高中物理 第四章 电磁感应 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件 新人教版选修32.ppt

7涡流 电磁阻尼和电磁驱动 读一读 思一思 辨一辨 议一议 一 涡流阅读教材第26页 涡流 部分 知道涡流的概念 了解涡流的应用与防止 1 什么是涡流 答案 导体中感应出的电流在导体内自成闭合回路 像水的旋涡一样 因此把它叫作涡电流 简称涡流 2 举例说明涡流的应用与防止 答案 应用 真空冶炼炉 探雷器 防止 电动机与变压器的铁芯用硅钢片 读一读 思一思 辨一辨 议一议 二 电磁阻尼阅读教材第27页 思考与讨论 和 电磁阻尼 部分 初步理解电磁阻尼的概念 了解电磁阻尼的应用 1 什么是电磁阻尼 答案 当导体在磁场中运动时 感应电流会使导体受到安培力 安培力总是阻碍导体运动的现象 2 举例说明电磁阻尼的应用 答案 磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来 便于读数 读一读 思一思 辨一辨 议一议 三 电磁驱动阅读教材第27 28页 演示 和 电磁驱动 部分 初步理解电磁驱动的应用 1 什么是电磁驱动 答案 磁场相对于导体转动时 导体中产生感应电流 感应电流使导体受到安培力的作用 安培力使导体运动起来的现象 2 举例说明电磁驱动的应用 答案 交流感应电动机 读一读 思一思 辨一辨 议一议 1 思考辨析 1 涡流跟平时常见的感应电流一样 都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的 解析 涡流本质上是感应电流 是自身构成的回路 是在穿过导体的磁通量变化时产生的 答案 2 涡流有热效应 但没有磁效应 解析 涡流既有热效应 又有磁效应 答案 3 在硅钢中不能产生涡流 解析 硅钢电阻率大 产生的涡流较小 但仍能产生涡流 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 4 电磁阻尼 电磁驱动都是电磁感应现象 都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律 解析 电磁阻尼 电磁驱动都是由于磁通量的变化引起的 所以都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律 答案 5 电磁阻尼是由于电磁感应中安培力阻碍导体与磁场的相对运动产生的 而电磁驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的 解析 电磁感应现象中 安培力总是阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 探究讨论 1 用导线把微安表的两个接线柱连在一起后 晃动微安表时 表针摆动的幅度为什么比没连接接线柱时的小 答案 用导线把微安表的两个接线柱连接起来后 就形成了闭合回路 产生感应电流从而阻碍表针的相对运动 即发生电磁阻尼现象 2 真空冶炼炉的线圈为什么要接入高频交变电流 答案 在线圈中通入高频交变电流 根据电磁感应定律 电流变化快 得到的感应电动势就大 涡流就强 3 为什么电磁式仪表的线圈常用铝框做骨架 答案 电表把线圈绕在闭合的铝框上 当线圈摆动时 在闭合的铝框中将产生感应电流 从而获得电磁阻尼力矩 以使线圈迅速稳定在所示值的位置 探究一 探究二 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 涡流在现代家庭的厨房中 电磁炉 如图所示 是人们非常青睐的炊具 它具有热效率高 温控准确 安全性好 清洁卫生等特点 你知道电磁炉的锅不能用陶瓷锅 耐热玻璃锅的原因是什么吗 探究一 探究二 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 要点提示 电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈 采用磁场感应涡流加热原理工作 当通上交替变化极快的电流时 在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场 磁感线穿过锅体 使锅底产生强涡流 当磁场内的磁感线通过铁质锅底时会产生无数的涡流 使锅体本身自行快速发热 就放出大量的热量 然后再作用于锅内食物 将饭菜煮熟 而陶瓷和玻璃是绝缘体 不能产生感应电流 从而不能加热锅内食物 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 1 对涡流的理解 2 产生涡流的两种情况 1 块状金属放在变化的磁场中 2 块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动 3 应用 1 涡流热效应的应用 如真空冶炼炉 2 涡流磁效应的应用 如探雷器 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 4 涡流的危害与防止 1 涡流的危害在各种电机 变压器中 涡流会使铁芯的温度升高 危及线圈绝缘材料的寿命 另外涡流发热要消耗额外的能量 使电机 变压器的效率降低 2 涡流的防止为了减小涡流 变压器 电机中的铁芯不是由整块的钢铁制成 而是用薄薄的硅钢片叠压而成 一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大 从而减少损耗 另一方面 每层硅钢片之间都是绝缘的 阻断了涡流的通路 进一步减小了涡流的发热 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 1 涡流是整块导体发生的电磁感应现象 同样遵循法拉第电磁感应定律 2 磁场变化越快 导体的横截面积s越大 导体材料的电阻率越小 形成的涡流就越强 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 例题1 多选 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 感应电流通过焊缝产生很多热量 将金属熔化 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 a 电流变化的频率越高 焊缝处的温度升高得越快b 电流变化的频率越低 焊缝处的温度升高得越快c 工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小d 工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大解析 