高中物理 1.7 渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用課件 粵教版選修3-2.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,一、渦流現(xiàn)象 導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象,稱為渦流現(xiàn)象.導(dǎo)體的外周長越長,交變磁場的頻率越高,渦流就越大.,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,二、電磁灶與渦流加熱 電磁灶采用了磁場感應(yīng)渦流加熱原理,因此利用交變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場.,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,三、感應(yīng)加熱 足夠大的導(dǎo)體中產(chǎn)生很大的渦流,導(dǎo)體中電流可以發(fā)熱,使金屬受熱甚至融化,人們根據(jù)這個原理,制造出了感應(yīng)爐,用來冶煉金屬. 在感應(yīng)加熱中,是使用高頻交流電源好,還是使用低頻交流電源好?為什么? 答案：使用高頻電源好,感應(yīng)加熱就是利用感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量,感應(yīng)電流適當(dāng)大些較好,當(dāng)使用高頻交流電源時,它產(chǎn)生高頻變化的磁場,磁場中導(dǎo)體內(nèi)的磁通量變化非常迅速,產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,加熱效果會更好.,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,四、渦流制動、探測及消除 金屬盤在磁場中轉(zhuǎn)動,從而產(chǎn)生一個動態(tài)阻尼力,激起渦流,實現(xiàn)制動.生產(chǎn)、生活中,有時也要避免渦流效應(yīng),以降低能耗.,,,知識精要,思考探究,典題例解,一,二,遷移應(yīng)用,一、渦流 1.渦流產(chǎn)生的條件 渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,渦流產(chǎn)生條件是穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化,并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路.同時因為整個導(dǎo)體回路的電阻一般很小,所以感應(yīng)電流很大. 2.可以產(chǎn)生渦流的兩種情況 (1)把塊狀金屬放在變化的磁場中. (2)讓塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強磁場中運動.,知識精要,思考探究,典題例解,一,二,遷移應(yīng)用,3.能量轉(zhuǎn)化 伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成的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)出磁場或在非勻強磁場中運動,則由于克服安培力做功,金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,乘坐飛機的乘客登機前都要接受安全檢查.如圖是一種手持式安全檢查報警器.一靠近金屬體,它就會發(fā)出報警聲.這是為什么呢? 答案：在報警器內(nèi)有一線圈,線圈中通有高頻電流,因此線圈周圍有著高頻變化的磁場.當(dāng)報警器靠近金屬體時,線圈的磁場在金屬體中感應(yīng)出渦電流,渦電流產(chǎn)生的磁場又會穿過線圈,改變線圈中的原磁場,使相關(guān)的電子線路產(chǎn)生報警聲.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】(多選)如圖所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來.若要縮短上述加熱時間,下列措施可行的有 ( ) A.增加線圈的匝數(shù) B.提高交流電源的頻率 C.將金屬杯換為瓷杯 D.取走線圈中的鐵芯,解析：根據(jù)題意,金屬杯產(chǎn)生了渦流使水溫度升高.要縮短加熱時間,應(yīng)使渦流增大.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率,均可使渦流增大,選項A、B正確;換為瓷杯,不能產(chǎn)生渦流,選項C錯誤;取走鐵芯,使渦流減小,選項D錯誤. 答案：AB,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)變壓器的鐵芯總是利用薄硅鋼片疊加而成,而不采用一整塊硅鋼,這是為了( ) (導(dǎo)學(xué)號51130018) 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：BD 解析：本題考查渦流的基本特點.渦流的主要效應(yīng)之一就是熱效應(yīng),而變壓器的鐵芯發(fā)熱,是我們不希望出現(xiàn)的,所以不采用整塊硅鋼,而采用薄硅鋼片疊加在一起,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.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,二、電磁阻尼與電磁驅(qū)動 當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時,感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動,這種現(xiàn)象為電磁阻尼.電磁阻尼在實際中有很多應(yīng)用,教材上說的使電學(xué)儀表的指針很快停下來,就是電磁阻尼作用.電磁阻尼還常用于電氣機車的電磁制動器中. 