高中物理 第四章 电磁感应 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动学案 新人教版选修3-2

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高中物理选修3-2学案4:4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动

高中物理选修3-2学案4:4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动

4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动自主学习一、涡流1.定义:当线圈中的电流随时间变化时,由于电磁感应,在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流,所以把这种感应电流叫做涡流.2.决定因素:磁场变化越快(ΔB Δt越大),导体的横截面积S 越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大.3.应用:真空冶炼、探测地雷、机场安检等.4.防止:电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导致浪费能量,损坏电器.可增大铁芯材料的电阻率、用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯.二、电磁阻尼和电磁驱动1.电磁阻尼(1)定义: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的运动,这种现象称为电磁阻尼.(2)应用:电磁阻尼中需要克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能.所以磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止,便于读数.2.电磁驱动(1)定义:如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,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,这种作用常称为电磁驱动.注意:电磁驱动中导体的运动速度要小于磁场的运动速度.(2)应用:电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同,安培力做功,推动导体运动,电能转化为机械能.所以利用电磁驱动发明了交流感应电动机.3.电磁阻尼与电磁驱动的联系:电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动.自主检测1.下列应用与涡流有关的是( )A .高频感应冶炼炉B .探雷器和安检门C .收音机里的“磁性天线”D .闭合线圈在匀强磁场中转动,切割磁感线产生的电流2.关于涡流的应用与危害,下列说法正确的是( )A.利用涡流的热效应制成了真空冶炼炉B.利用涡流的磁效应制成了地雷探测器和机场的安检门C.在各种电机中,涡流是非常有害的,它会使铁芯的温度升高,从而危害到线圈绝缘材料的寿命,严重时会使绝缘材料报废,又涡流是因发生电磁感应现象而产生的感应电流,因此不会消耗额外的能量,不会降低电机的效率D.由于涡流具有热效应,会使铁芯的温度快速升高,因此电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成,而是用薄薄的硅钢片叠合而成的,其主要目的是增大散热的速度3.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。

高二物理 选修3-2 第四章:4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动 导学案

高二物理 选修3-2 第四章:4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动 导学案

4.7《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》导学方案
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
学习过程
一、涡流
【自学】P26,完成下列填空
1.当线圈中的电流随时间变化时,由于___________,附近的另一个线圈中会产生感应电流。

实际上,这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流,看起来就像水中的漩涡,所以叫它___________,简称________
2.像其他电流一样,金属块中的涡流也要产生______, 金属的电阻率小,则涡流______, 产生的________很多。

1.当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流-----涡流.
2、交流感应电动机就是利用____________的原理工作的。

课堂练习
P28---29 问题与练习
课后小结。

高中物理 第四章 电磁感应 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 新人教版选修3-2

高中物理 第四章 电磁感应 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 新人教版选修3-2

【典例示范】 (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 用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示。 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
7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
【自主预习】 1.涡流: (1)定义:由于_电__磁__感__应__,在导体中产生的像水中的旋 涡一样的_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__的应用,如真空冶炼炉。 ②涡流_磁__效__应__的应用,如探雷器、安检门。
4.(多选)磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架,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
【解析】选B、C。线圈通电后,在安培力作用下发生转 动,铝框随之转动,并切割磁感线产生感应电流,就是涡 流。涡流阻碍线圈的转动,使线圈偏转后较快停下来。 所以,把线圈绕在铝框上的目的是利用涡流来起电磁阻 尼的作用。
(4)请分析金属块产生涡流的过程中能量是如何转化的。 提示:①当金属块处在变化的磁场中时,磁场能转化为电 能,最终转化为内能。 ②当金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动时,由于要 克服安培力做功,所以金属块的机械能转化为电能,最终 转化为内能。
【探究总结】 1.涡流的成因及特点: (1)成因:块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时, 穿过金属块的磁通量发生变化,在金属块自身构成的闭 合回路中产生感应电流。 (2)特点:金属块本身自行构成闭合回路,如果整块金属 的电阻很小,涡流往往很强,金属块会产生大量的热量。

高中物理 4.7《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》导学案 新人教版选修

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高中物理 4.7《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》导学案新人教版选修4、7节《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》导学案班级:组名:姓名:【学习目标】1、清楚涡流产生的原理,通过对涡流实例的分析,了解涡流的应用和防止。

(重点)2、通过对电磁阻尼和电磁驱动的实例分析,了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用。

(难点)3、培养用理论知识解决实际问题的能力。

【学法指导】实验法、探究法,理论实际的思想【知识链接】1、感生电动势:由于而产生,感生电场的方向与所产生的方向相同,应用判断。

右图中,若磁场正在增强,请画出感生电场的两条电场线。

2、动生电动势:由于而产生,动生电场的方向与所产生的方向相同,应用判断。

3、焦耳定律表达式:;计算热功率的公式:【学习过程】知识点一、涡流[问题1] 阅读教材P261-2自然段,完成以下内容:(1)如图甲,一金属块处在竖直向上的磁场中,若磁场正在增强,金属块中是否产生感应电流?若产生,试画出感应电流分布形状,并口述电流产生的原理。

