物理高中人教版選修3-2學(xué)案4-7渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動Word版含解析

第四章電磁感應(yīng)7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道渦流是如何產(chǎn)生的.2.了解渦流如何利用和防止.3.了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動.自主探究1.在變化的磁場中,整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生而產(chǎn)生的,由于看起來像水中的漩渦,所以叫做渦電流,簡稱渦流.

2.當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時,會使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是導(dǎo)體的運動,這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼.

3.如果磁場相對于導(dǎo)體運動,在導(dǎo)體中會產(chǎn)生,使導(dǎo)體受到安培力的作用,安培力使導(dǎo)體運動起來,這種作用叫做電磁驅(qū)動.

合作探究一、渦流活動體驗:如圖所示,線圈接入交變電流,塊狀鐵芯插入線圈中,讓學(xué)生感知鐵芯的變化.幾分鐘后可以感到鐵芯變熱.提出問題:(1)鐵芯中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電流?(2)鐵芯為什么會發(fā)熱?自主學(xué)習(xí):閱讀課本P26“渦流”的有關(guān)內(nèi)容,學(xué)習(xí)與渦流相關(guān)的知識.1.渦流的產(chǎn)生:渦流的本質(zhì)是,渦流的產(chǎn)生條件就是的變化.因為導(dǎo)體本身可以形成閉合回路,同時導(dǎo)體本身的電阻比較小,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電流就比較大,就像水中的漩渦一樣.

2.渦流的應(yīng)用(1)渦流的熱效應(yīng):.

(2)渦流的磁效應(yīng):、.

3.渦流的防止(1)途徑一:增大鐵芯材料的.

(2)途徑二:用來代替整塊硅鋼鐵芯.

4.渦流產(chǎn)生的兩種情況(1)情況一:導(dǎo)體處于變化的中.

(2)情況二:導(dǎo)體的運動引起通過導(dǎo)體的發(fā)生變化.

5.能量轉(zhuǎn)化:如果導(dǎo)體處于變化的磁場中,那么轉(zhuǎn)化為電能,然后電能轉(zhuǎn)化成;如果導(dǎo)體的運動產(chǎn)生了渦流,那么轉(zhuǎn)化為電能,然后電能轉(zhuǎn)化成.

二、電磁阻尼和電磁驅(qū)動活動體驗:如圖所示,彈簧下端懸掛一根磁鐵,將磁鐵托起到某高度后釋放,磁鐵能振動較長時間才停下來.在磁鐵下端放一固定線圈,磁鐵很快停了下來.提出問題:磁鐵的兩種振動情況有很大的不同,說明了什么?思考討論:(1)如圖所示,一個單匝線圈落入磁場中,分析它在圖示位置時感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向.安培力對線圈的運動有什么影響?(2)磁電式儀表的線圈常常用鋁框作骨架,把線圈圍繞在鋁框上.假定儀表工作時指針向右轉(zhuǎn)動,鋁框中的感應(yīng)電流沿什么方向?由于鋁框轉(zhuǎn)動時其中有感應(yīng)電流,鋁框要受到安培力.安培力是沿什么方向的?安培力對鋁框的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生什么影響?使用鋁框作線圈骨架有什么好處?活動體驗:一個鋁框放在蹄形磁鐵的兩個磁極之間,可以繞支點自由轉(zhuǎn)動.轉(zhuǎn)動磁鐵,觀察鋁框的運動.提出問題:怎樣解釋鋁框的運動?自主學(xué)習(xí):閱讀課本P27~P28“電磁阻尼和電磁驅(qū)動”的內(nèi)容,學(xué)習(xí)電磁阻尼和電磁驅(qū)動的相關(guān)知識.1.電磁阻尼是相對于運動,電磁驅(qū)動是相對于運動,安培力的作用都是它們間的相對運動.

2.交流感應(yīng)電動機就是利用的原理工作的.

