4-7《渦流__電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)》

1、4.24.2渦流、電磁阻尼渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)和電磁驅(qū)動(dòng)高中物理選修選修3-23-2高二物理高二物理 趙衛(wèi)東趙衛(wèi)東教教 學(xué)學(xué) 目目 標(biāo)標(biāo) （一）知識(shí)與技能（一）知識(shí)與技能 1知道渦流是如何產(chǎn)生的。知道渦流是如何產(chǎn)生的。 2知道渦流對(duì)我們有不利和有利的兩方面，以知道渦流對(duì)我們有不利和有利的兩方面，以及如何利用和防止。及如何利用和防止。 3知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。 （二）過程與方法（二）過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認(rèn)識(shí)事物的科學(xué)態(tài)度。培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認(rèn)識(shí)事物的科學(xué)態(tài)度。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生用辯證唯物主義的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)問題。培養(yǎng)

2、學(xué)生用辯證唯物主義的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)問題。 教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 1渦流的概念及其應(yīng)用。渦流的概念及其應(yīng)用。 2電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。 教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn) 電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。 教學(xué)方法教學(xué)方法 通過演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)通過演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn) 教教 學(xué)手段學(xué)手段 電機(jī)、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變電機(jī)、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變壓器）、電磁阻尼演示裝置（示教電流表、微安壓器）、電磁阻尼演示裝置（示教電流表、微安表、彈簧、條形磁鐵），電磁驅(qū)動(dòng)演示裝置（表、彈簧、條形磁鐵），電磁驅(qū)動(dòng)演

3、示裝置（U形磁鐵、能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁框）。形磁鐵、能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁框）。 一、渦流一、渦流 如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時(shí)間內(nèi)，若如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時(shí)間內(nèi)，若電流變大，則其磁場(chǎng)變強(qiáng)，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場(chǎng)電流變大，則其磁場(chǎng)變強(qiáng)，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場(chǎng)激發(fā)出感生電場(chǎng)。導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圈組成的，激發(fā)出感生電場(chǎng)。導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場(chǎng)作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)在感生電場(chǎng)作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流。生渦旋狀的感應(yīng)電流。 當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)線圈附近的導(dǎo)體中就當(dāng)線圈中的電流發(fā)

4、生變化時(shí)，這個(gè)線圈附近的導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流渦流。 渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 真空冶煉爐真空冶煉爐為何要用高頻交流電？交流電頻率越高，金屬熔爐中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大；金屬材料的電阻越小，產(chǎn)生的渦流越大。渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 高頻焊接高頻焊接渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 電磁爐電磁爐渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用 交變電流交變電流交變電流交變電流怎樣減少渦流損耗？怎樣減少渦流損耗？整塊鐵心整塊鐵心彼此絕緣的薄片彼此絕緣的薄片渦流的防止渦流的防止變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措

5、施采用疊加起來的硅鋼片代替整塊鐵芯采用疊加起來的硅鋼片代替整塊鐵芯, ,并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施CDBD 如圖，把不同鋁片懸掛在電磁鐵的兩極如圖，把不同鋁片懸掛在電磁鐵的兩極間，形成一個(gè)擺。觀察擺動(dòng)情況并解釋原因？間，形成一個(gè)擺。觀察擺動(dòng)情況并解釋原因？演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)1二、電磁阻尼二、電磁阻尼演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)2 取一靈敏電流計(jì)，用手晃動(dòng)表殼，觀察表針相對(duì)表盤取一靈敏電流計(jì)，用手晃動(dòng)表殼，觀察表針相對(duì)表盤擺動(dòng)的情況。擺動(dòng)的情況。 用導(dǎo)線把靈敏電流計(jì)的兩個(gè)接線柱連在一起，再次晃用導(dǎo)線把靈敏電流計(jì)的

6、兩個(gè)接線柱連在一起，再次晃動(dòng)表殼，觀察表針相對(duì)表盤擺動(dòng)的情況與上次有什么不同，動(dòng)表殼，觀察表針相對(duì)表盤擺動(dòng)的情況與上次有什么不同，怎樣解釋這種差別？怎樣解釋這種差別？ 如圖所示，彈簧下端懸如圖所示，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵能振動(dòng)某高度后釋放，磁鐵能振動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間才停下來。如果在較長(zhǎng)時(shí)間才停下來。如果在磁鐵下端放一固定線圈，磁磁鐵下端放一固定線圈，磁鐵會(huì)很快停下來。這種現(xiàn)象鐵會(huì)很快停下來。這種現(xiàn)象說明了什么？說明了什么？ 演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)4 如圖所示，如果使一金屬圓盤緊靠磁鐵的兩極而不如圖所示，如果使一金屬圓盤緊靠磁鐵的兩極而不接觸，當(dāng)使磁鐵旋轉(zhuǎn)