(2)如图乙,线圈绕在金属块上(金属块与线圈之间是绝缘的),线圈中通以变化的电流。

若电流正在增强,金属块中是否产生感应电流?若产生,试画出感应电流分布形状,并口述电流产生的原理。

(3)如图丙,一金属小球处在垂直纸面向里的磁场中,若磁场正在减弱,小球中是否产生感应电流?若产生,试画出感应电流分布形状,并指出形成的电流成什么形状?B甲B乙小结:(1)涡流:由于,在导体中产生的像状的电流。

(请仔细体会涡流产生的原理)(2)涡流通过导体也要产生,即涡流的热效应,导体的电阻率越小,则涡流越,产生的热量越;涡流在周围空间也要产生磁场,即涡流的效应。

[问题2] 应用和防止涡流的实例分析:(阅读教材P263-6自然段)(1)图4、7-2用来冶炼金属的真空冶炼炉是利用涡流的什么效应工作的?简要说明它的工作原理。

(2)探雷器、金属探测器是利用涡流的什么效应工作的?简要说明金属探测器的工作原理。

2019_2020学年高中物理第四章电磁感应第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动学案新人教版选修3_2

2019_2020学年高中物理第四章电磁感应第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动学案新人教版选修3_2

第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动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.一、涡流1.概念:当线圈中的电流随时间变化时,由于电磁感应,在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流,所以把这种感应电流叫做涡流.2.应用:真空冶炼炉、探雷器、机场安检等.3.防止:将电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上.线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器.因此,我们要想办法减小涡流.途径之一是增大铁芯材料的电阻率,常用的铁芯材料是硅钢,它的电阻率比较大.另一个途径就是用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯.二、电磁阻尼和电磁驱动1.电磁阻尼:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力总是阻碍导体运动,这种现象叫电磁阻尼.2.电磁驱动: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安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种作用常常称为电磁驱动.3.电磁驱动的应用:交流感应电动机.判一判(1)涡流也是一种感应电流.( )(2)导体中有涡流时,导体本身会产热.( )(3)利用涡流制成的探雷器无法探出“石雷”.( )(4)电磁驱动是使用电能转化为动能.( )提示:(1)√(2)√(3)√(4)√做一做电磁炉是利用涡流加热而达到烹饪食物的目的.电磁炉适用的锅类是( )A.平底陶瓷锅B.凹底陶瓷锅C.平底不锈钢锅D.凹底不锈钢锅提示:选C.电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场,磁化铁质铁锅,从而形成无数个小涡流(即电流),加速锅底分子运动,使锅底自身发热达到加热食品的目的,必须使用铁质锅具才被磁化形成涡流,C正确.想一想家用电磁炉和微波炉工作原理一样吗?提示:不一样.电磁炉利用涡流的热效应工作,而微波炉利用电磁波工作.对涡流的理解和应用1.涡流的实质(1)涡流仍然是由电磁感应而产生的,它仍然遵循感应电流的产生条件,特殊之处在于涡流产生于块状金属中.(2)严格地说,在变化的磁场中的一切导体内都有涡流产生,只是涡流的大小有区别,以致一些微弱的涡流被我们忽视了.2.可以产生涡流的两种情况(1)把块状金属放在变化的磁场中.(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动.3.涡流中的能量转化涡流现象中,其他形式的能转化成电能,并最终在金属块中转化为内能.如果金属块放在变化的磁场中,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.(多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频交流电,金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热,将焊缝处金属熔化,要使焊接处产生的热量较大可采用的方法是( )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[思路点拨] (1)如何判断感应电流的大小?(2)电流的热效应与哪些因素有关?[解析] 交变电流频率越高,电压越大,产生的磁场变化越快,在工件中引起的感应电动势越大,感应电流越大,产生的热量越多,故A 、B 正确;焊接缝接触电阻越大,电压越大,在此处产生的热量越多,越容易熔化焊接,故C 正确,D 错误.[答案] ABC(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和楞次定律. (2)磁场变化越快⎝ ⎛⎭⎪⎫ΔB Δt 越大,导体的横截面积S 越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大.(3)导体内部可等效为许多闭合电路.(4)导体内部发热的原理是电流的热效应.(2018·黑龙江大庆期中)高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的.如图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,这时被冶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解析:选C.