課堂檢測1.下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是()A.把金屬塊放在勻強磁場中 B.讓金屬塊在勻強磁場中勻速運動C.讓金屬塊在勻強磁場中做變速運動 D.把金屬塊放在變化的磁場中2.如圖所示,有兩個金屬環(huán)靜止在光滑水平絕緣面上,環(huán)1豎直,環(huán)2水平,均處于中間分割線上,在平面中間分割線正上方有一條形磁鐵,當(dāng)磁鐵沿中間分割線向右運動時,下列說法正確的是()A.兩環(huán)都向右運動B.兩環(huán)都向左運動C.環(huán)1靜止,環(huán)2向右運動D.兩環(huán)都靜止3.機場的安檢門可以利用渦流探測人身上攜帶的金屬物品,安檢門中接有線圈,線圈中通以交變電流,關(guān)于其工作原理,以下說法正確的是()A.人身上攜帶的金屬物品會被地磁場磁化,在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流B.人體在線圈交變電流產(chǎn)生的磁場中運動,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并在金屬物品中產(chǎn)生感應(yīng)電流C.線圈產(chǎn)生的交變磁場會在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流D.金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流4.下列器具的工作原理與渦流有關(guān)的是()A.家用電磁爐 B.家用微波爐C.變壓器的鐵芯用多塊硅鋼片粘在一起 D.風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時扇頁與空氣摩擦發(fā)熱5.如圖所示,一閉合鋁環(huán)套在一根光滑水平桿上,當(dāng)條形磁鐵靠近它時,下列結(jié)論正確的是()A.N極靠近鋁環(huán)時,鋁環(huán)將向左運動B.S極靠近鋁環(huán)時,鋁環(huán)將向左運動C.N極靠近鋁環(huán)時,鋁環(huán)將向右運動D.S極靠近鋁環(huán)時,鋁環(huán)將向右運動6.甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO'旋轉(zhuǎn),當(dāng)給以相同的初始角速度開始轉(zhuǎn)動后,由于阻力,經(jīng)相同的時間后便停止;若將環(huán)置于磁感應(yīng)強度B大小相同的勻強磁場中,甲環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向平行,乙環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直,如圖所示.當(dāng)甲、乙兩環(huán)同時以相同的角速度開始轉(zhuǎn)動后,則下列判斷正確的是()A.甲環(huán)先停 B.乙環(huán)先停C.兩環(huán)同時停下 D.無法判斷兩環(huán)停止的先后7.如圖所示,在光滑水平面上固定一條形磁鐵,有球以一定的初速度向磁鐵方向運動,如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動,則小球的材料可能是()A.鐵 B.木 C.銅 D.鋁8.變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的,而不是采用一整塊硅鋼,這是因為()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.增大鐵芯中的電阻,以產(chǎn)生更多的熱量 D.增大鐵芯中的電阻,以減少發(fā)熱量9.如圖所示,A、B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,豎直固定在相同高度.兩個相同的磁性小球,同時從A、B管上端的管口無初速度釋放,穿過A管的小球比穿過B管的小球先落到地面.下面對于兩管描述可能正確的是()A.A管是用塑料制成的,B管是用銅制成的B.A管是用鋁制成的,B管是用膠木制成的C.A管是用膠木制成的,B管是用塑料制成的D.A管是用膠木制成的,B管是用鋁制成的10.探測地雷的探雷器是利用渦流工作的,士兵手持一個長柄線圈從地面掃過,線圈中有的電流.如果地下埋著,金屬中會感應(yīng)出,渦流的又會反過來影響線圈中的,使儀器報警.

