高中物理 第4章 電磁感應(yīng) 第7節(jié) 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動課件 新人教版選修32

第四章電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)第七節(jié)渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動第七節(jié)渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動了解渦流的產(chǎn)生原理，了解渦流的防止和應(yīng)用了解渦流的產(chǎn)生原理，了解渦流的防止和應(yīng)用了解電磁驅(qū)動和電磁阻尼了解電磁驅(qū)動和電磁阻尼 當(dāng)人攜帶金屬器件經(jīng)過安檢門時，報警器就會發(fā)出響聲，你知道其中的原理嗎？1 1知識自主梳理知識自主梳理2 2重點(diǎn)難點(diǎn)突破重點(diǎn)難點(diǎn)突破3 3考點(diǎn)題型設(shè)計考點(diǎn)題型設(shè)計4 4易錯案例剖析易錯案例剖析5 5課堂知識結(jié)構(gòu)課堂知識結(jié)構(gòu)6 6隨堂鞏固提升隨堂鞏固提升7 7課課 時時 作作 業(yè)業(yè)知識自主梳理知識自主梳理 1定義 在變化的磁場中的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的_，就像水中的漩渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流。 2渦流的特點(diǎn) 若金屬的電阻率小，渦流往往_，產(chǎn)生的熱量_。渦流渦流知知 識識 點(diǎn)點(diǎn) 1感應(yīng)電流感應(yīng)電流 很強(qiáng)很強(qiáng) 很多很多 3渦流的應(yīng)用 (1)渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用：如_。 (2)渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用：如_、_。 4渦流的防止 電動機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過大而導(dǎo)致浪費(fèi)能量，損壞電器。 (1)途徑一：增大鐵芯材料的_。 (2)途徑二：用相互絕緣的_疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。真空冶煉爐真空冶煉爐 探雷器探雷器 安檢門安檢門 電阻率電阻率 硅鋼片硅鋼片 1概念 當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時，_電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是_導(dǎo)體的運(yùn)動。 2應(yīng)用 磁電式儀表中利用_使指針迅速停止擺動，便于讀數(shù)。電磁阻尼電磁阻尼知知 識識 點(diǎn)點(diǎn) 2感應(yīng)感應(yīng) 阻礙阻礙 電磁阻尼電磁阻尼 1概念 磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到_的作用，_起來。 2應(yīng)用 交流感應(yīng)電動機(jī)。電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動知知 識識 點(diǎn)點(diǎn) 3安培力安培力 使導(dǎo)體運(yùn)動使導(dǎo)體運(yùn)動 重點(diǎn)難點(diǎn)突破重點(diǎn)難點(diǎn)突破 1.渦流的產(chǎn)生 渦流實(shí)際上是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場中，或者導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動時，導(dǎo)體內(nèi)部可以等效成許許多多的閉合電路，當(dāng)穿過這些閉合電路的磁通量變化時，在導(dǎo)體內(nèi)部的這些閉合電路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。即導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了渦流。 2渦流的特點(diǎn) 當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流)時，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強(qiáng)，根據(jù)公式PI2R知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大。一、對渦流的理解一、對渦流的理解 3能量轉(zhuǎn)化 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。如果金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果是金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，則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。 