高频感应炉的原理是给线圈通以高频交变电流后,线圈产生高频变化的磁场,磁场穿过金属,在金属内产生强涡流,由于涡流的热效应,使金属熔化,选项C 正确.对电磁阻尼和电磁驱动的理解和应用(2018·山东滕州五中周测)物理课上,老师做了一个“电磁阻尼”实验:如图所示,弹簧上端固定,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;如果在磁铁下方放一个固定的铝质圆环,使磁极上下振动时穿过它,磁铁就会很快地停下来.某同学另找器材再探究此实验.他安装好器材,经反复实验后发现:磁铁下方放置圆环,并没有对磁铁的振动产生影响,对比老师演示的实验,其原因可能是( )A.弹簧的劲度系数太小B.磁铁的质量太小C.磁铁的磁性太强D.圆环的材料与老师用的不同[解析] 只要能够产生感应电流,都能对磁铁的运动产生阻碍作用,A、B、C错;若圆环的材料为非金属材料,不能产生感应电流,无法对磁铁产生阻碍作用,故选D.[答案] D命题视角2 对电磁驱动问题的分析(多选)(2018·南京高二检测)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,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.线圈转动时将产生感应电流D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda[思路点拨] (1)线圈转动方向及感应电流方向的判定需用楞次定律.(2)线圈的转速与磁铁的转速的关系.[解析] 当磁铁逆时针转动时,相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线,线圈中产生感应电流,故C正确;当线圈相对磁铁转过90°时电流方向不再是abcda,D错误;由楞次定律的推广含义可知,线圈将与磁铁同向转动,但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度.如两者的角速度相同,磁感线与线圈相对静止,线圈不切割磁感线,无感应电流产生,故A错误,B正确.[答案] BC(1)电磁阻尼是感应电流受到的安培力对导体做负功,阻碍导体运动,而电磁驱动是感应电流受到的安培力对导体做正功,推动导体运动.(2)在电磁驱动中,主动部分与被动部分的运动(或转动)方向一致,被动部分的速度(或角速度)较小.(3)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象,在这两种现象中可以运用楞次定律分析导体的受力情况,运用力学知识和能量守恒定律分析导体的运动情况和能量转化情况.【通关练习】1.如图所示,上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置,小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部,则小磁块( )A.在P和Q中都做自由落体运动B.在两个下落过程中的机械能都守恒C.在P中的下落时间比在Q中的长D.落至底部时在P中的速度比在Q中的大解析:选C.小磁块在铜管中下落,产生电磁感应现象,根据楞次定律的推论——阻碍相对运动可知,小磁块下落过程中受到向上的电磁阻力,而在塑料管中下落,没有电磁感应现象,小磁块做自由落体运动,故C正确.2.(多选)(高考全国卷Ⅰ)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解析:选AB.当圆盘转动时,圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线,产生感应电动势,选项A正确;如图所示,铜圆盘上存在许多小的闭合回路,当圆盘转动时,穿过小的闭合回路的磁通量发生变化,回路中产生感应电流,根据楞次定律,感应电流阻碍其相对运动,但抗拒不了相对运动,故磁针会随圆盘一起转动,但略有滞后,选项B正确.[随堂检测1.如图所示,在一蹄形磁铁下面放一个铜盘,铜盘和磁铁均可以自由绕OO′轴转动,两磁极靠近铜盘,但不接触,当磁铁绕轴转动时,铜盘将( )A.以相同的转速与磁铁同向转动B.以较小的转速与磁铁同向转动C.以相同的转速与磁铁反向转动D.静止不动解析:选B.因磁铁的转动,引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流,进而受安培力作用而发生转动,由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动,所以铜盘与磁铁同向转动,又由产生电磁感应的条件可知,线圈中能产生电流的条件必须是磁通量发生变化,故铜盘转动方向与磁铁相同而转速小,所以正确选项是B.2.(2018·重庆第二外国语学校月考)如图所示,一金属铜球用绝缘细线挂于O点,将铜球拉离平衡位置并释放,铜球摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域,若不计空气阻力,则( )A.铜球向右穿过磁场后,还能摆至原来的高度B.在进入和离开磁场时,铜球中均有涡流产生C.铜球进入磁场后离最低点越近速度越大,涡流也越大D.铜球最终将静止在竖直方向的最低点解析:选B.铜球向右进入和穿出磁场时,会产生涡流,铜球中将产生焦耳热,根据能量守恒知铜球的机械能将转化为电能,所以回不到原来的高度了,故A错误;当铜球进入或离开磁场区域时磁通量发生变化,均会产生涡流,故B正确;整个铜球进入磁场后,磁通量不发生变化,不产生涡流,即涡流为零,机械能守恒.离平衡位置越近速度越大,故C错误;在铜球不断经过磁场,机械能不断损耗过程中圆环越摆越低,最后整个圆环只会在磁场区域来回摆动,因为在此区域内没有磁通量的变化(一直是最大值),所以机械能守恒,即铜球最后的运动状态为在磁场区域来回摆动,而不是静止在最低点,故D错误.3.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,如图所示,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:选A.