11.如圖所示,質(zhì)量m=100g的鋁環(huán),用細線懸掛起來,環(huán)中央距地面高度h=0.8m,有一質(zhì)量M=200g的小磁鐵(長度可忽略),以10m/s的水平速度射入并穿過鋁環(huán),落地點距鋁環(huán)原位置的水平距離為3.6m,小磁鐵穿過鋁環(huán)后的運動看作平拋運動,求:(1)磁鐵與鋁環(huán)發(fā)生相互作用時,鋁環(huán)向哪邊偏斜?(2)若鋁環(huán)在磁鐵穿過后速度為2m/s,在磁鐵穿過鋁環(huán)的整個過程中,環(huán)中產(chǎn)生了多少電能?(g取10m/s2)參考答案自主探究1.電磁感應(yīng)感應(yīng)電流2.感應(yīng)電流阻礙3.感應(yīng)電流感應(yīng)電流合作探究一、渦流提出問題:當(dāng)線圈中的電流隨時間變化時,由于電磁感應(yīng),附近的導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生熱量.自主學(xué)習(xí):1.電磁感應(yīng)磁通量2.(1)真空冶煉爐(2)變壓器金屬探測器3.(1)電阻率(2)相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯4.(1)磁場(2)磁通量5.磁場能內(nèi)能機械能內(nèi)能二、電磁阻尼和電磁驅(qū)動提出問題:磁鐵下沒有線圈時,磁鐵在振動過程中受到空氣的阻力,但是空氣阻力比較小,所以磁鐵可以振動很長時間;磁鐵下面放置一個線圈后,在磁鐵振動過程中,通過線圈的磁通量發(fā)生了變化,在線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,線圈會受到安培力的作用,同時線圈也會給磁鐵一個安培力的作用來阻礙磁鐵的運動,進而阻礙磁通量的變化,所以磁鐵很快就會停止振動.思考討論:(1)單匝線圈落入磁場中,圖示位置時的感應(yīng)電流方向為逆時針,由左手定則可判斷安培力方向向上,安培力阻礙線圈的下落.(2)儀表工作時指針向右轉(zhuǎn)動,鋁框中的感應(yīng)電流方向(俯視)沿鋁框逆時針方向,鋁框左邊受向下的安培力,安培力阻礙線圈的轉(zhuǎn)動.使用鋁框做線圈的骨架的好處是一方面可以利用鋁的電阻率小,感應(yīng)電流大,電磁阻尼作用使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來;另一方面鋁的密度小、質(zhì)量小,慣性小,轉(zhuǎn)動靈活.提出問題:當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時,穿過鋁框的磁通量發(fā)生變化,鋁框中產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,鋁框受到安培力使其隨蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動,阻礙磁通量的變化.自主學(xué)習(xí):1.導(dǎo)體磁場磁場導(dǎo)體阻礙2.電磁驅(qū)動課堂檢測1.D解析:渦流的產(chǎn)生條件就是通過導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化.把金屬塊放在變化的磁場中時,穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化,有渦流產(chǎn)生,D項正確.2.C解析:條形磁鐵向右運動時,環(huán)1中磁通量保持為零不變,無感應(yīng)電流,仍靜止;環(huán)2中磁通量變化,根據(jù)楞次定律,為阻礙磁通量的變化,感應(yīng)電流的效果使環(huán)2向右運動,C項正確.3.CD解析:一般金屬物品不一定能被磁化,且地磁場很弱,即使金屬被磁化磁性也很弱,作為導(dǎo)體的人體電阻很大,且一般不會與金屬物品構(gòu)成回路,A、B兩項錯誤;安檢門利用渦流探測金屬物品的工作原理是:線圈中交變電流產(chǎn)生交變磁場,使金屬物品中產(chǎn)生渦流,該渦流產(chǎn)生的磁場又會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,而線圈中交變電流的變化可以被檢測,故C、D兩項正確.4.AC解析:電磁爐是利用高頻磁場產(chǎn)生渦流來加熱食物的,故A項正確.變壓器的鐵芯不用一整塊硅鋼,是為了防止渦流損耗電能并燒毀變壓器,多塊硅鋼片彼此絕緣,有效地減小了渦流,C項正確.5.AB解析:條形磁鐵靠近閉合鋁環(huán),無論哪個磁極靠近,都會在鋁環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流,以阻礙磁鐵的相對運動,本題屬于電磁驅(qū)動類問題.6.B解析:由于轉(zhuǎn)動過程中穿過甲環(huán)的磁通量不變,穿過乙環(huán)的磁通量變化,所以甲環(huán)中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,乙環(huán)中產(chǎn)生.乙環(huán)的機械能不斷地轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為焦耳熱散失掉,所以乙環(huán)先停下來.7.CD解析:小球做減速運動說明小球受到安培力的阻礙作用,即小球內(nèi)產(chǎn)生了渦流,顯然B項錯誤;若小球材料是鐵,則會被磁化,應(yīng)做加速運動,A項錯誤.8.BD解析:不使用整塊硅鋼而是采用很薄的硅鋼片,這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻,阻斷渦流回路,減少電能轉(zhuǎn)化成鐵芯的內(nèi)能,提高效率,B、D兩項正確.9.AD解析:磁性小球穿過金屬圓管過程中,將圓管看作由許多金屬圓環(huán)組成,小球的磁場使每個圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流,據(jù)楞次定律,該電流阻礙磁性小球的下落,小球向下運動的加速度小于重力加速度;小球在塑料、膠木等非