8,答案,解析,解析由楞次定律可知，線圈將與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速一定小于磁鐵的轉(zhuǎn)速.如兩者的轉(zhuǎn)速相同，磁感線與線圈處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，線圈不切割磁感線，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，B正確，A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤.,1.由楞次定律的推廣含義知，線圈的運(yùn)動(dòng)可以阻礙兩者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以其角速度必小于磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度. 2.電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼的聯(lián)系：電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙導(dǎo)體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng).,達(dá)標(biāo)檢測,1.(渦流的應(yīng)用與防止)(多選)變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成，而不采用一塊整硅鋼，這是為了 A.增大渦流，提高變壓器的效率 B.減小渦流，提高變壓器的效率 C.增大渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量 D.減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量,答案,解析,解析采用薄硅鋼片疊壓在一起，目的是減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量，進(jìn)而提高變壓器的效率，故選項(xiàng)B、D正確.,1,2,3,4,2.(渦流的應(yīng)用與防止)(多選)如圖9所示是用渦流金屬探測器探測地下金屬物的示意圖，下列說法中正確的是 A.探測器內(nèi)的探測線圈會(huì)產(chǎn)生交變磁場 B.只有有磁性的金屬物才會(huì)被探測器探測到 C.探測到地下的金屬物是因?yàn)樘筋^中產(chǎn)生了渦流 D.探測到地下的金屬物是因?yàn)榻饘傥镏挟a(chǎn)生了渦流,答案,圖9,1,2,3,4,解析線圈通電后在安培力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在鋁框內(nèi)產(chǎn)生渦流.渦流將阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來，這樣做是利用渦流來起電磁阻尼的作用，故B、C正確.,3.(對(duì)電磁阻尼的理解)(多選)如圖10所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是 A.防止渦流而設(shè)計(jì)的 B.利用渦流而設(shè)計(jì)的 C.起電磁阻尼的作用 D.起電磁驅(qū)動(dòng)的作用,答案,圖10,解析,1,2,3,4,4.(對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)的理解)(多選)1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”.實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖11所示.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來，但略有滯后.下列說法正確的是 A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢 B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) C.在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，磁針的磁場穿過整 個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化 D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成電 流，此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng),答案,圖11,1,2,3,4,