答案：利用交變電流的交變磁場在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流 解析：高頻感應(yīng)爐是利用了電磁感應(yīng)的原理，給線圈通入高頻交變電流后，冶煉爐內(nèi)待冶煉的金屬在快速變化的磁場中產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱量使金屬熔化。 1電磁驅(qū)動和電磁阻尼的形成原因 當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量就發(fā)生變化。例如，線圈處于如圖所示的初始狀態(tài)時，穿過線圈的磁通量為零。當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此時線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會跟著一起轉(zhuǎn)動起來。二、電磁阻尼與電磁驅(qū)動二、電磁阻尼與電磁驅(qū)動 從動力學(xué)的觀點(diǎn)來看，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到的安培力是使線圈轉(zhuǎn)動起來的動力，對線圈而言是電磁驅(qū)動；而線圈對磁鐵的作用力對磁鐵的轉(zhuǎn)動起阻礙作用，對磁鐵而言是電磁阻尼，因此電磁驅(qū)動和電磁阻尼是相對的兩個方面，不可分割。 2電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁阻尼電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動不不同同點(diǎn)點(diǎn)成因成因由于導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動而產(chǎn)由于導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力到安培力由于磁場運(yùn)動引起磁通量的變化而產(chǎn)由于磁場運(yùn)動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，阻礙物體運(yùn)動向相反，阻礙物體運(yùn)動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向?qū)w受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同，推動導(dǎo)體運(yùn)動相同，推動導(dǎo)體運(yùn)動能量能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)形式能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，而對外做功機(jī)械能，而對外做功相同點(diǎn)相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感兩者都是電磁感應(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)體與磁場間的相對運(yùn)動。應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運(yùn)動。 特別提醒電磁阻尼、電磁驅(qū)動現(xiàn)象中安培力的效果是阻礙相對運(yùn)動，應(yīng)注意電磁驅(qū)動中導(dǎo)體的運(yùn)動速度仍要小于磁場的運(yùn)動速度。 答案：電磁阻尼 解析：銅盤轉(zhuǎn)動時如果加上磁場，則在銅盤中產(chǎn)生渦流，磁場對這個渦流的作用力阻礙它們的轉(zhuǎn)動，故在較短的時間內(nèi)銅盤停止轉(zhuǎn)動?？键c(diǎn)題型設(shè)計考點(diǎn)題型設(shè)計題型題型1渦流的利用和防止渦流的利用和防止D A金屬物品中產(chǎn)生的渦流的變化頻率與探測器線圈中的交變電流的頻率可能不同 B當(dāng)探測器中通有的交變電流頻率不在工作頻率范圍內(nèi)時，被檢測金屬物品中就不產(chǎn)生感應(yīng)電流 C探測器線圈中通低頻率的正弦交變電流更容易檢測出尺寸小、電阻率大的金屬物品 D該種金屬探測器能檢測有無金屬物品，但不能準(zhǔn)確區(qū)分金屬的種類 解析：金屬探測器利用的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，金屬物品中產(chǎn)生的渦流的頻率與探測器線圈中的交變電流的頻率是相同的，故A錯誤；金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應(yīng)出渦流，與探測器中通有的交變電流頻率無關(guān)，故B錯誤；探測過程中，當(dāng)探測器靠近金屬物體時，能在金屬中形成渦流，渦流的大小強(qiáng)弱與該物體的電阻率有關(guān)，電阻率越大，則渦電流的強(qiáng)度越小，所以探測器線圈中通低頻率的正弦交變電流更難檢測出尺寸小、電阻率大的金屬物品，故C錯誤；探測過程中，當(dāng)探測器靠近金屬物體時，能在金屬中形成渦流，進(jìn)而引起線圈中電流的變化，能檢測有無金屬物品，但不能準(zhǔn)確區(qū)分金屬的種類，故D正確。