4-7《涡流--电磁阻尼和电磁驱动》.ppt

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1、4.24.2涡流、电磁阻尼涡流、电磁阻尼和电磁驱动和电磁驱动高中物理选修选修3-23-2高二物理高二物理 赵卫东赵卫东教教 学学 目目 标标 （一）知识与技能（一）知识与技能 1知道涡流是如何产生的。知道涡流是如何产生的。 2知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止。及如何利用和防止。 3知道电磁阻尼和电磁驱动。知道电磁阻尼和电磁驱动。 （二）过程与方法（二）过程与方法 培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。 （三）情感、态度与价值观（三）情感、态度与价值观 培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。培养

2、学生用辩证唯物主义的观点认识问题。 教学重点教学重点 1涡流的概念及其应用。涡流的概念及其应用。 2电磁阻尼和电磁驱动的实例分析电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 教学难点教学难点 电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 教学方法教学方法 通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验 教教 学手段学手段 电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变压器）、电磁阻尼演示装置（示教电流表、微安压器）、电磁阻尼演示装置（示教电流表、微安表、弹簧、条形磁铁），电磁驱动演示装置（表、弹簧、条形磁铁），电磁驱动演

3、示装置（U形磁铁、能绕轴转动的铝框）。形磁铁、能绕轴转动的铝框）。 一、涡流一、涡流 如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场。导体可以看作是由许多闭合线圈组成的，激发出感生电场。导体可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这些线圈中产生了感生电动势，从而产在感生电场作用下，这些线圈中产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流。生涡旋状的感应电流。 当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就当线圈中的电流发

4、生变化时，这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流涡流。 涡流的应用涡流的应用 真空冶炼炉真空冶炼炉为何要用高频交流电？交流电频率越高，金属熔炉中的感应电动势越大；金属材料的电阻越小，产生的涡流越大。涡流的应用涡流的应用 高频焊接高频焊接涡流的应用涡流的应用 电磁炉电磁炉涡流的应用涡流的应用 涡流的应用涡流的应用 交变电流交变电流交变电流交变电流怎样减少涡流损耗？怎样减少涡流损耗？整块铁心整块铁心彼此绝缘的薄片彼此绝缘的薄片涡流的防止涡流的防止变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施变压器铁芯中的涡流损耗及改善措

5、施采用叠加起来的硅钢片代替整块铁芯采用叠加起来的硅钢片代替整块铁芯, ,并使硅钢片平面与磁感应线平行。并使硅钢片平面与磁感应线平行。变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施CDBD 如图，把不同铝片悬挂在电磁铁的两极如图，把不同铝片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个摆。观察摆动情况并解释原因？间，形成一个摆。观察摆动情况并解释原因？演示实验演示实验1二、电磁阻尼二、电磁阻尼演示实验演示实验2 取一灵敏电流计，用手晃动表壳，观察表针相对表盘取一灵敏电流计，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。摆动的情况。 用导线把灵敏电流计的两个接线柱连在一起，再次晃用导线把灵敏电流计的

6、两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况与上次有什么不同，动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况与上次有什么不同，怎样解释这种差别？怎样解释这种差别？ 如图所示，弹簧下端悬如图所示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁能振动某高度后释放，磁铁能振动较长时间才停下来。如果在较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一固定线圈，磁磁铁下端放一固定线圈，磁铁会很快停下来。这种现象铁会很快停下来。这种现象说明了什么？说明了什么？ 演示实验演示实验4 如图所示，如果使一金属圆盘紧靠磁铁的两极而不如图所示，如果使一金属圆盘紧靠磁铁的两极而不接触，当使磁铁旋转

7、起来，在圆盘中产生涡流将阻碍它接触，当使磁铁旋转起来，在圆盘中产生涡流将阻碍它与磁铁的相对运动，因而使得圆盘跟随磁铁运动起来。与磁铁的相对运动，因而使得圆盘跟随磁铁运动起来。在这里，涡流的机械效应表现为在这里，涡流的机械效应表现为电磁驱动电磁驱动。三、电磁驱动三、电磁驱动电磁驱动的应用电磁驱动的应用 交流感应电动机交流感应电动机 例例1 1、如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频、如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一电流通过焊缝产

8、生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是 A A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 B B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快 C C工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小 D D工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大 例例2、如图所示，闭合金属铜环从高为、如图所示，闭合金属铜环从高为h的曲面滚下，

9、沿的曲面滚下，沿曲面的另一侧上升，设闭合环初速度为零，不计摩擦，则曲面的另一侧上升，设闭合环初速度为零，不计摩擦，则 A若是匀强磁场，环上升的高度小于若是匀强磁场，环上升的高度小于h B若是匀强磁场，环上升的高度大于若是匀强磁场，环上升的高度大于h C若是非匀强磁场，环上升的高度等于若是非匀强磁场，环上升的高度等于h D若是非匀强磁场，环上升的高度小于若是非匀强磁场，环上升的高度小于h 解析：解析：若是匀强磁场，闭合环的磁通量不发生变化，无若是匀强磁场，闭合环的磁通量不发生变化，无感应电流产生，环也就受不到磁场力，所以环仍保持机械感应电流产生，环也就受不到磁场力，所以环仍保持机械能守恒，上升的