若S断开,磁铁振动时穿过线圈的磁通量发生变化,但线圈中无感应电流,故振幅不变;若S闭合,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,故选A.4.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程为y=x2,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y=a的直线(如图中的虚线所示),一个小金属块从抛物线上y=b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑,假设曲面足够长,则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )A .mgbB.12mv 2 C .mg (b -a ) D .mg (b -a )+12mv 2 解析:选D.金属块在进出磁场过程中要产生感应电流,感应电流转化为内能,机械能要减少,上升的最大高度不断降低,最后刚好滑不出磁场,做往复运动永不停止,根据能量转化与守恒,整个过程中产生的焦耳热应等于机械能的损失,即Q =ΔE =12mv 2+mg (b -a ),故D 正确.[课时作业]一、单项选择题1.(2018·海南华侨中学三亚学校期末)下列做法中可以减小涡流产生的是( )A .在电动机、变压器的线圈中加入铁芯B .电动机、变压器内部铁芯都是由相互绝缘的硅钢片组成C .在电磁冶金中,把交变电流改成直流D .一些大型用电器采用特制的安全开关解析:选B.在电动机、变压器中的线圈中加入铁芯,是为了增强线圈的磁通量,与涡流无关.故A 错误;在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象,要损耗能量,不用整块的硅钢铁芯,用相互绝缘的硅钢片叠合而成,其目的是为了减小涡流,故B 正确;在电磁冶金中,是利用涡流产生的热量,把交变电流改成直流则不能使用.故C 错误;一些大型用电器采用特制的安全开关是为了防止断电时由于自感产生的高压,与涡流无关,故D 错误.2.(2018·甘肃天水一中月考)电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流,使锅体发热从而加热食物.下列相关的说法中正确的是( )A .锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B .电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C .金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D .电磁炉的上表面一般都用金属材料制成,以加快热传递减少热损耗解析:选A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关,故A 正确;直流电不能产生变化的磁场,在锅体中不能产生感应电流,电磁炉不能使用直流电,故B 错误;锅体只能用铁磁性导体材料,不能使用绝缘材料制作锅体,故C 错误;电磁炉的上表面如果用金属材料制成,使用电磁炉时,上表面材料发生电磁感应要损失电能,电磁炉上表面要用绝缘材料制作,故D 错误.3.甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO ′旋转,当给两环以相同的初始角速度开始转动后,由于阻力,经过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( )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解析:选B.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,乙环中产生感应电流.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.4.如图所示,闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴OO′自由转动,开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内.若条形磁铁突然绕OO′轴,N极向纸里、S极向纸外转动,在此过程中,圆环将( )A.产生逆时针方向的感应电流,圆环上端向里、下端向外随磁铁转动B.产生顺时针方向的感应电流,圆环上端向外、下端向里转动C.产生逆时针方向的感应电流,圆环并不转动D.产生顺时针方向的感应电流,圆环并不转动解析:选A.磁铁转动时,穿过环向里的磁通量增加,根据楞次定律,环中产生逆时针方向的感应电流,磁铁转动时,为阻碍磁通量的变化,导线环与磁铁同向转动,所以选项A 正确.5.如图所示,在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦).现让铜盘转动,下面对观察到的现象描述及解释正确的是( )A.铜盘中既没有感应电动势又没有感应电流,铜盘将一直转动下去B.铜盘中有感应电动势而没有感应电流,铜盘将一直转动下去C.铜盘中既有感应电动势又有感应电流,铜盘将很快停下D.铜盘中既有感应电动势又有感应电流,铜盘将越转越快解析:选C.铜盘转动时,根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知,盘中有感应电动势,也产生感应电流,并且受到电磁阻尼作用,机械能转化为电能进而转化为焦耳热,铜盘将很快停下,C正确,A、B、D错误.6.(2018·河南永年一中月考)安检门是一个用于安全检査的“门”,“门框”内有线圈,线圈中通有变化的电流.如果金属物品通过安检门,金属中会被感应出涡流,涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流,从而引起报警,关于这个安检门的以下说法正确的是( ) A.安检门能检查出毒贩携带的毒品B.安检门能检查出旅客携带的水果刀C.