1、第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 学习目标 1.了解涡流的产生过程 2.了解涡流现象的利用和危害 3.通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用(重点)4.了解电磁阻尼、电磁驱动(难点)自 主 预 习 探 新 知 一、涡流 1定义：由于，在导体中产生的像水中旋涡样的电流2特点：若金属的电阻率小，涡流往往，产生的热量3应用(1)涡流热效应：如(2)涡流磁效应：如、电磁感应安检门探雷器真空冶炼炉很多很强感应4防止电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器(1)途径一：增大铁芯材料的(2)途径二：用相互绝缘的叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯电阻率硅钢片二、
2、电磁阻尼和电磁驱动 1电磁阻尼(1)概念：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到，安培力的方向总是导体运动的现象(2)应用：磁电式仪表中利用使指针迅速停止到某位置，便于读数2电磁驱动(1)概念：磁场相对导体转动时，导体中产生，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)应用：交流感应电动机安培力感应电流电磁阻尼阻碍1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律 ()(2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流()(3)变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流()(4)在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同()(5)在
3、电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能，最终转化为内能()2(多选)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AB 考查涡流现象、影响感应电动势大小的因素及分析问题的能力增大线圈的匝数，可以增大通过金属杯的磁通量及磁通量的变化率，从而增大金属杯中产生感应电流的大小，增大加热功率，缩短加热时间，A正确；提高交流电的频率，最大磁通量不变，但电流交替变化加快也能提高磁通量的变化率，产生更大的感应电流，达到缩短加
4、热时间的目的，B正确；瓷杯是绝缘体，不能产生感应电流，不能加热，C错误；取走铁芯，金属杯中的磁通量变小，磁通量的变化率也变小，从而导致加热功率变小，加热时间加长，D错误3(多选)如图所示，是电表中的指针和电磁阻器，下列说法中正确的是()A2是磁铁，在1中产生涡流B1是磁铁，在2中产生涡流C该装置的作用是使指针能够转动D该装置的作用是使指针能很快地稳定AD 当电表的指针摆动时，金属框1在蹄形磁铁2中同时转动，则1中产生感应电流即涡流，磁场对涡流产生安培力阻碍其指针的相对运动，使指针很快稳定下来，故A、D正确合 作 探 究 攻 重 难 对涡流的理解及应用1.涡流的特点当电流在金属块内自成闭合回路(
5、产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式PI2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大2涡流中的能量转化涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能3注意：(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Bt 越大，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大【例1】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
6、为yx2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是ya的直线(如图中的虚线所示)一个小金属块从抛物线上yb(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是()Amgb B.12mv2Cmg(ba)Dmg(ba)12mv2D 由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒初状态机械能E1mgb 12 mv2，末状态机械能E2mga，焦耳热QE1E2mg(ba)12mv2.上例中，若将匀强磁场改为非匀强磁场，其他条件不变，那么金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是多少？提示：Q12mv2mgb求解此题应把握以下两点：(1)金属
7、块进出磁场时，产生焦耳热，损失机械能(2)金属块整体在磁场中运动时，其机械能不再损失，在磁场中做往复运动1如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害关于电磁炉，以下说法中正确的是()A电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的B电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的C电磁炉是利用变化的磁场使
8、食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的D电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的B 电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，A、D错误，B正确；C项是微波炉的加热原理，C错误电磁阻尼与电磁驱动的理解电磁阻尼电磁驱动 成因 由导体在磁场中运动形成由磁场运动形成 效果安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力安培力的方向与导体运动方向相同，为动力 不同点 能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能 相同点两者都是电磁感
9、应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场的相对运动【例2】(多选)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线圈转动时将产生感应电流D线圈转动时感应电流的方向始终是abcdaBC 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，线圈中产生感应电流，故C正确；线圈相对磁铁转过90 时，其感应电流方向不再是abcda，D错误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度，如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止状态，线圈不
10、切割磁感线，无感应电流产生，A错误，B正确【例3】如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的铝线圈让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是()A磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力C 磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁
11、铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，C项正确1电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，均可以根据楞次定律和左手定则分析导体的受力情况.2电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中，主动部分的速度或角速度大于被动部分的速度或角速度.2.如图所示，上端开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块()A在P和Q中都做自由落体运动B在两个下落过程中的机械能都守恒C在P中的下落时间比在Q中的长D落至底部时在P中的速度比在Q中的大C 小磁块下落过程中，在铜管P中产生感应电流，小磁块受
12、到向上的磁场力，不做自由落体运动，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落体运动，故选项A错误；根据功能关系知，在P中下落时，小磁块机械能减少，在Q中下落时，小磁块机械能守恒，故选项B错误；在P中加速度较小，在P中下落时间较长，选项C正确；由于在P中下落时要克服磁场力做功，机械能有损失，故落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项D错误课 堂 小 结1.线圈中的电流变化时，线圈附近的导体中会产生涡流，涡流会产生热量，因此在日常生活中，既要防止有害涡流，又要利用有益涡流2导体在磁场中运动，感应电流会使导体受到安培力阻碍其运动，即为电磁阻尼课 堂 小 结3磁场运动时，在磁场中的导体内会产生感应电流，
13、使导体受到安培力的作用而运动起来，即为电磁驱动.知 识 脉 络当 堂 达 标 固 双 基 1下列关于涡流的说法中正确的是()A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B涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C涡流有热效应，但没有磁效应D在硅钢片中不能产生涡流A 涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，又有磁效应硅钢片中能产生涡流，但电流较小，故选项A正确2如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是()A两环
14、都向右运动B两环都向左运动C环1静止，环2向右运动D两环都静止C 条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动3(多选)如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()AA、B两点在同一水平线上BA点高于B点CA点低于B点D铜环最终将做等幅摆动BD 铜环在进入和穿出磁场的过程中，穿过环的磁通量发生变化，环中有感应电流产生，将损耗一定的机械能，所以A点高于B点铜环的摆角会越来越小，最终出不了磁场，而做等幅摆动4如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触当磁铁绕轴转动时，铜盘将()A以相同的转速与磁铁同向转动B以较小的转速与磁铁同向转动C以相同的转速与磁铁反向转动D静止不动B 因磁铁的转动，引起铜盘中部分导体切割磁感线而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，线圈中能产生感应电流的条件必须是切割磁感线，故铜盘转动方向与磁铁相同而转速小，故B正确课 时 分 层 作 业 点击右图进入 Thank you for watching!