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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.知道涡流是如何产生的.2.了解涡流如何利用和防止.3.了解电磁阻尼和电磁驱动.自主探究1.在变化的磁场中,整块导体内部发生而产生的,由于看起来像水中的漩涡,所以叫做涡电流,简称涡流.2.当导体在磁场中运动时,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.3.如果磁场相对于导体运动,在导体中会产生,使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种作用叫做电磁驱动.合作探究一、涡流活动体验:如图所示,线圈接入交变电流,块状铁芯插入线圈中,让学生感知铁芯的变化.几分钟后可以感到铁芯变热.提出问题:(1)铁芯中为什么会产生感
2、应电流?(2)铁芯为什么会发热?自主学习:阅读课本P26“涡流”的有关内容,学习与涡流相关的知识.1.涡流的产生:涡流的本质是,涡流的产生条件就是的变化.因为导体本身可以形成闭合回路,同时导体本身的电阻比较小,所以产生的感应电流就比较大,就像水中的漩涡一样.2.涡流的应用(1)涡流的热效应:.(2)涡流的磁效应:、.3.涡流的防止(1)途径一:增大铁芯材料的.(2)途径二:用来代替整块硅钢铁芯.4.涡流产生的两种情况(1)情况一:导体处于变化的中.(2)情况二:导体的运动引起通过导体的发生变化.5.能量转化:如果导体处于变化的磁场中,那么转化为电能,然后电能转化成;如果导体的运动产生了涡流,那
3、么转化为电能,然后电能转化成.二、电磁阻尼和电磁驱动活动体验:如图所示,弹簧下端悬挂一根磁铁,将磁铁托起到某高度后释放,磁铁能振动较长时间才停下来.在磁铁下端放一固定线圈,磁铁很快停了下来.提出问题:磁铁的两种振动情况有很大的不同,说明了什么?思考讨论:(1)如图所示,一个单匝线圈落入磁场中,分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向.安培力对线圈的运动有什么影响?(2)磁电式仪表的线圈常常用铝框作骨架,把线圈围绕在铝框上.假定仪表工作时指针向右转动,铝框中的感应电流沿什么方向?由于铝框转动时其中有感应电流,铝框要受到安培力.安培力是沿什么方向的?安培力对铝框的转动产生什么影响?使用铝
4、框作线圈骨架有什么好处?活动体验:一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间,可以绕支点自由转动.转动磁铁,观察铝框的运动.提出问题:怎样解释铝框的运动?自主学习:阅读课本P27P28“电磁阻尼和电磁驱动”的内容,学习电磁阻尼和电磁驱动的相关知识.1.电磁阻尼是相对于运动,电磁驱动是相对于运动,安培力的作用都是它们间的相对运动.2.交流感应电动机就是利用的原理工作的.课堂检测1.下列做法中可能产生涡流的是()A.把金属块放在匀强磁场中B.让金属块在匀强磁场中匀速运动C.让金属块在匀强磁场中做变速运动D.把金属块放在变化的磁场中2.如图所示,有两个金属环静止在光滑水平绝缘面上,环1竖直,环2水平,均处于
5、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3.机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品,安检门中接有线圈,线圈中通以交变电流,关于其工作原理,以下说法正确的是()A.人身上携带的金属物品会被地磁场磁化,在线圈中产生感应电流B.人体在线圈交变电流产生的磁场中运动,产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流C.线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流D.金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流4.下列器具的工作原理与涡流有关的是()A
6、.家用电磁炉B.家用微波炉C.变压器的铁芯用多块硅钢片粘在一起D.风扇转动时扇页与空气摩擦发热5.如图所示,一闭合铝环套在一根光滑水平杆上,当条形磁铁靠近它时,下列结论正确的是()A.N极靠近铝环时,铝环将向左运动B.S极靠近铝环时,铝环将向左运动C.N极靠近铝环时,铝环将向右运动D.S极靠近铝环时,铝环将向右运动6.甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO旋转,当给以相同的初始角速度开始转动后,由于阻力,经相同的时间后便停止;若将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中,甲环的转轴与磁场方向平行,乙环的转轴与磁场方向垂直,如图所示.当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后,则下列判断正确的是()
7、A.甲环先停 B.乙环先停C.两环同时停下 D.无法判断两环停止的先后7.如图所示,在光滑水平面上固定一条形磁铁,有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动,如果发现小球做减速运动,则小球的材料可能是()A.铁 B .木C.铜D.铝8.变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这是因为()A.增大涡流,提高变压器的效率B.减小涡流,提高变压器的效率C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量D.增大铁芯中的电阻,以减少发热量9.如图所示,A、B为大小、形状均相同且内壁光滑,但用不同材料制成的圆管,竖直固定在相同高度.两个相同的磁性小球,同时从A、B管上端的管口无初速度释放,穿过A管的小球