如果“门框”的线圈中通上恒定电流,安检门也能正常工作D.安检门工作时,主要利用了电流的热效应原理解析:选B.安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是:线圈中交变电流产生交变的磁场,会在金属物品中产生交变的感应电流,而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,引起线圈中交变电流发生变化,从而被探测到.则安检门不能检查出毒贩携带的毒品,选项A错误;安检门能检查出旅客携带的水果刀,选项B正确;如果“门框”的线圈中通上恒定电流,安检门不能正常工作,选项C错误;安检门工作时,主要利用了电磁感应原理,故D错误.7.如图所示,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:选C.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.如果转速相等,线圈中的磁通量不再变化,起“驱动”作用的安培力将消失.二、多项选择题8.如图所示,在O点正下方有一个具有理想边界的磁场,铜环在A点由静止释放,向右摆至最高点B,不考虑空气阻力,则下列说法正确的是( )A.A、B两点在同一水平线上B.A点高于B点C.A点低于B点D.铜环最终将做等幅摆动解析:选BD.铜环在进入和穿出磁场的过程中,穿过环的磁通量发生变化,环中有感应电流产生,将损耗一定的机械能,所以A点高于B点,铜环的摆角会越来越小,最终出不了磁场,而做等幅摆动.9.(2018·陕西西安一中期末)如图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.1是磁铁,在2中产生涡流B.2是磁铁,在1中产生涡流C.该装置的作用是使指针能很快地稳定D.该装置的作用是使指针能够转动解析:选BC.该装置为电磁阻尼,2是磁铁,1为闭合线框,当1切割磁感线在1中产生涡流,将动能转化成内能,从而使1很快的稳定,故B、C正确,A、D错误.10.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,现将两圆管竖直固定在相同高度,将两个带相同磁性的小球同时从A管和B管上端管口处无初速度释放,穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面.下列对于两管的描述中可能正确的是( )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管是用铝制成的解析:选AD.磁性小球穿过金属圆管过程中,将圆管看做许多金属圆环,小球的磁场使每个圆环中产生感应电流,根据楞次定律可知,小球向下运动的加速度小于重力加速度;小球在非金属材料圆管中不会产生感应电流,小球仍然做自由落体运动.由以上分析可知,B 管中的小球后落地,说明磁性小球使B管产生了涡流,即B管一定是用金属导体材料制成的.故选项A、D正确.11.(2018·河南驻马店联考)低频电涡流传感器可用来测量自动化生产线上金属板的厚度.如图所示,在线圈L1中通以低频交变电流,它周围会产生交变磁场,其正下方有一个与电表连接的线圈L2,金属板置于L1、L2之间.线圈L1产生的变化磁场透过金属板,L2中会产生感应电流.由于金属板厚度不同,吸收电磁能量强弱不同,导致L2中感应电流的强弱不同.则( )A.金属板吸收电磁能量,是由于穿过金属板的磁场发生变化,板中产生涡流B.金属板越厚,涡流越弱C.L2中产生的是直流电D.L2中产生的是与L1中同频率的交变电流解析:选AD.线圈L1产生的变化磁场使金属板产生涡流,所以A正确;金属板越厚,在变化的磁场作用下产生涡流越强,即B错误;线圈L1产生的是变化磁场,所以L2中产生的是与L1中同频率的交流电,故C错误,D正确.12.(2018·江苏石庄高级中学期末)涡流检测是工业上无损检测的方法之一.如图所示,线圈中通以一定频率的正弦交流电,靠近待测工件时,工件内会产生涡流,同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化.下列说法中正确的是( )A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化B.涡流的频率等于通入线圈的交流电频率C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力D.待测工件可以是塑料或橡胶制品解析:选ABC.根据楞次定律得知:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,故涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化,故A正确;感应电流的频率与原电流的频率是相同的,涡流的频率等于通入线圈的交流电频率,故B正确;因为线圈交流电是周期变化的,故在工件中引起的交流电也是周期性变化的,可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力,故C正确;电磁感应只能发生在金属物体上,故待测工件只能是金属制品,故D错误.13.(2018·福建惠安嘉惠中学月考)电磁炉采用感应电流(涡流)的加热原理,是通过电子线路产生交变磁场,把铁锅放在炉面上时,在铁锅底部产生交变的电流.它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点.下列关于电磁炉的说法中正确的是( )A.电磁炉面板可采用陶瓷材料,发热部分为铁锅底部B.电磁炉面板可采用金属材料,通过面板发热加热锅内食品C.电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热D.可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率解析:选AD.电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具.由高频感应加热线圈(即励磁线圈)、高频电力转换装置、。

