1、7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动,第四章 电磁感应,学习目标,1.知道涡流的产生原因及涡流的防止和应用. 2.知道电磁阻尼和电磁驱动的原理和应用.,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,一、涡流 1.涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生 ，电流在导体中组成闭合回路，很像 ，所以把它叫做涡电流，简称涡流. 2.涡流大小的决定因素：磁场变化越 ( 越 )，导体的横截面积S越，导体材料的电阻率越 ，形成的涡流就越大.,感应电流,水中的旋涡,快,大,大,小,二、电磁阻尼 当导体在 运动时，导体中产生的感应电流
2、会使导体受到安培力，安培力的方向总是 导体的运动，这种现象称为电磁阻尼. 三、电磁驱动 若磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到的作用， 使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动.,磁场中,阻碍,安培力,安培力,1.判断下列说法的正误. (1)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热. ( ) (2)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律.( ) (3)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化.( ) (4)电磁驱动中有感应电流产生，电磁阻尼中没有感应电流产生.( ),答案,即学即用,答案,2.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图1所示，抛物线的方程为
3、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).一个质量为m的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，重力加速度为g，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量为_.,图1,重点探究,导学探究 如图2所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？,一、涡流,答案 有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流.,图2,答案,知识深化 1.产生涡流的两种情况 (1)块状金属放在变化的磁场中
4、. (2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动. 2.产生涡流时的能量转化 (1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能. (2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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.涡流的应用与防止 (1)应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等. (2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯.,例1 (多选)(2017苏州市调研)“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3所示为一手持式封口机，它的工作原理是
5、： 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，从而粘贴在承封容器的封口处，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,答案,图3,解析,解析 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，而且电源必须是交流电，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；
6、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，只能是玻璃、塑料等材质，D正确.,例2 (多选)如图4所示，闭合金属环从光滑曲面上h高 处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零， 摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则 A.若是匀强磁场，环上升的高度小于h B.若是匀强磁场，环上升的高度等于h C.若是非匀强磁场，环上升的高度等于h D.若是非匀强磁场，环上升的高度小于h,答案,图4,解析,解析 若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错误，B正确； 若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故C错误，D正确.,导学探究 弹簧上端
7、固定，下端悬挂一个磁铁.将磁铁托 起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来. 如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动 时穿过它(如图5所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象.,二、电磁阻尼,图5,答案 当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来.,答案,知识深化 1.闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到磁场力的作用，根据楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻
8、尼现象. 2.电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用.,例3 (2017南通市第一次调研测试)如图6所示，圆筒形铝 管竖直置于水平桌面上，一磁块从铝管的正上方由静止开始 下落，穿过铝管落到水平桌面上，下落过程中磁块不与管 壁接触.忽略空气阻力，则在下落过程中 A.磁块做自由落体运动 B.磁块的机械能守恒 C.铝管对桌面的压力大于铝管的重力 D.磁块动能的增加量大于重力势能的减少量,答案,图6,解析,解析 磁块下落过程中，铝管中磁通量发生变化，产生涡流，涡流产生的磁场对磁块有向上的作用力，磁块做的不是自由落体运动，机械能减少，A、B
9、错误； 涡流产生的磁场对磁块有向上的作用力，则铝管受到向下的作用力，所以铝管对桌面的压力大于铝管的重力，C正确； 磁块的机械能减少，所以磁块动能的增加量小于重力势能的减少量，D错误.,三、电磁驱动,导学探究 一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间， 如图7所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动.当蹄形 磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转 动时线圈也逆时针转动. (1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？,图7,答案 变化.,答案,(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度有什么关系？,答案 线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起
10、来.线圈的转动速度小于磁铁的转动速度.,答案,知识深化 电磁阻尼与电磁驱动的比较 1.电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动；电磁驱动中导体所受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动. 2.电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能；电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，部分电能转化为导体的机械能而对外做功.,例4 如图8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.线圈将逆时针转动，转速比磁铁大 D.线圈静止不动,
11、图8,答案,解析,解析 由楞次定律可知，线圈将与磁铁同向转动，但转速一定小于磁铁的转速.如果两者的转速相同，磁感线与线圈处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，B正确，A、C、D项错误.,1.由楞次定律的推广含义知，线圈的运动可以阻碍两者间的相对运动，所以其角速度必小于磁铁转动的角速度. 2.电磁驱动和电磁阻尼的联系：电磁驱动和电磁阻尼现象中安培力的作用效果均为阻碍导体间的相对运动.,达标检测,1.(涡流的应用与防止)(2017南通中学高二上学期期中)铺设海 底金属油气管道时，焊接管道需要先用感应加热的方法对焊 口两侧进行预热.如图9所示，将被加热管道置于感应线圈中， 当感应线圈中
12、通以电流时管道发热.下列说法正确的是 A.管道发热是由于线圈中的电流直接流经管道引起的 B.感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热加热管道的 C.感应线圈中通以恒定电流时，也能在管道中产生电流 D.感应线圈中通以交流电，在管道中形成涡流,答案,1,2,3,4,解析,图9,解析 管道发热是由于线圈中通入交流电产生变化的磁场，变化的磁场在金属管道中形成涡流而产生的，本题D正确.,2.(涡流的应用与防止)(多选)如图10所示是用涡流金属探 测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是 A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场 B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到 C.探测到地下的金属物是因为探头中产生
13、了涡流 D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流,答案,1,2,3,4,图10,3.(对电磁阻尼的理解)(多选)如图11所示，磁电式仪表 的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样 做的目的是 A.防止涡流而设计的 B.利用涡流而设计的 C.起电磁阻尼的作用 D.起电磁驱动的作用,答案,1,2,3,4,图11,解析,解析 线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流.涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用，故B、C正确.,4.(对电磁驱动的理解)(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成 了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置，在其中 心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图12 所示.实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖 直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后.下列说 法正确的是 A.圆盘上产生了感应电动势 B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动 C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化 D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动,1,2,3,4,图12,答案,
