人教版高中物理选修3-2：涡流、电磁阻尼和电磁驱动_课件3

思路点拨： 从导体和磁体相对运动的角度来看，感应电流总要阻碍它们 的相对运动，用这种方法来判断产生感应电流的导体的运动方向 比较简单．
解析：本题考查电磁驱动和楞次定律．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，线圈中产生大 小、方向周期性变化的电流，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．如两者的角速度相同，磁感线与线圈处于相对 静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生．
图 4－7－6 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
【答案】AD 【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．
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__的__运__动_____． 2．应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便 于读数．
三、电磁驱动 1．概念：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，_使__导__体__运__动___起来．
【答案】C 【解析】由 E＝Blv 和 I＝ER得：I＝BRlv，感应电流之比为 1∶ 2，P＝I2R＝B2Rl2v2，外力功率之比为 1∶4，Q＝pt＝B2Rl2v，电热 之比为 1∶2，q＝It＝BRlvt＝BRl2，电荷量之比为 1∶1.
图 4－7－2 2.(双选)如图 4－7－2 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
【答案】B 【解析】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．故要求线圈转动方向与磁铁相同而转速小，不能同步转动， 所以正确选项是 B.
题型 2 电磁阻尼的分析应用
图 4－7－7 【例 2】 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，使磁铁上下振动地穿过它(如图 4 －7－7 所示)，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明 此现象中能量转化的情况．
探究 2 如何解释电磁驱动的形成原因？
当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发 生变化，例如线圈处于如图 4－7－3 所示的初始 状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁铁转 动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定 律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通 量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来．
楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而 阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转 动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种 相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释．
图 4－7－3
图 4－7－4 2.(双选)位于光滑水平面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 4－7－4 所示，在此过程中( ) A．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
反思领悟： 应用电磁感应的知识分析，题中所述现象是电磁阻尼．
如图 4－7－8 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．铜环将做等幅摆动
的磁性小球，同时从 A、B 管上端的管口无初速释放，穿过 A 管 的小球比穿过 B 管的小球先落到地面．下面对两管的描述中可能 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
图 4－7－8
【答案】B 【解析】本题考查了电磁阻尼现象和能量转化情况．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．
题型 3 电磁驱动的应用
图 4－7－9 【例 3】 如图 4－7－9 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．线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流 D．丝圈转动时感应电流的方向始终是 abcda
答案：BD
反思领悟：减小涡流的途径之一是增大铁芯材料的电阻率； 另一途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢 铁芯．
(双选)如图 4－7－6 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，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( )
1．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
【答案】A 【解析】涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，在穿过 导体的磁通量变化时产生的，所以 A 对 B 错．涡流不仅有热效 应，同其他电流一样也有磁效应，C 错．硅钢电阻率大，产生的 涡流较小，但仍能产生涡流，D 错．
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，而对外做功
相同点
两者都是电磁感应现象
特别提醒： 电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律， 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．
3．下列现象属电磁阻尼的是________，属电磁驱动的是 ________．
答案：BC 反思领悟：从楞次定律的推广含义知，线框的运动可以阻碍 两者间的相对运动，所以角速度必小于磁极的角速度，否则就不 是阻碍而是阻止．
图 4－7－10 如图 4－7－10 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
【答案】BC 【解析】磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由 楞次定律的扩展知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动．同理，磁 铁穿出时产生的相互作用力也阻碍磁铁的运动，故整个过程中， 磁铁做减速运动，选项 B 是正确的．而对于小车上螺线管来说， 在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使 小车向右运动，且一直做加速运动，C 项对．
题型 1 涡流的应用
【例 1】 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 思路点拨：涡流的主要效应是生热，必然带来功率损失．
解析：本题考查涡流的基本特点．涡流的主要效应之一就是 发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的．所以不采用 整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的应该是减小涡流， 减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率．
思路点拨： 磁铁上下振动，必然产生感生电流，由楞次定律知，感生电 流的作用效果必然阻碍磁铁和线圈之间的相对运动．
解析：本题考查电磁阻尼及能量转化情况．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，也就使磁铁振动时除了空气阻力 外，还有线圈的磁场力作为阻力，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．
探究 3 电磁阻尼、电磁驱动有何不同？
比较内容
电磁阻尼
电磁驱动
Fra Baidu bibliotek
成因
由于导体在磁场中运 由于磁场运动引起磁通量 动而产生感应电流 的变化而产生感应电流
安培力的方向与导体 导体受安培力的方向与导
不 效果 运动方向相反，阻碍物 体运动方向相同，推动导
同
体运动
体运动
点
能量 转化
导体克服安培力做功， 其他形式能转化为电 能，最终转化为内能
图 4－7－5 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 4－7－5 中 B 变大时，a、b 在固定光滑导轨上滑动
【答案】AB DE 【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．
【答案】AD 【解析】磁性小球通过金属圆管过程中，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．根据楞 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；磁性小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会 产生感应电流，小球仍然做自由落体运动，穿过塑料、胶木圆管 的时间比穿过金属圆管的时间短，故选 AD.
探究 1 涡流是怎样形成的？涡流中的能量如何转化？
1．涡流产生的条件：涡流的本质是电磁感应现象，与一般 导体或线圈的最大区别是金属块本身构成闭合回路，它同样遵守 电磁感应定律．同时因为整个导体回路中的电阻一般很小，所以 感应电流很大，就像水中的旋涡．
2．能量变化 伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能并最终在金属块 中转化为内能．如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化 为电能最终转化为内能，如果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．
同学们,前几节我们学习了电磁感应的有关规律，首先请大家 回顾一下有关知识，然后回答下面的几个问题：
1．如图所示，匀强磁场方向垂直于线圈平面，先后两次将 线圈从同一位置匀速地拉出有界磁场，第一次拉出时的速度为 v， 第二次拉出时的速度为 2v，这两次拉出线圈的过程中，下列说法 错误的是( )
A．线圈中的感应电流之比为 1∶2 B．线圈中产生的电热之比为 1∶2 C．施力的方向与速度方向相同， 外力的功率之比为 1∶2 D．流过线圈任一截面的电荷量之比为 1∶1
创新拓展
电磁感应问题中求热量的两种思路 1．若感应电流是恒定的，一般利用定义式 Q＝I2Rt 求解． 2．若感应电流是变化的，由能的转化与守恒定律求焦耳热(不 能取电流的平均值由 Q＝I2Rt 求解)． 既能用公式 Q＝I2Rt 求解，又能用能的转化与守恒定律求解 的，则可优先用能量转化与守恒定律求解．
新知梳理
一、涡流 1．概念：用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通 有变化的电流时，变化的电流会产生变化的__磁__场____，变化的 __磁__场____穿过___铁__芯___，整个铁芯会自成回路，产生感__应__电__流__， 这种电流看起来像水的旋涡，把这种电流叫做涡电流，简称涡流．
2．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______． 3．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． (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__块__硅__钢__铁芯．