高中物理第四章电磁感应第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动

高中物理第四章电磁感应第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动

第七节:涡流【学习目标】(1)、明白涡流是如何产生的(2)、明白涡流的利与弊,和如何利用和避免涡流(3)、通过旧知识分析新问题弄清涡流的产生原因(3)、利用理论联系实际的方式加深理解涡流【学习重点】涡流的产生原因和涡流的作用【学习难点】涡流的产生原因【学习方式】实验法、探讨法【学习进程】一、知能预备1.涡流概念:2.涡流产生原因:3.涡流的利用与控制(1)利用——(2)控制——4.电磁驱动原理:二、疑难分析:(一)涡流概念块状金属放在转变的磁场中,或让它在磁场中运动,金属块内有感应电场产生,从而形成闭合回路,这时感生电场力能够在整块金属内部引发闭合涡旋状的感应电流,所以叫做涡电流。

“涡电流”简称涡流。

(二)涡流的热效应当变压器的线圈中通过交变电流时,在铁芯内部有转变的磁场,因此产生感生电场,引发涡流。

涡流在通过电阻时也要放出焦耳热。

1.应用:利用的热效应进行加热的方式称为感应加热。

而涡流的大小和磁通量转变率成正比,磁场转变的频率越高,导体里的涡流也越大。

实际上,一般利用高频交流电激发涡流。

如:A.高频焊接:线圈中通以高频交流电时,待焊接的金属工件中就产生感应电流(涡电流)。

由于焊缝处的接触电阻专门大,放出的焦耳热很多,致使温度升得很高,将金属熔化,焊接在一路。

我国产生的自行车架就是用这种方式焊接的。

B.高频感应炉高频感应炉利用涡流来熔化金属。

图是冶炼金属的感应炉的示用意.冶炼锅内装入被冶炼的金属,线圈通上高频交变电流,这时被冶炼的金属中就产生很强的涡流,从而产生大量的热使金属熔化.这种冶炼方式速度快,温度容易控制,并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中,因此适于冶炼特种合金和特种钢.C.电磁炉电磁炉的工作原理是采用磁场感应涡加流加热原理,利用电流通过线圈产生磁场,当磁场内的磁力线通过铁质锅底时会产生无数的涡流是锅的本身自行高速发烧,然后再作用于锅内食物。

这种最新的加热方式,能减少热量传递的中间环节,可大大提升制热效率,比传统炉具(电炉、气炉)节省能源一半以上。

2019-2020年高中物理 第四章第7节《涡流电磁阻尼和电磁驱动》教案 新人教版选修3-2

2019-2020年高中物理 第四章第7节《涡流电磁阻尼和电磁驱动》教案 新人教版选修3-2

2019-2020年高中物理第四章第7节《涡流电磁阻尼和电磁驱动》教案新人教版选修3-2一、教材分析本节是选学内容,它是又一种特殊的电磁感应现象,在实际中有许多应用。

可根据各校的实际情况或选讲,或指导学生阅读。

涡流和自感现象以及许多现象一样,都有利弊两个方面。

教学中应充分应用这些实例,培养学生全面认识和对待事物的科学态度。

二、学情分析学生已经学习了电路的基本常识以及电磁感应的相关规律,学会判断回路是否会产生感应电流以及感应电流的方向,而且还掌握了感应电动势的大小与什么因素有关。

即已经学会对自感现象的分析,但头脑中没有涡流这个概念而已,也没有意识到涡流现象,线圈本身也会产生电磁感应现象。

学习中对涡流现象的解释以及分析是学生遇到的最大挑战。

三、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。

四、重点、难点教学重点: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。

五、教学手段与策略通过演示实验,引导学生观察现象、分析实验六、教学用具:电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置(可拆变压器)、电磁阻尼演示装置(示教电流表、微安表、弹簧、条形磁铁),电磁驱动演示装置(U形磁铁、能绕轴转动的铝框)。

七、课时安排: 1课时八、教学过程(一)引入新课教师:出示电动机、变压器铁芯,引导学生仔细观察其铁芯有什么特点?学生:它们的铁芯都不是整块金属,而是由许多薄片叠合而成的。

