高中物理选修3-2人教版4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动（24张PPT）
文档属性
| 名称 | 高中物理选修3-2人教版4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动（24张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 305.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-06 09:52:41 | ||
图片预览
文档简介
(共24张PPT)
第4章
电磁感应
第7节
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
知识点一 涡流
1．定义：用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通有
的电流时，变化的电流会产生变化的
，变化的磁场穿过
，整个铁芯会自成回路，产生
，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
。
(2)涡流磁效应的应用，如
。
变化
磁场
铁芯
感应电流
真空冶炼炉
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
。
(2)途径二：用互相绝缘的
叠成的铁芯代表整块硅钢
铁芯。
电阻率
硅钢片
[要
点
精
讲]
1．对涡流的理解：
(1)本质：电磁感应现象。
(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路。
(3)特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大。故金属块的发热功率很大。
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．产生涡流时的能量转化：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。例如，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。
名师点睛 部分同学在处理此题时误认为金属最终停在O点，原因是没有认识到金属块只在进出磁场时产生焦耳热，当金属块整体在磁场中运动时，不产生涡流，所以不损失机械能。
知识点二 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，
电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是
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。
2．电磁驱动
(1)定义：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到
的作用，使导体运动起来。
(2)应用：交流感应电动机。
感应
阻碍
安培力
[要
点
精
讲]
要点1 电磁阻尼的产生原理和应用
(1)产生：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安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。
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。
(2)应用举例：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数。由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼，以使线圈迅速稳定在所示值的位置。电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的。
【例2】
如图所示，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
( )
A．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是阻力，有时是动力
解析 磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁场在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确。
答案 C
名师点睛 电磁感应现象中感应电流所受的安培力总是阻碍导体和磁场间的相对运动。
要点2 对电磁驱动原理的分析
当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于如图所示的初始位置时，穿过线圈的磁通量为0，蹄形磁铁一转动，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。线圈转动的方向与磁铁转动的方向相同，但转速小于磁铁的转速，即同向异步。
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，线圈中产生交变电流，故选项C正确，选项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。如果两者的角速度相同，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，故选项A错误，选项B正确。
答案 BC
名师点睛 从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，否则就不是阻碍而是阻止。
课堂自测
1．下列关于涡流的说法正确的是( )
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
解析 涡流本质上是感应电流，是导体自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，选项A正确，选项B错误；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，选项C错误；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，选项D错误。
答案 A
2．关于电磁驱动，下列说法正确的是( )
A．磁场相对于导体转动时，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，这种作用称为电磁驱动
B．在电磁驱动的过程中，通过安培力做功使电能转化为导体的机械能
C．在电磁驱动中,主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相反
D．电磁驱动是由于磁场运动引起磁通量变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力的作用而运动
解析 根据电磁驱动的定义可知，选项A、B、D正确；在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相同，且被动部分的速度(或角速度)较小，选项C错误。
答案 ABD
3．关于电磁阻尼，下列说法正确的是( )
A．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称为电磁阻尼
B．磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来，从而便于读数
C．电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动
D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律
解析 根据电磁阻尼的定义知，选项A、B、C正确；电磁阻尼现象实质上是电磁感应现象，分析时不仅遵循楞次定律，同样也遵循法拉第电磁感应定律，选项D错误。
答案 ABC
4．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为B且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顺序
解析 乙环产生感应电流，机械能不断转化为内能，而甲环不产生感应电流，故乙环先停下来，选项B正确。
答案 B
第4章
电磁感应
第7节
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
知识点一 涡流
1．定义：用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通有
的电流时，变化的电流会产生变化的
，变化的磁场穿过
，整个铁芯会自成回路，产生
，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
。
(2)涡流磁效应的应用，如
。
变化
磁场
铁芯
感应电流
真空冶炼炉
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
。
(2)途径二：用互相绝缘的
叠成的铁芯代表整块硅钢
铁芯。
电阻率
硅钢片
[要
点
精
讲]
1．对涡流的理解：
(1)本质：电磁感应现象。
(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路。
(3)特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大。故金属块的发热功率很大。
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．产生涡流时的能量转化：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。例如，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。
名师点睛 部分同学在处理此题时误认为金属最终停在O点，原因是没有认识到金属块只在进出磁场时产生焦耳热，当金属块整体在磁场中运动时，不产生涡流，所以不损失机械能。
知识点二 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，
电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是
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。
2．电磁驱动
(1)定义：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到
的作用，使导体运动起来。
(2)应用：交流感应电动机。
感应
阻碍
安培力
[要
点
精
讲]
要点1 电磁阻尼的产生原理和应用
(1)产生：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安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。
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。
(2)应用举例：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数。由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼，以使线圈迅速稳定在所示值的位置。电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的。
【例2】
如图所示，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
( )
A．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是阻力，有时是动力
解析 磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁场在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确。
答案 C
名师点睛 电磁感应现象中感应电流所受的安培力总是阻碍导体和磁场间的相对运动。
要点2 对电磁驱动原理的分析
当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于如图所示的初始位置时，穿过线圈的磁通量为0，蹄形磁铁一转动，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。线圈转动的方向与磁铁转动的方向相同，但转速小于磁铁的转速，即同向异步。
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，线圈中产生交变电流，故选项C正确，选项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。如果两者的角速度相同，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，故选项A错误，选项B正确。
答案 BC
名师点睛 从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，否则就不是阻碍而是阻止。
课堂自测
1．下列关于涡流的说法正确的是( )
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
解析 涡流本质上是感应电流，是导体自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，选项A正确，选项B错误；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，选项C错误；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，选项D错误。
答案 A
2．关于电磁驱动，下列说法正确的是( )
A．磁场相对于导体转动时，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，这种作用称为电磁驱动
B．在电磁驱动的过程中，通过安培力做功使电能转化为导体的机械能
C．在电磁驱动中,主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相反
D．电磁驱动是由于磁场运动引起磁通量变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力的作用而运动
解析 根据电磁驱动的定义可知，选项A、B、D正确；在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相同，且被动部分的速度(或角速度)较小，选项C错误。
答案 ABD
3．关于电磁阻尼，下列说法正确的是( )
A．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称为电磁阻尼
B．磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来，从而便于读数
C．电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动
D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律
解析 根据电磁阻尼的定义知，选项A、B、C正确；电磁阻尼现象实质上是电磁感应现象，分析时不仅遵循楞次定律，同样也遵循法拉第电磁感应定律，选项D错误。
答案 ABC
4．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为B且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顺序
解析 乙环产生感应电流，机械能不断转化为内能，而甲环不产生感应电流，故乙环先停下来，选项B正确。
答案 B