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高二物理：涡流、电磁阻尼和电磁驱动课型：新授课编号：时间：12月11日姓名：主备人：第周第课时总第课时学生等级：备课组长签字：段长签字：教学目标：一、知识与技能1．知道涡流是如何产生的。2．知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止。3．知道电磁阻尼和电磁驱动。二、过程与方法培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。三、情感、态度与价值观培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。【教学重点】1．涡流的概念及其应用。2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。【教学难点】电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。【教学过程】复习回顾1：什么是互感？2：什么是自感？自感系数？自主学习：1．涡流概念:2、涡流的防止和利用（１）．用来冶炼合金钢的真空___________，炉外有___________，线圈中通入___________电流，炉内的金属中产生___________．涡流产生的___________使金属熔化并达到很高的温度．（2）．利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在___________中进行，这样就能防止___________进入金属，可以冶炼高质量的___________．（3）．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．3、电磁阻尼：4．电磁驱动：5.电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了的推广应用．【典型例题】一、涡流的利用【例1】如图4－7－3所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，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，而工件其它部分发热很少，以下说法正确的是()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度升得很高是因为焊缝处的电阻大解析交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越快，工件电流相同，即电阻大，温度高，放热多．答案AD二、电磁驱动【例2】如图4－7－4所示，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，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，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁铁的转速．答案C三、电磁阻尼的应用【例3】如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则()A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反B.线框进入磁场区域后，越靠近OO′线时速度越大，因而产生的感应电流也越大C.线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能答案AC课堂检测1.（c）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．在硅钢中不能产生涡流2．(B)如图4－7－5所示，在O点正下方有一个具有理想边界的方形磁场，铜球在A点由静止释放，向右摆到最高点B，不考虑空气及摩擦阻力，则下列说法正确的是()A．A、B两点在同一水平面上B．A点高于B点C．A点低于B点D．铜球将做等幅摆动3．(A)如图4－7－6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)，则小球()A．整个过程匀速运动B．进入磁场过程中球做减速运动，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4.(C)下列现象属电磁阻尼的是________，属电磁驱动的是________．A．磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做B．微安表的表头在运输时要把两接线框短接C．自制金属地雷探测器D．交流感应电动机E．当图4－7－7中B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动5.(C)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，以减小发热量6．(A)在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图3所示．现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去．各滑块在未接触磁铁前的运动情况将是()A．都做匀速运动B．甲、乙做加速运动C．甲、乙做减速运动D．乙、丙做匀速运动7．(B)某磁场磁感线如图4所示，有铜盘自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上向下看，线圈中的涡流方向是()A．始终顺时针B．始终逆时针C．先顺时针再逆时针D先逆时针再顺时针8．(B)如图5所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是()A．2是磁铁，在1中产生涡流B．1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9．(A)如图6所示，一块长方形光滑铝板A1水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝球以初速度v从板的左端沿中线向铝板的右端滚动，则()A．铝球的滚动速度将越来越小B．铝球将保持匀速滚动C．铝球的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极D．铝球的运动速率不变，但运动方向发生改变10．(C)高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图7所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被治炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是()A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用线圈中电流产生的磁场C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电11．(A)弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．将磁铁托到某一高度后放开，磁铁能振动较长一段时间才停下来．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8所示)，磁铁就会很快停下来．解释这个现象，并说明此现象中的能量转化情况．12．(A)如图10所示，两金属杆ab和cd长均为l，电阻均为R，质量分别为M和m，Mm.用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧，两金属杆都处在水平位置．如图所示，整个装置处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，若金属杆ab正好匀速向下运动，求其运动的速度．【课后练习】1．(B)如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（）A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h2．(A)如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做______运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）参考答案：课堂检测1.答案A解析涡流就是一种感应电流，同样是由于磁通量的变化产生的．2.答案B解析铜球在进入和穿出磁场的过程中，穿过金属球的磁通量发生变化，球中产生涡流，进而产生焦耳热，因此球的机械能减少，故A点高于B点．3.答案D解析小球进出磁场时，有涡流产生，要受到阻力，故穿出时的速度一定小于初速度4.答案ABDE解析电磁阻尼是指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；而电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动．5.答案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，以减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是为防止涡流而采取的措施．6.答案C解析铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生了变化，因此在其内部产生涡流，反过来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻而减速，所以选项C正确．有机玻璃为非金属，不产生涡流现象．7.答案C解析把铜盘从A至B的全过程分成两个阶段处理：第一阶段是铜盘从A位置下落到具有最大磁通量的位置O，此过程中穿过铜盘磁通量的磁场方向向上且不断增大，由楞次定律判断感应电流方向(自上向下看)是顺时针的；第二阶段是铜盘从具有最大磁通量位置O落到B位置，此过程中穿过铜盘磁通量的磁场方向向上且不断减小，由楞次定律判断感应电流方向(自上向下看)是逆时针的，故C答案正确．8.答案AD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．总之不管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．9.答案A10.答案C11.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和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了受空气阻力外，还有线圈的磁场力阻碍，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来．机械能的转化情况如下：机械能――→克服空气阻力做功内能――→克服安培力做功电能――→电流做功内能12.答案v＝(M－m)gR2B2l2解析假设磁场B的方向是垂直纸面向里，ab杆向下匀速运动的速度为v，则ab杆切割磁感线产生的感应电动势大小E=Blv,方向a→b；杆cd以速度v向上切割磁感线运动产生的感应电动势大小E′＝Blv，方向d→c.在闭合回路中产生a→b→d→c→a方向的感应电流I，由闭合电路欧姆定律知I＝E＋E′2R＝2Blv2R＝BlvR，ab杆受磁场作用的安培力F方向向上，cd杆受安培力F′方向向下，F、F′的大小相等F＝BIl＝B2l2vR①对ab杆应有T＝Mg－F②对cd杆应有T＝F′＋mg③联立①②③解得v＝(M－m)gR2B2l2课后练习：1.答案：BD2.答案：减速