如果磁場相對于導(dǎo)體運動,在導(dǎo)體中會產(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)體運動起來,這種作用稱為電磁驅(qū)動.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,如圖所示,當(dāng)轉(zhuǎn)動蹄形磁鐵時,線圈也跟著轉(zhuǎn)動起來,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因就是電磁驅(qū)動.電磁驅(qū)動的原因分析:當(dāng)轉(zhuǎn)動蹄形磁鐵時,穿過線圈的磁通量就發(fā)生變化,例如,線圈處于圖中所示的初始狀態(tài)時,穿過線圈的磁通量為零,蹄形磁鐵一轉(zhuǎn)動,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.線圈轉(zhuǎn)動方向與磁鐵方向相同,但轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速,即同向異速.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,你能用楞次定律解釋電磁阻尼和電磁驅(qū)動現(xiàn)象嗎? 答案：當(dāng)磁場變化或?qū)w運動時,若在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的效果就是阻礙磁場變化,或阻礙導(dǎo)體與磁場間的相對運動,若磁場不變,導(dǎo)體運動,感應(yīng)電流的效果是阻礙導(dǎo)體運動,這就是電磁阻尼.當(dāng)磁場運動時感應(yīng)電流阻礙磁場運動,即阻礙磁場與導(dǎo)體之間的相對運動,而使導(dǎo)體運動起來,這就是電磁驅(qū)動.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 如圖所示,在光滑的水平面上有一半徑r=10 cm、電阻R=1 Ω、質(zhì)量m=1 kg的金屬環(huán),以速度v=10 m/s向一有界磁場滑去.勻強磁場方向垂直于紙面向里,B=0.5 T,從環(huán)剛進(jìn)入磁場算起,到剛好有一半進(jìn)入磁場時,圓環(huán)一共釋放了32 J的熱量,求: (導(dǎo)學(xué)號51130019) (1)此時圓環(huán)中電流的瞬時功率. (2)此時圓環(huán)運動的加速度.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,點撥：(1)圓環(huán)進(jìn)磁場過程中產(chǎn)生感應(yīng)電流,機械能減少量等于產(chǎn)生的熱量. (2)彎曲導(dǎo)線切割磁感線所受安培力的等效長度等于兩端點連線長度.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,答案：(1)0.36 W (2)610-2 m/s2,方向向左,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,如圖所示,上下開口、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( ) (導(dǎo)學(xué)號51130020) A.在P和Q中都做自由落體運動 B.在兩個下落過程中的機械能都守恒 C.在P中的下落時間比在Q中的長 D.落至底部時在P中的速度比在Q中的大 答案：C 解析：小磁塊在銅管P中下落時,銅管中產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場阻礙小磁塊的下落,小磁塊的機械能不守恒,A、B兩項錯誤;小磁塊在塑料管Q中下落時不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,小磁塊的機械能守恒,不難分析知,小磁塊在Q中的運動時間短,落至底部時的速度大,C項正確,D項錯誤.,知識鏈接,案例探究,易錯警示,易錯考點:渦流現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問題的分析技巧 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)出磁場或在非勻強磁場中運動,則由于克服安培力做功,金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.,知識鏈接,案例探究,易錯警示,光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線,如圖所示,拋物線下半部分處在一個水平方向的勻強磁場中,磁場的上邊界是y=a的直線(圖中虛線所示),一個金屬塊從拋物線上y=b(ba)處以速度v沿拋物線下滑,假設(shè)拋物線足夠長,金屬塊沿拋物線下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是( ),知識鏈接,案例探究,易錯警示,解析：金屬塊在進(jìn)出磁場過程中要產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,機械能要減少,上升的最大高度不斷降低,最后剛好滑不出磁場,做往復(fù)運動永不停止,根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒,整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)等于機械能的損失,即Q=ΔE= mv2+mg(b-a),故D正確. 答案：D,知識鏈接,案例探究,易錯警示,利用能量守恒分析電磁感應(yīng)問題時,應(yīng)注意明確初、末狀態(tài)及其能量轉(zhuǎn)化,根據(jù)力做功和相應(yīng)形式能的轉(zhuǎn)化列式求解.本題中一定要搞清金屬塊的運動狀態(tài),根據(jù)電磁感應(yīng)知識和能量守恒確定金屬塊最終活動范圍.易犯的錯誤是認(rèn)為金屬塊最終停在O點處,也有同學(xué)列公式時忽略了金屬塊剛開始滑動時具有的動能.,