7、起來，在圓盤中產(chǎn)生渦流將阻礙它接觸，當(dāng)使磁鐵旋轉(zhuǎn)起來，在圓盤中產(chǎn)生渦流將阻礙它與磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而使得圓盤跟隨磁鐵運(yùn)動(dòng)起來。與磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而使得圓盤跟隨磁鐵運(yùn)動(dòng)起來。在這里，渦流的機(jī)械效應(yīng)表現(xiàn)為在這里，渦流的機(jī)械效應(yīng)表現(xiàn)為電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)。三、電磁驅(qū)動(dòng)三、電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用電磁驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 例例1 1、如圖所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻、如圖所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻變化的電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)變化的電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一電流通過焊縫產(chǎn)

8、生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是 A A電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快 B B電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快 C C工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小 D D工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大 例例2、如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為、如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為h的曲面滾下，

9、沿的曲面滾下，沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)閉合環(huán)初速度為零，不計(jì)摩擦，則曲面的另一側(cè)上升，設(shè)閉合環(huán)初速度為零，不計(jì)摩擦，則 A若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度小于若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度小于h B若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度大于若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度大于h C若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度等于若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度等于h D若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度小于若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度小于h 解析：解析：若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，閉合環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，無若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，閉合環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)也就受不到磁場(chǎng)力，所以環(huán)仍保持機(jī)械感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)也就受不到磁場(chǎng)力，所以環(huán)仍保持機(jī)械能守恒，上升的

10、高度等于能守恒，上升的高度等于h。若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，閉合環(huán)的。若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，閉合環(huán)的磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)受到磁場(chǎng)力作用去磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)受到磁場(chǎng)力作用去阻礙環(huán)與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使環(huán)損失一部分機(jī)械能向電阻礙環(huán)與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使環(huán)損失一部分機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，所以環(huán)上升的高度小于能轉(zhuǎn)化，所以環(huán)上升的高度小于h。因此答案。因此答案D正確。正確。 例例3、如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球、如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運(yùn)動(dòng)，以一定的初速度向磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運(yùn)動(dòng)，則小球的

11、材料可能是則小球的材料可能是 A鐵鐵 B木木 C銅銅 D鋁鋁如圖所示，一金屬球用絕緣細(xì)線懸掛于如圖所示，一金屬球用絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，點(diǎn)，將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動(dòng)過程將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動(dòng)過程中經(jīng)過有界的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，中經(jīng)過有界的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，A、B為該磁場(chǎng)為該磁場(chǎng)的豎直邊界若不計(jì)空氣阻力，則的豎直邊界若不計(jì)空氣阻力，則()電磁阻尼的分析電磁阻尼的分析A金屬球向右穿過磁場(chǎng)后，還能金屬球向右穿過磁場(chǎng)后，還能擺至原來的高度擺至原來的高度B在進(jìn)入和離開磁場(chǎng)時(shí)，金屬球在進(jìn)入和離開磁場(chǎng)時(shí)，金屬球中均有感應(yīng)電流中均有感應(yīng)電流C金屬球進(jìn)入磁場(chǎng)后離平衡位置金屬球進(jìn)入磁場(chǎng)后

12、離平衡位置越近速度越大，感應(yīng)電流也越大越近速度越大，感應(yīng)電流也越大D金屬球最終將靜止在平衡位置金屬球最終將靜止在平衡位置【解析】如圖所示，當(dāng)金屬球從【解析】如圖所示，當(dāng)金屬球從1位置開始下落，位置開始下落，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)(即即2和和3位置位置)，由于金屬球內(nèi)磁通量發(fā)生變，由于金屬球內(nèi)磁通量發(fā)生變化，所以有感應(yīng)電流產(chǎn)生同時(shí)，金屬球本身有內(nèi)阻，化，所以有感應(yīng)電流產(chǎn)生同時(shí)，金屬球本身有內(nèi)阻，必然有能量的轉(zhuǎn)化，即有能量的損失必然有能量的轉(zhuǎn)化，即有能量的損失1.如圖所示，如圖所示，A、B為大小、形狀均相為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直