8、比穿过B管的小球先落到地面.下面对于两管描述可能正确的是()A.A管是用塑料制成的,B管是用铜制成的B.A管是用铝制成的,B管是用胶木制成的C.A管是用胶木制成的,B管是用塑料制成的D.A管是用胶木制成的,B管是用铝制成的10.探测地雷的探雷器是利用涡流工作的,士兵手持一个长柄线圈从地面扫过,线圈中有的电流.如果地下埋着,金属中会感应出,涡流的又会反过来影响线圈中的,使仪器报警. 11.如图所示,质量m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量M=200 g的小磁铁(长度可忽略),以10 m/s的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m
9、, 小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动,求: (1)磁铁与铝环发生相互作用时,铝环向哪边偏斜?(2)若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s,在磁铁穿过铝环的整个过程中,环中产生了多少电能?(g取10 m/s2)参考答案自主探究1.电磁感应感应电流2.感应电流阻碍3.感应电流感应电流合作探究一、涡流提出问题:当线圈中的电流随时间变化时,由于电磁感应,附近的导体中会产生感应电流,电流在导体中产生热量.自主学习:1.电磁感应磁通量2.(1)真空冶炼炉(2)变压器金属探测器3.(1)电阻率(2)相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯4.(1)磁场(2)磁通量5.磁场能内能机械能内能二、电磁阻尼和电磁驱动提出问题:磁铁
10、下没有线圈时,磁铁在振动过程中受到空气的阻力,但是空气阻力比较小,所以磁铁可以振动很长时间;磁铁下面放置一个线圈后,在磁铁振动过程中,通过线圈的磁通量发生了变化,在线圈中会产生感应电流,线圈会受到安培力的作用,同时线圈也会给磁铁一个安培力的作用来阻碍磁铁的运动,进而阻碍磁通量的变化,所以磁铁很快就会停止振动.思考讨论:(1)单匝线圈落入磁场中,图示位置时的感应电流方向为逆时针,由左手定则可判断安培力方向向上,安培力阻碍线圈的下落.(2)仪表工作时指针向右转动,铝框中的感应电流方向(俯视)沿铝框逆时针方向,铝框左边受向下的安培力,安培力阻碍线圈的转动.使用铝框做线圈的骨架的好处是一方面可以利用铝
11、的电阻率小,感应电流大,电磁阻尼作用使线圈偏转后尽快停下来;另一方面铝的密度小、质量小,惯性小,转动灵活.提出问题:当蹄形磁铁转动时,穿过铝框的磁通量发生变化,铝框中产生感应电流,根据楞次定律可知,铝框受到安培力使其随蹄形磁铁转动,阻碍磁通量的变化.自主学习:1.导体磁场磁场导体阻碍2.电磁驱动课堂检测1.D解析:涡流的产生条件就是通过导体的磁通量发生变化.把金属块放在变化的磁场中时,穿过金属块的磁通量发生了变化,有涡流产生,D项正确.2.C解析: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,
12、C项正确.3.CD解析:一般金属物品不一定能被磁化,且地磁场很弱,即使金属被磁化磁性也很弱,作为导体的人体电阻很大,且一般不会与金属物品构成回路,A、B两项错误;安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是:线圈中交变电流产生交变磁场,使金属物品中产生涡流,该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流,而线圈中交变电流的变化可以被检测,故C、D两项正确. 4.AC解析:电磁炉是利用高频磁场产生涡流来加热食物的,故A项正确.变压器的铁芯不用一整块硅钢,是为了防止涡流损耗电能并烧毁变压器,多块硅钢片彼此绝缘,有效地减小了涡流,C项正确.5.AB解析:条形磁铁靠近闭合铝环,无论哪个磁极靠近,都会在铝环中产生感
13、应电流,以阻碍磁铁的相对运动,本题属于电磁驱动类问题.6.B解析:由于转动过程中穿过甲环的磁通量不变,穿过乙环的磁通量变化,所以甲环中不产生感应电流,乙环中产生.乙环的机械能不断地转化为电能,最终转化为焦耳热散失掉,所以乙环先停下来.7.CD解析:小球做减速运动说明小球受到安培力的阻碍作用,即小球内产生了涡流,显然B项错误;若小球材料是铁,则会被磁化,应做加速运动, A项错误.8.BD解析:不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片,这样做的目的是增大铁芯中的电阻,阻断涡流回路,减少电能转化成铁芯的内能,提高效率,B、D两项正确.9.AD解析:磁性小球穿过金属圆管过程中,将圆管看作由许多金属圆环组成,小球的磁场使每个圆环中产生感应电流,据楞次定律,该电流阻碍磁性小球的下落,小球向下运动的加速度小于重力加速度;小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流,小球仍做自由落体运动,穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少.10.答案:变化金属制品感应电流(涡流)磁场电流11.解析:(1)由楞次定律可知,当小磁铁向右运动时,铝环向右偏斜(阻碍相对运动).(2)磁铁穿过铝环做平抛运动,由平抛运动规律得,x=vth=12gt2磁铁穿过后的速度v=x2hg=9 m/s由能量守恒可得,E=12Mv02-12Mv2-12mv2=1.7 J.答案:(1)铝环向右偏(2)1.7 J