第四章--7-涡流、电磁阻尼和电磁驱动

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-1-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动-2-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页首页核心素养培养目标核心素养思维导图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。4.了解电磁阻尼和电磁驱动。5.通过对涡流利弊的认识,培养全面认识和对待事物的科学素养。-3-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课前篇自主预习一、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。-4-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课前篇自主预习二、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。三、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。搜索“磁悬浮列车与涡流”,了解什么是磁悬浮列车、磁悬浮列车的种类以及目前存在的技术问题,了解中国磁悬浮列车的现状。-5-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课前篇自主预习自我检测1.正误判断。(1)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。()解析:涡流本质上是感应电流,是自身构成的回路,是在穿过导体的磁通量变化时产生的。答案:√(2)涡流有热效应,但没有磁效应。()解析:涡流既有热效应,又有磁效应。答案:×(3)在硅钢中不能产生涡流。()解析:硅钢电阻率大,产生的涡流较小,但仍能产生涡流。答案:×-6-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课前篇自主预习(4)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象,都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。()解析:电磁阻尼、电磁驱动都是由于磁通量的变化引起的,所以都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。答案:√(5)电磁阻尼是由于电磁感应中安培力阻碍导体与磁场的相对运动产生的,而电磁驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的。()解析:电磁感应现象中,安培力总是阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动。答案:×-7-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课前篇自主预习2.(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的,而不是采用一整块硅钢,这是为了()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.增大铁芯的电阻,以产生更多的热量D.增大铁芯的电阻,以减小发热量解析:磁场变化越快,感应电动势越大,因而涡流也就越强。涡流能使导体发热。变压器的铁芯是相互绝缘的薄片叠加而成的,从而减小回路的横截面积来减小感应电动势,还增加铁芯的电阻,以降低涡流强度,从而减少能量损耗,提高变压器的效率。答案:BD-8-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课前篇自主预习3.(多选)如图所示,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()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.线圈转动时将产生变化的电流D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda解析:磁铁逆时针转动,相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线,线圈中产生变化的电流,故C对,D错;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,线圈不切割磁感线,无感应电流产生,B对,A错。答案:BC-9-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二涡流问题探究高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒,使用时监考教师手持探测器,在考生前后左右和容易藏东西的部位划过,如藏有金属物品,即便是一粒金属纽扣,探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么?要点提示:涡流金属探测器通过其通有交流电的探测线圈,会在隐蔽金属中产生涡流,涡流的磁场又影响探测线圈,从而改变原交流电的大小和相位,从而起到探测作用。-10-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二知识归纳1.对涡流的理解本质电磁感应现象条件穿过金属块的磁通量发生变化,并且金属块本身可自行构成闭合回路特点整个导体回路的电阻一般很小,感应电流很大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2.产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中。(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。3.应用(1)涡流热效应的应用,如真空冶炼炉。(2)涡流磁效应的应用,如探雷器。-11-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二4.涡流的危害与防止(1)涡流的危害在各种电机、变压器中,涡流会使铁芯的温度升高,危及线圈绝缘材料的寿命;另外涡流发热要消耗额外的能量,使电机、变压器的效率降低。(2)涡流的防止为了减小涡流,变压器、电机中的铁芯不是由整块的钢铁制成,而是用薄薄的硅钢片叠压而成。一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大,从而减少损耗;另一方面,每层硅钢片之间都是绝缘的,阻断了涡流的通路,进一步减小了涡流的发热。-12-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二(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Δ𝐵Δ𝑡越大,导体的横截面积S越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越强。-13-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二典例剖析【例题1】(多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频交变电流,金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热,将焊缝熔化焊接,要使焊接处产生的热量较大可采用()A.增大交变电流的电压B.增大交变电流的频率C.增大焊接缝的接触电阻D.减小焊接缝的接触电阻解析:增大交变电流的电压和交变电流的频率均可使电流的变化率增大,由E=n知,感应电动势和涡流均增大,焊接处的发热功率增大,若增大焊接缝的接触电阻,则焊接处的电压、功率分配就越大,产生的热量就会越大,故A、B、C正确,D错误。答案:ABCΔ𝛷Δ𝑡-14-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二变式训练1如图所示,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、玻璃杯C.变化的电流、小铁锅D.变化的电流、玻璃杯解析: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,所以玻璃杯中的水不会升温。答案:C-15-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二电磁阻尼和电磁驱动问题探究如图所示,蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。(1)如果将磁铁拿走,轻转线圈,观察线圈的转动,若安装上磁铁,用同样的力转动线圈,你会观察到两次现象有什么不同?为什么?(2)让线圈静止,转动磁铁,观察线圈有什么现象发生,为什么?-16-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二要点提示:(1)观察到没有磁铁时线圈转动的时间比有磁铁时转动的时间长很多。有磁铁时,线圈转动会产生感应电流,感应电流的安培力阻碍线圈的转动。(2)观察到线圈随着磁铁的转动会慢慢转动起来。线圈中产生感应电流,感应电流的安培力阻碍线圈相对磁铁的运动,即使线圈慢慢随磁铁转动起来。-17-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二知识归纳电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流,从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力效果安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍导体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同,推动导体运动能量转化导体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能由于电磁感应,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,从而对外做功-18-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二电磁阻尼电磁驱动相同点两者都是电磁感应现象,都遵循楞次定律,都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动(1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象,都遵循楞次定律。(2)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动,应注意电磁驱动中阻碍的结果,若磁铁运动,线圈中的感应电流的结果是安培力的方向与磁铁运动方向相同,即电磁驱动;若磁场不动,线圈运动,则感应电流的结果阻碍线圈运动,即电磁阻尼。-19-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二典例剖析【例题2】如图所示,弹簧上端固定,下端挂一只条形磁铁,使磁铁上下振动,磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁,观察磁铁的振幅将会发现()A.S闭合时振幅逐渐减小,S断开时振幅不变B.S闭合时振幅逐渐增大,S断开时振幅不变C.S闭合或断开,振幅变化相同D.S闭合或断开,振幅都不发生变化解析:S断开时,磁铁振动,穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中无感应电流,振幅不变;S闭合时有感应电流,有电能产生,磁铁的机械能越来越少,振幅逐渐减小。选项A正确。答案:A-20-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二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。-21-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页课堂篇探究学习探究一探究二变式训练2阻尼摆的示意图如图所示,在轻质杆上固定一金属薄片,轻质杆可绕上端O点在竖直面内转动,一水平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面。使摆从图中实线位置释放,摆很快就会停止摆动;若将摆改成梳齿状,还是从同一位置释放,摆会摆动较长的时间。试定性分析其原因。解析:第一种情况下,阻尼摆进入有界磁场后,在摆中会形成涡流,涡流受磁场的阻碍作用,会很快停下来;第二种情况下,将金属摆改成梳齿状,阻断了涡流形成的回路,从而减弱了涡流,受到的阻碍会比先前小得多,所以会摆动较长的时间。答案:见解析-22-7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课前篇自主预习课堂篇探究学习随堂检测首页随堂检测123451.如图所示,使一个铜盘绕其竖直的轴OO'转动,且假设摩擦等阻力不计,转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘,则()A.铜盘转动将变慢B.铜盘转动将变快C.铜盘仍以原来的转速转动D.铜盘转动速度是否变化,要根据磁铁的上、下两端的极性来决定解析:当一个蹄形磁铁移近铜盘时,铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动,所以铜盘转动将变慢。本题也可以从能量守恒的角度去分析,因为铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,铜盘的机械能不断转化成电能,铜盘转动会逐渐变慢。选

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