13、固定在相同高度兩個(gè)相同的磁性小豎直固定在相同高度兩個(gè)相同的磁性小球，同時(shí)從球，同時(shí)從A、B管上端的管口無初速度釋管上端的管口無初速度釋放，穿過放，穿過A管的小球比穿過管的小球比穿過B管的小球先落管的小球先落到地面下面對(duì)于兩管的描述可能正確的到地面下面對(duì)于兩管的描述可能正確的是是()AA管是用塑料制成的，管是用塑料制成的，B管是用銅制成的管是用銅制成的BA管是用鋁制成的，管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的管是用膠木制成的CA管是用膠木制成的，管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的管是用塑料制成的DA管是用膠木制成的，管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的管是用鋁制成的位于光滑水平面的小車上放置一螺線管

14、，一個(gè)比螺線位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個(gè)比螺線管長(zhǎng)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖所示，管長(zhǎng)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖所示，在此過程中在此過程中()電磁驅(qū)動(dòng)的分析和應(yīng)用電磁驅(qū)動(dòng)的分析和應(yīng)用A磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng)磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng)B磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)C小車向右做加速運(yùn)動(dòng)小車向右做加速運(yùn)動(dòng)D小車先加速后減速小車先加速后減速【思路點(diǎn)撥】【思路點(diǎn)撥】本題為電磁驅(qū)動(dòng)，可由楞本題為電磁驅(qū)動(dòng)，可由楞次定律判斷作用力的方向，再由牛頓第二定律次定律判斷作用力的方向，再由牛頓第二定律判斷運(yùn)動(dòng)情況判斷運(yùn)動(dòng)情況C2.如圖所示，把一個(gè)閉合線框放在蹄形磁如圖所示，把一個(gè)閉合線框放

15、在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，體的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)蹄形磁體逆閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)蹄形磁體逆時(shí)針時(shí)針(從上往下看從上往下看)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有關(guān)線圈的運(yùn)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有關(guān)線圈的運(yùn)動(dòng)下列說法正確的是列說法正確的是()A線圈將順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)線圈將順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)B線圈仍保持靜止線圈仍保持靜止C線圈將逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同線圈將逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同D線圈將逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小線圈將逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小解析：解析：選選D.根據(jù)電磁驅(qū)動(dòng)，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈會(huì)根據(jù)電磁驅(qū)動(dòng)，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流和受到安

16、培力作用，這個(gè)安培力驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流和受到安培力作用，這個(gè)安培力驅(qū)動(dòng)線圈運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的效果是阻礙它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的效果是阻礙它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁鐵相同，但轉(zhuǎn)速比磁鐵小因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁鐵相同，但轉(zhuǎn)速比磁鐵小光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物線的方程是線的方程是yx2，下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是磁場(chǎng)的上邊界是ya的直線的直線(圖中的虛線所示圖中的虛線所示)，一個(gè)小金屬塊，一個(gè)小金屬塊從拋物面上從拋物面上yb(ba)處以速度處以速度v沿拋物面下滑，假設(shè)拋物面足沿拋物面下滑，假設(shè)拋物面足夠長(zhǎng)，小金屬塊沿拋物面下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是夠長(zhǎng)，小金屬塊沿拋物面下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是()電磁感應(yīng)中的能量問題電磁感應(yīng)中的能量問題【答案】【答案】D【點(diǎn)評(píng)】【點(diǎn)評(píng)】小金屬塊在進(jìn)出磁場(chǎng)的過程中，磁通量發(fā)生小金屬塊在進(jìn)出磁場(chǎng)的過程中，磁通量發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生渦流，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能但在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)變化，會(huì)產(chǎn)生渦流，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能但在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁通量不變，不產(chǎn)生渦流，機(jī)械能守恒動(dòng)時(shí)，磁通量不變，不產(chǎn)生渦流，機(jī)械能守恒3.如圖所示，光滑弧形軌道和一足夠如圖所示，光滑弧形軌道和一足夠長(zhǎng)的光滑水平軌道相連，水平軌