教师:为什么要这样做呢?用一个整块的金属做铁心不是更省事儿?学习了涡流的知识,同学们就会知道其中的奥秘。

(二)进行新课1、涡流教师:[演示1]涡流生热实验。

在可拆变压器的一字铁下面加一块厚约2 mm的铁板,铁板垂直于铁芯里磁感线的方向。

高中物理第四章涡流电磁阻尼和电磁驱动学案新人教版选修

高中物理第四章涡流电磁阻尼和电磁驱动学案新人教版选修

4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动【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.一、涡流[问题设计]1.如图1所示,当磁场变化时,导体中就会产生感应电流,那么导体中的电荷为什么会定向移动而形成电流?图12.如果磁场是用变化的电流来获取的,导体用整块铁代替,如图2所示.请问铁块中有感应电流吗?如果有,它的形状像什么?图2[要点提炼]1.定义:当线圈中的电流随时间变化时,由于,在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流,所以把这种感应电流叫做.2.决定因素: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,形成的涡流就越大.3.应用:、、机场安检等.4.防止:电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导致浪费能量,损坏电器.可增大铁芯材料的、用相互绝缘的叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯.二、电磁阻尼和电磁驱动[问题设计]1.电磁阻尼弹簧上端固定,下端悬挂一根磁铁.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3所示),磁铁就会很快停下来,解释这个现象.2.电磁驱动一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间,如图4所示,蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动.当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动,当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动.图4根据以上现象,回答下列问题:(1)蹄形磁铁转动时,穿过线圈的磁通量是否变化?(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相同吗?[要点提炼]1.电磁阻尼(1)定义:当时,感应电流会使导体受到,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为.(2)应用:电磁阻尼中需要克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能.所以磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止,便于读数.2.电磁驱动(1)定义:如果转动,在导体中会产生,感应电流使导体受到安培力的作用,使导体运动起来,这种作用常称为电磁驱动.注意:电磁驱动中导体的运动速度要磁场的运动速度.(2)应用:电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向,做功,导体运动,电能转化为机械能.所以利用电磁驱动发明了交流感应电动机.3.电磁阻尼与电磁驱动的联系:电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为相对运动.一、涡流的理解与应用例1如图5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,感应电流通过焊缝产生大量热,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5A.电流变化的频率越高,焊缝处的温度升高的越快B.电流变化的频率越低,焊缝处的温度升高的越快C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大针对训练光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图6所示,抛物线的方程是y=x2,下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中的虚线所示),一个小金属块从抛物线上y=b(b >a)处以初速度v沿抛物线下滑.假设抛物线足够长,金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是 ( )图6A.mgb B.12mv2 C.mg(b-a) D.mg(b-a)+12mv2二、对电磁阻尼的理解例2如图7所示,一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动,有界磁场的方向垂直纸面向里,铜片在摆动时受到较强的阻尼作用,很快就停止摆动.如果在铜片上开几个长缝,铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动,这是为什么?图7三、对电磁驱动的理解例3位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管,一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v水平穿过,如图8所示,在此过程中( )图8A.磁铁做匀速直线运动 B.磁铁做减速运动C.小车向右做加速运动 D.小车先加速后减速1.(涡流的理解)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做匀速运动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.(涡流的应用)安检门是一个用于安全检查的“门”,“门框”内有线圈,线圈里通有交变电流,交变电流在“门”内产生交变磁场,金属物品通过“门”时能产生涡流,涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流,从而引起报警.以下关于这个安检门的说法正确的是( )A.这个安检门也能检查出毒品携带者B.这个安检门只能检查出金属物品携带者C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流,也能检查出金属物品携带者D.这个安检门工作时,既利用了电磁感应现象,又利用了电流的磁效应3.(电磁阻尼的理解与应用)如图9所示,条形磁铁用细线悬挂在O点.O点正下方固定一个水平放置的铝线圈.让磁铁在竖直面内摆动,下列说法中正确的是( )图9A.磁铁左右摆动一次,线圈内感应电流的方向改变2次B.磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C.磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D.磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力4.(电磁驱动的理解与应用)如图10所示,磁极远离和靠近圆环时产生的现象正确的是 ( )图10A.图中磁铁N极接近A环时,A环被吸引,而后被推开B.图中磁铁N极远离A环时,A环被排斥,而后随磁铁运动C.用磁铁N极接近B环时,B环被排斥,远离磁铁运动D.用磁铁的任意一磁极接近A环时,A环均被排斥题组一涡流的理解与应用1.下列仪器是利用涡流工作的有( )A.电磁炉 B.微波炉C.金属探测器 D.真空冶炼炉2.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3.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的,如图1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冶炼的金属中,因此适于冶炼特种金属.那么该炉的加热原理是( )图1A.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4.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5.如图2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分别是( )图2A.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6.如图3所示为高频电磁炉的工作示意图,它是采用电磁感应原理产生涡流加热的.电磁炉工作时产生的电磁波,完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质的锅所吸收,不会泄漏,对人体健康无危害.关于电磁炉,以下说法中正确的是( )图3A.电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的B.电磁炉是利用变化的磁场产生涡流,使含铁质的锅底迅速升温,进而对锅内食物加热的C.电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的D.电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的7.人造卫星绕地球运行时,轨道各处地磁场的强弱并不相同,因此,金属外壳的人造地球卫星运行时,外壳中总有微弱的感应电流.试分析这一现象中的能量转化情况,它对卫星的运动可能产生怎样的影响?题组二对电磁阻尼的理解与应用8.如图4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管比穿过B管的小球先落到地面.下面对于两管的描述中可能正确的是( )图4A.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9.如图5所示,金属球(铜球)下端有通电的线圈,今把金属球向上拉离平衡位置后释放,此后金属球的运动情况是(不计空气阻力)( )图5A.做等幅振动 B.做阻尼振动C.振幅不断增大 D.无法判定10.如图6所示是电表中的指针和电磁阻尼器,下列说法中正确的是( )图6A.2是磁铁,1中产生涡流B.1是磁铁,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下来11.磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架,把线圈围绕在铝框上,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.起电磁驱动的作用题组三对电磁驱动的理解与应用12.如图7所示,在一蹄形磁铁下面放一个铜盘,铜盘和磁铁均可以自由绕OO′轴转动,两磁极靠近铜盘,但不接触,当磁铁绕轴转动时,铜盘将 ( )图7A.以相同的转速与磁铁同向转动B.以较小的转速与磁铁同向转动C.以相同的转速与磁铁反向转动D.静止不动13.如图8所示,闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴OO′自由转动,开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内,若条形磁铁突然绕OO′轴,N极向纸里,S极向纸外转动,在此过程中,圆环将 ( )图8A.产生逆时针方向的感应电流,圆环上端向里、下端向外随磁铁转动B.产生顺时针方向的感应电流,圆环上端向外、下端向里转动C.产生逆时针方向的感应电流,圆环并不转动D.产生顺时针方向的感应电流,圆环并不转动高考理综物理模拟试卷注意事项:1. 答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2024-2025学年高中物理第四章电磁感应7涡轮流、电磁阻尼和电磁驱动(2)教案新人教版选修3-2

