第二章 3 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動-物理人教版選擇性必修第二冊_第1頁
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文檔簡介

3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解感生電場的概念,了解電子感應(yīng)加速器的工作原理.2.理解渦流的產(chǎn)生原理,了解渦流在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用.3.理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理,了解其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用.一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場1.感生電場____________認為,磁場變化時會在空間激發(fā)一種________,這種電場叫作感生電場.2.感生電動勢由感生電場產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢.3.電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器是利用____________使電子加速的設(shè)備,當(dāng)電磁鐵線圈中________的大小、方向發(fā)生變化時,產(chǎn)生的感生電場使電子加速.二、渦流1.渦流:當(dāng)線圈中的________隨時間變化時,線圈附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流,用圖表示這樣的感應(yīng)電流,就像水中的漩渦,所以把它叫作________,簡稱________.2.金屬塊中的渦流會產(chǎn)生________,利用渦流產(chǎn)生的________可以冶煉金屬.三、電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在________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________導(dǎo)體的運動,這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼.四、電磁驅(qū)動若磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)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__________的作用,________使導(dǎo)體運動起來,這種作用常常稱為電磁驅(qū)動.判斷下列說法的正誤.(1)只要磁場變化,即使沒有電路,在空間也將產(chǎn)生感生電場.()(2)處于變化磁場中的導(dǎo)體,其內(nèi)部自由電荷定向移動,是由于受到感生電場的作用.()(3)渦流跟其他感應(yīng)電流一樣,都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的.()(4)導(dǎo)體中有渦流時,導(dǎo)體沒有和其他元件組成閉合回路,故導(dǎo)體不會發(fā)熱.()(5)電磁阻尼和電磁驅(qū)動均遵循楞次定律.()(6)電磁阻尼發(fā)生的過程,存在機械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化.()(7)電磁驅(qū)動中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,電磁阻尼中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生.()一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,B增強時,就會在空間激發(fā)一個感生電場E.如果E處空間存在閉合導(dǎo)體,導(dǎo)體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向移動,產(chǎn)生感應(yīng)電流.(1)感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)系?如何判斷感生電場的方向?(2)上述情況下,哪種作用扮演了非靜電力的角色?知識深化1.變化的磁場周圍產(chǎn)生感生電場,與閉合電路是否存在無關(guān).如果在變化的磁場中放一個閉合電路,自由電荷在感生電場的作用下發(fā)生定向移動.2.感生電場可用電場線形象描述.感生電場是一種渦旋電場,電場線是閉合的,而靜電場的電場線不閉合.3.感生電場的方向根據(jù)楞次定律用右手螺旋定則判斷,感生電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律E=neq\f(ΔΦ,Δt)計算.例1(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的磁場,當(dāng)磁感應(yīng)強度變化時,在垂直于磁場的方向上會產(chǎn)生感生電場,有關(guān)磁感應(yīng)強度的變化與感生電場方向的關(guān)系,下列描述正確的是()A.當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻增大時,感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為順時針方向B.當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻增大時,感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為逆時針方向C.當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻減小時,感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為順時針方向D.當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻減小時,感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為逆時針方向針對訓(xùn)練1如圖所示,在內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi),有一直徑略小于圓環(huán)口徑的帶正電的小球,正以速率v0沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動.若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強度B隨時間成正比例增加的變化磁場,若運動過程中小球的帶電荷量不變,那么()A.磁場力對小球一直做正功B.小球受到的磁場力不斷增大C.小球先沿逆時針方向做減速運動,過一段時間后,沿順時針方向做加速運動D.小球仍做勻速圓周運動閉合回路(假定其存在)的感應(yīng)電流方向就表示感生電場的方向.判斷思路如下:eq\x(假設(shè)存在垂直磁場方向的閉合回路)→eq\x(回路中的磁通量變化)eq\o(→,\s\up7(楞次定律),\s\do5(安培定則))eq\x(回路中感應(yīng)電流的方向)→eq\x(感生電場的方向)二、渦流導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,線圈中的電流隨時間變化時,導(dǎo)體中有感應(yīng)電流嗎?如果有,它的形狀像什么?知識深化1.產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中.(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動.2.產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化(1)金屬塊在變化的磁場中,磁場能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.(2)金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動,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.3.渦流的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用:真空冶煉爐、探雷器、安檢門等.(2)防止:為了減小電動機、變壓器鐵芯上的渦流,常用電阻率較大的硅鋼做材料,而且用相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯.例2(多選)金屬探測器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在考場檢測、車站安檢等領(lǐng)域,其利用的是電磁感應(yīng)原理:探測器內(nèi)的線圈中通以大小與方向快速變化的電流從而產(chǎn)生快速變化的磁場,該磁場會在金屬物體內(nèi)部感應(yīng)出“渦流”.“渦流”會產(chǎn)生磁場,從而影響原始磁場,導(dǎo)致檢測器發(fā)出蜂鳴聲而報警.下列說法正確的是()A.欲使待檢測物內(nèi)部產(chǎn)生“渦流”,探測器需在待檢測物上方不停地晃動B.探測器靜止在待檢測物上方,待檢測物內(nèi)部仍然可以產(chǎn)生“渦流”C.若待檢測物為塑料則不能報警,因為檢測區(qū)域內(nèi)沒有磁通量變化D.若待檢測物為塑料則不能報警,因為待檢測物中沒有能夠自由移動的帶電粒子或很少針對訓(xùn)練2(多選)下列哪些措施是為了防止渦流的危害()A.電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B.探雷器的線圈中要通變化著的電流C.變壓器的鐵芯不做成整塊,而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D.變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動導(dǎo)學(xué)探究彈簧上端固定,下端懸掛一個磁體.將磁體托起到某一高度后放開,磁體能上下振動較長時間才停下來.如果在磁體下端放一個固定的閉合線圈,使磁體上下振動時穿過它(如圖所示),磁體就會很快停下來,解釋這個現(xiàn)象.知識深化電磁阻尼和電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由導(dǎo)體在磁場中運動形成的由磁場運動而形成的效果安培力方向與導(dǎo)體運動方向相反,為阻力安培力方向與導(dǎo)體運動方向相同,為動力能量轉(zhuǎn)化克服安培力做功,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能磁場能轉(zhuǎn)化為電能,通過安培力做功,電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能共同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,導(dǎo)體受到的安培力都是阻礙導(dǎo)體與磁場間的相對運動例3(2017·全國卷Ⅰ)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌.為了有效隔離外界振動對STM的擾動,在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板,并施加磁場來快速衰減其微小振動,如圖所示.無擾動時,按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場;出現(xiàn)擾動后,對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是()例4如圖

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