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1、自主学习基础知识,7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 学习目标 1.了解涡流是怎样产生的 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.了解电磁阻尼和电磁驱动(难点),合作探究重难疑点,解题技巧素养培优,1概念：由于_，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流 2特点：整块金属的电阻率很小，涡流往往_，产生的热量_,电磁感应,很强,很多,3应用 (1)涡流热效应的应用：如_ (2)涡流磁效应的应用：如_、_ 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
2、铁芯代替整块硅钢铁芯,真空冶炼炉,探雷器,安检门,电阻率,硅钢片,北京奥运会期间，观众入场前都要 接受安全检查，如图471是一种 手持式安全检查报警器，一靠近 金属体，它就会发出报警声， 这是为什么呢？ 图471,【提示】 在报警器内有一线圈，线圈中通有高频电流，因此线圈周围有着高频的变化磁场当报警器靠近金属体时，线圈的磁场在金属体中感应出涡电流，涡电流的产生，又影响原线圈中的高频电流，从而使相关的电子线路产生报警声,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的产生( ) 3变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流( ),1电磁阻尼 (
3、1)概念：当导体在磁场中运动时，_电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是_导体运动的现象 (2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速_，便于读数,感应,阻碍,停止摆动,2电磁驱动 (1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到_的作用， _使导体_的现象 (2)应用：交流感应电动机,安培力,安培力,运动起来,电磁驱动现象中，导体在安培力作用下的运动速度总要比磁场的运动速度慢一些，原因是什么？ 【提示】 如果导体速度和磁场速度一样，则两者相对速度为零，感应电流便不会产生，这时的电磁驱动作用就会消失，所以导体速度总要比磁场速度慢一些,1在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所
4、起的作用相同( ) 2在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( ) 3交流感应电动机利用了电磁阻尼的原理( ),预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中,学生分组探究一 对涡流的理解 第1步探究分层设问，破解疑难 1在哪些情况下可以产生涡流？ 【提示】 把金属块放在变化的磁场中 让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动 2涡流发生时，伴随着哪些能量发生转化？ 【提示】 其他形式的能转化为电能，最终转化为内能,第2步结论自我总结，素能培养 1涡流的产生 涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中
5、运动时，导体内部可以等效成许许多多的闭合电路，当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流，即导体内部产生了涡流,2能量转化 伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能，最终在金属块中转化为内能如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是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涡流的防止和利用 (1)为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成的，而是用薄薄的硅钢片叠合而成 (2)用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡
6、流产生的热量使金属熔化,第3步例证典例印证，思维深化 (2014江苏高考)(多选)如图472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( ) 图472,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 【解析】 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，最大磁通量不变但交替变化快也能提高磁通量的变化率，产生更大的感应电流达到缩
7、短加热时间的目的，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 【答案】 AB,第4步巧练精选习题，落实强化 1(多选)如图473所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频交变电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( ) 图473,A交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D工件上只有焊缝处温