电流变化的频率越高 则产生的感应电流越大 升温越快 故a项对 工件上各处电流相同 电阻大处产生的热量多 故d项对 答案 ad 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 变式训练1 多选 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成 而不采用一块整硅钢 这是为了 a 增大涡流 提高变压器的效率b 减小涡流 提高变压器的效率c 增大涡流 减小铁芯的发热量d 减小涡流 减小铁芯的发热量答案 bd 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 电磁阻尼和电磁驱动如图所示 蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动 1 如果将磁铁拿走 轻转线圈 观察线圈的转动 若安装上磁铁 用同样的力转动线圈 你会观察到两次现象有什么不同 为什么 2 让线圈静止 转动磁铁 观察线圈有什么现象发生 为什么 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 要点提示 1 观察到没有磁铁时线圈转动的时间比有磁铁时转动的时间长很多 有磁铁时 线圈转动会产生感应电流 感应电流的安培力阻碍线圈的转动 2 观察到线圈随着磁铁的转动会慢慢转动起来 线圈中产生感应电流 感应电流的安培力阻碍线圈相对磁铁的运动 即使线圈慢慢随磁铁转动起来 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 特别提醒 1 电磁阻尼 电磁驱动都是电磁感应现象 都遵循楞次定律 2 电磁阻尼 电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动 应注意电磁驱动中阻碍的结果 若磁铁运动 线圈中的感应电流的结果是安培力的方向与磁铁运动方向相同 即电磁驱动 若磁场不动 线圈运动 则感应电流的结果阻碍线圈运动 即电磁阻尼 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 例题2 如图所示 弹簧上端固定 下端挂一只条形磁铁 使磁铁上下振动 磁铁的振动幅度不变 若在振动过程中把线圈靠近磁铁 观察磁铁的振幅将会发现 a s闭合时振幅逐渐减小 s断开时振幅不变b s闭合时振幅逐渐增大 s断开时振幅不变c s闭合或断开 振幅变化相同d s闭合或断开 振幅都不发生变化解析 s断开时 磁铁振动 穿过线圈的磁通量发生变化 线圈中无感应电流 振幅不变 s闭合时有感应电流 有电能产生 磁铁的机械能越来越少 振幅逐渐减小 选项a正确 答案 a 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 归纳总结 1 由楞次定律的推广含义知 线圈的运动可以阻碍两者间的相对运动 所以其角速度必小于磁铁转动的角速度 2 电磁驱动和电磁阻尼的联系 电磁驱动和电磁阻尼现象中安培力的作用效果均为阻碍导体间的相对运动 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 变式训练2阻尼摆的示意图如图所示 在轻质杆上固定一金属薄片 轻质杆可绕上端o点在竖直面内转动 一水平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面 使摆从图中实线位置释放 摆很快就会停止摆动 若将摆改成梳齿状 还是从同一位置释放 摆会摆动较长的时间 试定性分析其原因 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 当堂检测 解析 第一种情况下 阻尼摆进入有界磁场后 在摆中会形成涡流 涡流受磁场的阻碍作用 会很快停下来 第二种情况下 将金属摆改成梳齿状 阻断了涡流形成的回路 从而减弱了涡流 受到的阻碍会比先前小得多 所以会摆动较长的时间 答案 见解析 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 1 多选 涡流的应用 如图所示 在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯 现接通交流电源 过了几分钟 杯内的水沸腾起来 若要缩短上述加热时间 下列措施可行的有 a 增加线圈的匝数b 提高交流电源的频率c 将金属杯换为瓷杯d 取走线圈中的铁芯解析 当电磁铁接通交流电源时 金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热 使水温升高 要缩短加热时间 需增大涡电流 即增大感应电动势或减小电阻 增加线圈匝数 提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势 瓷杯不能产生涡电流 取走铁芯会导致磁性减弱 所以选项a b正确 选项c d错误 答案 ab 探究一 探究二 1 2 3 4 当堂检测 2 电磁阻尼的应用 多选 如图所示 磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架 把线圈绕在铝框上 这样做的目的是 a 防止涡流而设计的b 利用涡流而设计的c 起电磁阻尼的作用d 起电磁驱动的作用解析 线圈通电后 在安培力作用下发生转动 铝框随之转动 并切割磁感线产生感应电流 也就是涡流 涡流阻碍线圈的转动 使线圈偏转后尽快停下来 所以 这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用 答案 bc 探究一 探究二 1 2 3 4 当堂检测 3 多选 电磁驱动的理解 如图所示 蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴oo 转动 从上向下看 当磁铁逆时针转动时 则 a 线圈将逆时针转动 转速与磁铁相同b 线圈将逆时针转动 转速比磁铁小c 线圈转动时将产生大小 方向周期性变化的电流d 线圈转动时感应电流的方向始终是abcda解析 当磁铁逆时针转动时 相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线 线圈中产生大小 方向周期性变化的电流 故c对 d错 由楞次定律可知 线圈将与磁铁同向转动 但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度 如两者的角速度相同 磁感线与线圈处于相对静止 线圈不切割