10、高度等于能守恒，上升的高度等于h。若是非匀强磁场，闭合环的。若是非匀强磁场，闭合环的磁通量发生变化，有感应电流产生，环受到磁场力作用去磁通量发生变化，有感应电流产生，环受到磁场力作用去阻碍环与磁场间的相对运动，使环损失一部分机械能向电阻碍环与磁场间的相对运动，使环损失一部分机械能向电能转化，所以环上升的高度小于能转化，所以环上升的高度小于h。因此答案。因此答案D正确。正确。 例例3、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的

11、材料可能是则小球的材料可能是 A铁铁 B木木 C铜铜 D铝铝如图所示，一金属球用绝缘细线悬挂于如图所示，一金属球用绝缘细线悬挂于O点，点，将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，中经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场为该磁场的竖直边界若不计空气阻力，则的竖直边界若不计空气阻力，则()电磁阻尼的分析电磁阻尼的分析A金属球向右穿过磁场后，还能金属球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度摆至原来的高度B在进入和离开磁场时，金属球在进入和离开磁场时，金属球中均有感应电流中均有感应电流C金属球进入磁场后离平衡位置金属球进入磁场后

12、离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大越近速度越大，感应电流也越大D金属球最终将静止在平衡位置金属球最终将静止在平衡位置【解析【解析】如图所示，当金属球从】如图所示，当金属球从1位置开始下落，位置开始下落，进入磁场时进入磁场时(即即2和和3位置位置)，由于金属球内磁通量发生变，由于金属球内磁通量发生变化，所以有感应电流产生同时，金属球本身有内阻，化，所以有感应电流产生同时，金属球本身有内阻，必然有能量的转化，即有能量的损失必然有能量的转化，即有能量的损失1.如图所示，如图所示，A、B为大小、形状均相同为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖

13、直固定在相同高度两个相同的磁性小球，直固定在相同高度两个相同的磁性小球，同时从同时从A、B管上端的管口无初速度释放，穿管上端的管口无初速度释放，穿过过A管的小球比穿过管的小球比穿过B管的小球先落到地管的小球先落到地面下面对于两管的描述可能正确的是面下面对于两管的描述可能正确的是()AA管是用塑料制成的，管是用塑料制成的，B管是用铜制成的管是用铜制成的BA管是用铝制成的，管是用铝制成的，B管是用胶木制成的管是用胶木制成的CA管是用胶木制成的，管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的管是用塑料制成的DA管是用胶木制成的，管是用胶木制成的，B管是用铝制成的管是用铝制成的位于光滑水平面的小车上放置一螺线管

14、，一个比螺线位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中在此过程中()电磁驱动的分析和应用电磁驱动的分析和应用A磁铁做匀速直线运动磁铁做匀速直线运动B磁铁做减速运动磁铁做减速运动C小车向右做加速运动小车向右做加速运动D小车先加速后减速小车先加速后减速【思路点拨【思路点拨】本题为电磁驱动，可由楞本题为电磁驱动，可由楞次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律判断运动情况判断运动情况C2.如图所示，把一个闭合线框放在蹄形磁如图所示，把一个闭合线框放在

15、蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体可以绕竖直轴转动，体的两磁极之间，蹄形磁体可以绕竖直轴转动，闭合线框也可以绕竖直轴转动，当蹄形磁体逆闭合线框也可以绕竖直轴转动，当蹄形磁体逆时针时针(从上往下看从上往下看)转动时，有关线圈的运动下转动时，有关线圈的运动下列说法正确的是列说法正确的是()A线圈将顺时针方向转动线圈将顺时针方向转动B线圈仍保持静止线圈仍保持静止C线圈将逆时针方向转动，转速与磁铁相同线圈将逆时针方向转动，转速与磁铁相同D线圈将逆时针方向转动，转速比磁铁小线圈将逆时针方向转动，转速比磁铁小解析：解析：选选D.根据电磁驱动，磁铁转动，线圈会根据电磁驱动，磁铁转动，线圈会产生感应电流和受到安培

16、力作用，这个安培力驱动产生感应电流和受到安培力作用，这个安培力驱动线圈运动，其转动的效果是阻碍它们的相对运动，线圈运动，其转动的效果是阻碍它们的相对运动，因此线圈转动方向与磁铁相同，但转速比磁铁小因此线圈转动方向与磁铁相同，但转速比磁铁小光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是线的方程是yx2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是磁场的上边界是ya的直线的直线(图中的虚线所示图中的虚线所示)，一个小金属块，一个小金属块从抛物面上从抛物面上yb(ba)处以速度处以速度v沿抛物面下滑

17、，假设抛物面足沿抛物面下滑，假设抛物面足够长，小金属块沿抛物面下滑后产生的焦耳热总量是够长，小金属块沿抛物面下滑后产生的焦耳热总量是()电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题【答案【答案】D【点评【点评】小金属块在进出磁场的过程中，磁通量发生小金属块在进出磁场的过程中，磁通量发生变化，会产生涡流，机械能转化为内能但在匀强磁场中运变化，会产生涡流，机械能转化为内能但在匀强磁场中运动时，磁通量不变，不产生涡流，机械能守恒动时，磁通量不变，不产生涡流，机械能守恒3.如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺旋管螺旋管A.在弧形轨道上高为在弧形轨道上高为h的地方，无初速释放一磁铁的地方，无初速释放一磁铁B(可视为质点可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺旋管下滑至水平轨道时恰好沿螺旋管A的中心的中心轴运动，设轴运动，设A、B的质量分别为的质量分别为M、m，若最终，若最终A、B速度分别速度分别为为vA、vB.(1)螺旋管螺旋管A将向哪个方向运动？将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能全过程中整个电路所消耗的电能