2024-2025学年高中物理第四章电磁感应7涡轮流、电磁阻尼和电磁驱动(2)教案新人教版选修3-2
3.重点难点解析:在讲授过程中,我会特别强调电磁感应的原理和计算方法这两个重点。对于难点部分,我会通过举例和比较来帮助大家理解。
三、实践活动(用时10分钟)
1.分组讨论:学生们将分成若干小组,每组讨论一个与电磁感应相关的实际问题。
2.实验操作:为了加深理解,我们将进行一个简单的实验操作。这个操作将演示电磁感应的基本原理。
例题4:
一个正方形线圈,边长为a,通入电流I,求线圈中心处的磁场强度。
解答:
根据安培环路定律,线圈中心处的磁场强度可以通过计算线圈的电流密度来求得。电流密度J等于电流I除以线圈的面积A,即J = I/A。线圈的面积A等于a^2。因此,电流密度J = I/(a^2)。根据毕奥-萨伐尔定律,磁场强度B等于电流密度J乘以2π,即B = J*2π = I/(a^2)*2π = 2I/a^2。
3.成果分享:每个小组将选择一名代表来分享他们的讨论成果。这些成果将被记录在黑板上或投影仪上,以便全班都能看到。
五、总结回顾(用时5分钟)
今天的学习,我们了解了电磁感应的基本概念、重要性和应用。同时,我们也通过实践活动和小组讨论加深了对电磁感应的理解。我希望大家能够掌握这些知识点,并在日常生活中灵活运用。最后,如果有任何疑问或不明白的地方,请随时向我提问。
八、教学反思与改进
今天的课堂,我教授了电磁感应的内容。课后,我设计了反思活动,以便评估教学效果并识别需要改进的地方。
首先,我注意到学生在理解电磁感应的原理时存在一定的困难。在未来的教学中,我计划使用更多的实例和实际应用来帮助学生理解电磁感应的概念。例如,通过分析发电机和电动机的工作原理,使学生能够更直观地理解电磁感应的应用。
最后,我认为课堂上的时间分配需要进行调整。在未来的教学中,我会更加注重时间的管理,确保每个环节都有足够的时间进行深入学习和讨论。
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7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
[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.
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感应电流,电流在导体中组成闭合回路,很像水中的旋涡,所以把它叫做涡电流,简称涡流.
2.涡流大小的决定因素:磁场变化越快(ΔB Δt 越大),导体的横截面积S 越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大.
二、电磁阻尼 当导体在磁场中运动时,导体中产生的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安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种作用常常称为电磁驱动.
[即学即用]
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.( × )
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y =x 2
,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y =a 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y =b (b >a )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
答案 mg (b -a )+12
mv 2
一、涡流
[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?
图2
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.
[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.
(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)“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: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( )
图3
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CD
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;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,否则同样会被熔化,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( )
图4
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BD
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.
二、电磁阻尼
[导学探究] 弹簧上端固定,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.
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.
[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如图6所示,上端开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置.小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部,则小磁块(不计空气阻力)( )
图6
A.在P和Q中都做自由落体运动
B.在两个下落过程中的机械能都守恒
C.在P中的下落时间比在Q中的长
D.落至底部时在P中的速度比在Q中的大
答案 C
解析小磁块下落过程中,在铜管P中产生感应电流,小磁块受到向上的磁场力,不做自由落体运动,而在塑料管Q中只受到重力,在Q中做自由落体运动,故选项A错误;根据功能关系知,在P中下落时,小磁块机械能减少,在Q中下落时,小磁块机械能守恒,故选项B 错误;在P中加速度较小,在P中下落时间较长,选项C正确;由于在P中下落时要克服磁场力做功,机械能有损失,故落至底部时在P中的速度比在Q中的小,选项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.
图7
(1)蹄形磁铁转动时,穿过线圈的磁通量是否变化?
(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什么关系?
答案(1)变化.
(2)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来.线圈的转动速度小于磁铁的转动速度.
[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( )
图8
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
答案 B
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.
1.(涡流的应用与防止)(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成,而不采用一块整硅钢,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.增大涡流,减小铁芯的发热量
D.减小涡流,减小铁芯的发热量
答案BD
解析采用薄硅钢片叠压在一起,目的是减小涡流,减小铁芯的发热量,进而提高变压器的效率,故选项B、D正确.
2.(涡流的应用与防止)(多选)如图9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( )
图9
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AD
3.(对电磁阻尼的理解)(多选)如图10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( )
图10
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BC
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11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( )
图11
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
答案AB。

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