1、7涡流、电磁阻尼和电磁驱动学习目标1.物理观念了解涡流的产生过程2.物理观念了解涡流现象的利用和危害3.科学态度与责任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.物理观念了解电磁阻尼、电磁驱动(难点)一、涡流1定义：由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流2特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多3应用(1)涡流热效应：如真空冶炼炉(2)涡流磁效应：如探雷器、安检门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：增大铁芯材料的电阻率(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯二、电磁阻尼和电磁驱动1
2、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，安培力的方向总是阻碍导体运动的现象(2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼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，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)在电磁阻尼现象中的能量转化
3、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，达到缩短加热时间的目的，B正确；瓷杯
4、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(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据
5、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，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
6、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()AmgbB.mv2Cmg(ba) Dmg(ba)mv2D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E1mgbmv2，末状态机械能E2mga，焦耳热QE1E2mg(ba)mv2.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：Qmv2mgb求解此题应把握以下两点：(1)金属块进出磁场时，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
7、中做往复运动1(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在待封容器的封口处，达到迅速封口的目的下列有关说法正确的是()A封口材料可用普通塑料来代替铝箔B该封口机可用干电池作为电源以方便携带C封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决D该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器CD由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须
8、是交流电源，A、B错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，即控制温度，C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，D正确电磁阻尼与电磁驱动的理解电磁阻尼电磁驱动不同点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
9、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
10、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
11、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，
12、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错误物理观念涡流、电磁驱动、电磁阻尼科学思维通过电磁驱动和电磁阻尼的实例分析，体会电磁驱动和电磁阻尼的产生机制，能分析电磁驱动和电磁阻尼的作用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
13、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电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟，无废气，“火力”强劲，安全可靠如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是()A当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好B电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用D电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差B锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是交流，不是直流，故A错误根据电磁炉的工作原理可知，电磁炉通电
14、线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B正确在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁炉的加热作用，故C错误金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅底，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，故D错误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