BD 解析：不使用整塊硅鋼而采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻，來減少電能轉(zhuǎn)化成鐵芯的內(nèi)能，提高效率，是防止渦流而采取的措施。題型題型2對電磁驅(qū)動和電磁阻尼的理解對電磁驅(qū)動和電磁阻尼的理解ABD A不斷轉(zhuǎn)動A盤就可以獲得持續(xù)的電流，其原因是將整個銅盤看成沿徑向排列的無數(shù)根銅條，它們做切割磁感線運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 B當(dāng)A盤轉(zhuǎn)動時，B盤也能轉(zhuǎn)動的原因是電流在磁場中受到力的作用，此力對轉(zhuǎn)軸有力矩 C當(dāng)A盤順時針轉(zhuǎn)動時，B盤也順時針轉(zhuǎn)動 D銅盤B的角速度小于銅盤A的角速度 解析：將圖中銅盤A所在的一組裝置作為發(fā)電機(jī)模型，銅盤B所在的一組裝置作為電動機(jī)模型，在A中找一輻條，根據(jù)右手定則可以判定出產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向，其他輻條也產(chǎn)生同樣的電動勢，各輻條產(chǎn)生的總電動勢相當(dāng)于電池并聯(lián)，故選項(xiàng)A正確；當(dāng)A盤順時針(俯視圖)轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電流由盤心流向邊緣，此電流通過銅盤B時，受到安培力的作用，由左手定則知此力對轉(zhuǎn)軸有逆時針(俯視圖)方向的力矩，使銅盤B逆時針轉(zhuǎn)動，故選項(xiàng)B正確，C錯誤；由于B在轉(zhuǎn)動時也產(chǎn)生反抗其發(fā)生相對運(yùn)動的感應(yīng)電動勢Eb，電路中的總電動勢EEaEb0，可得EaEb，即銅盤B的角速度小于銅盤A的角速度，D正確。 解析：這是渦流的典型應(yīng)用之一。當(dāng)指針擺動時，1隨之轉(zhuǎn)動，2是磁鐵，那么在1中產(chǎn)生渦流，2對1的安培力將阻礙1的轉(zhuǎn)動?？傊还?向哪個方向轉(zhuǎn)動，2對1的效果總起到阻尼作用。所以它能使指針很快地穩(wěn)定下來。AD 題型題型3探究探究應(yīng)用應(yīng)用 電磁爐的特點(diǎn)是：電磁爐的效率比一般的爐子都高，熱效率高達(dá)90%，爐面無明火，無煙無廢氣，電磁爐火力強(qiáng)勁，安全可靠。 因?yàn)殡姶艩t是以電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，利用電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量，所以不是所有的鍋或器具都適用。對于鍋的選擇，方法很簡單，只要鍋底能被磁鐵吸住的就能用。適合放在電磁爐上的烹飪器具有不銹鋼鍋、不銹鋼壺、平底鐵鍋；不適用的有陶瓷鍋、圓底鐵鍋、耐熱玻璃鍋、鋁鍋、銅鍋等。 (1)在電磁爐加熱食物的過程中涉及到的物理原理有(回答三個即可)： _； _； _。 (2)電磁爐所用的鍋不能用陶瓷鍋、耐熱玻璃鍋的原因是_；電磁爐所用的鍋不能用鋁鍋、銅鍋的原因是_。電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng)(或電生磁或電生磁) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象(或磁生電或磁生電) 電流的熱效應(yīng)電流的熱效應(yīng)(或焦耳定律或焦耳定律) 不能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象不能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象 鋁、銅的導(dǎo)磁性太差，效率低鋁、銅的導(dǎo)磁性太差，效率低 (3)在鍋和電磁爐中間放置一紙板，則電磁爐還能起到加熱作用嗎？為什么？ 答案：(3)能起到加熱作用，線圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達(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。 答案：金屬探測器是利用渦流工作的。交變電流通過金屬探測器的線圈時，會產(chǎn)生變化的磁場。如果探測器周圍有金屬，金屬內(nèi)便產(chǎn)生渦流，渦流本身又會產(chǎn)生磁場反過來影響原有的磁場。這樣就會引發(fā)探測器發(fā)出鳴叫聲。易錯案例剖析易錯案例剖析D 易錯分析：易錯分析：對本題的易錯選項(xiàng)及錯誤原因分析如下：錯誤地認(rèn)為金屬塊最對本題的易錯選項(xiàng)及錯誤原因分析如下：錯誤地認(rèn)為金屬塊最終停在終停在O點(diǎn)處而選點(diǎn)處而選B項(xiàng)；忽略了金屬塊剛開始滑動時具有的動能而誤選項(xiàng)；忽略了金屬塊剛開始滑動時具有的動能而誤選C項(xiàng)。項(xiàng)。課堂知識結(jié)構(gòu)課堂知識結(jié)構(gòu)隨堂鞏固提升隨堂鞏固提升課課 時時 作作 業(yè)業(yè)