8、度升得很高是因为焊缝处的电阻大 【解析】 交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大，而放出的热量与电,流的平方成正比，所以交变电流的频率越高，焊缝处放出的热量越多；焊缝处与其他地方的电流大小一样，根据QI2Rt，工件上只有焊缝处温度升得高，是因为焊缝处电阻很大，故A、D选项正确 【答案】 AD,2(2014镇海中学高二检测)如图474所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是( ) A恒定直流、小铁锅 B恒定直流、玻璃
9、杯 C变化的电流、小铁锅 D变化的电流、玻璃杯 图474,【解析】 通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，玻璃杯是绝缘体，所以玻璃杯中的水不会升温 【答案】 C,学生分组探究二 电磁阻尼与电磁驱动 第1步探究分层设问，破解疑难 1如何用楞次定律解释电磁阻尼和电磁驱动？ 【提示】 两种现象中都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的磁场与导体间的相对运动 2导体受到的安培力方向与导体运动方向是否相同？ 【提示】 不一定相同,
10、第2步结论自我总结，素能培养 1电磁驱动和电磁阻尼的形成原因 当蹄形磁铁转动时，穿过线圈 的磁通量就发生变化例如，线 圈处于如图475所示的初始状 态时，穿过线圈的磁通量为零， 当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来,从动力学的观点来看，线圈中产生的感应电流受到的安培力是使线圈转动起来的动力，对线圈而言是电磁驱动；而线圈对磁铁的作用力是对磁铁的转动起阻碍作用，对磁铁而言是电磁阻尼，因此电磁驱动和电磁阻尼是矛盾的两个方面，不可分割,2电磁阻尼与电磁驱动的比较,第3步例证典例印证，思维深化 如图476所示
11、，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO轴转动，当磁铁按图示方向绕OO轴转动时，线圈的运动情况是( ) A俯视，线圈顺时针转动，转 速与磁铁相同 B俯视，线圈逆时针转动，转 速与磁铁相同,C线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速 D线圈静止不动 【解析】 当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即线圈将与磁铁的转动方向相同，以阻碍磁通量的增加但转速一定小于磁铁的转速，如果两者转速相同，则线圈与磁铁处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生 【答案】 C,由楞次定律的推广可知，线框的运动只是阻碍两者间的相对运动，所以线圈转速必小于磁
12、铁的转速，否则不是阻碍而是阻止,第4步巧练精选习题，落实强化 1如图477所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球( ) A整个过程都做匀速运动 B进入磁场过程中做减速运动，穿 出过程做加速运动 C整个过程都做匀减速运动,D穿出时的速度一定小于初速度 【解析】 金属球进、出磁场时，都有涡流产生，都会受到阻力，金属球会克服安培力做功消耗机械能，故穿出时的速度一定小于初速度，D正确因为金属球进出磁场时，产生的不是恒定电流，由FBIL知，产生的安培力不是恒力，故不是做匀减速运动，故C错误穿入和
13、穿出过程都做减速运动，在磁场中做匀速运动，故A、B错误 【答案】 D,2(多选)如图478所示是电表中的指针和电磁阻尼器，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,【解析】 这是涡流的典型应用之一当指针摆动时，1随之转动，2是磁铁，那么在1中产生涡流，2对1的安培力将阻碍1的转动总之1向哪个方向转动，2对1的效果总起到阻尼作用，所以它能使指针很快地稳定下来 【答案】 AD,电磁感应现象中能量问题的处理技巧 能量转化和守恒定律是自然界中的一条普遍规律，电磁感应现象也不例外法拉第电磁感应定律
14、本质上就是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现 1电磁感应现象的实质是不同形式的能量相互转化的过程产生和维持感应电流存在的过程就是其他形式的能量转化为电能的过程,2导体中产生的感应电流与磁场相互作用产生一个阻碍导体与磁场相对运动的安培力，安培力做正功的过程是电能转化为其他形式能量的过程，安培力做多少正功，就有多少电能转化为其他形式能量克服安培力做功的过程是其他形式能量转化为电能的过程克服安培力做多少功，就有多少其他形式能量转化为电能,(2015嘉兴高二检测)(多选)如图479所示，一闭合的小金属环用一根绝缘细杆挂在固定点O处使金属环在竖直线OO的两侧来回摆动的过程中穿过水平方向的匀强磁场区域，磁
15、感线的方向水平，和绝缘细杆摆动的竖直面垂直若悬点摩擦和空气阻力不计，且摆动 过程中金属环不翻转，则( ) A金属环每次进入和离开磁场区域 都有感应电流，完全进入磁场区域 后无感应电流 图479,B金属环进入磁场区域后越靠近OO线时速度越大，而且产生的感应电流越大 C金属环开始摆动后摆角会越来越小，摆角小到某一值后不再减小 D金属环在摆动过程中，机械能将全部转化为金属环中的电能 【解析】 金属环进入和离开磁场区域时，穿过金属环的磁通量发生变化，产生感应电流，当金属环完全进入磁场区域后，磁通量不再发生变化，则无感应电流产生，故选项A正确，B错误；,金属环进入和离开磁场区域的过程中产生感应电流，而感应电流要产生焦耳热，根据能量转化与守恒，金属环的机械能要减少，所以金属环上升的最大高度不断降低，摆角不断减小，最后恰好不穿出磁场区域，以某一恒定摆角做往复性运动永不停止，故选项C正确；金属环最后的摆角不为零，即仍保留一部分机械能，并没有全部转化为金属环的电能，故选项D错误 【答案】 AC,先看名师指津 1用能量转化和守恒的观点解决电磁感应能量问题，只需要从全过程
