高中物理4.7渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)第1頁(yè)1.渦流了解渦流是怎樣產(chǎn)生,了解渦流現(xiàn)象在日常生活和生產(chǎn)中應(yīng)用和危害。2.電磁阻尼

電磁驅(qū)動(dòng)了解什么是電磁阻尼,什么是電磁驅(qū)動(dòng)。了解電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)在日常生活和生產(chǎn)中應(yīng)用。第2頁(yè)1231.渦流(1)概念因?yàn)殡姶鸥袘?yīng),在導(dǎo)體中產(chǎn)生像水中旋渦樣感應(yīng)電流。(2)特點(diǎn)整塊金屬電阻很小,渦流往往很強(qiáng),產(chǎn)生熱量很多。(3)應(yīng)用①渦流熱效應(yīng)應(yīng)用:如真空冶煉爐。②渦流磁效應(yīng)應(yīng)用:如探雷器、安檢門(mén)。(4)預(yù)防電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)預(yù)防鐵芯中渦流過(guò)大而造成浪費(fèi)能量,損壞電器。①路徑一:增大鐵芯材料電阻率。②路徑二:用相互絕緣硅鋼片疊成鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。第3頁(yè)123結(jié)合感應(yīng)電流產(chǎn)生條件想一想,渦流產(chǎn)生條件是什么?提醒:因?yàn)闇u流本質(zhì)是感應(yīng)電流,所以產(chǎn)生條件也有兩個(gè),一是穿過(guò)金屬塊磁通量發(fā)生改變,二是金屬塊本身可自行組成閉合回路。第4頁(yè)1232.電磁阻尼(1)概念當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力方向總是妨礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。(2)應(yīng)用磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針快速停頓擺動(dòng),便于讀數(shù)。第5頁(yè)1233.電磁驅(qū)動(dòng)(1)概念磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力作用,安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)現(xiàn)象。(2)應(yīng)用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)中安培力所起作用相同嗎?為何?提醒:不一樣,因?yàn)殡姶抛枘嶂邪才嗔Ψ较蚺c導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反,是阻力,而在電磁驅(qū)動(dòng)中,安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同,是動(dòng)力。第6頁(yè)121.對(duì)渦流現(xiàn)象深入了解(1)能夠產(chǎn)生渦流兩種情況①把塊狀金屬放在改變磁場(chǎng)中。②讓塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。(2)能量轉(zhuǎn)化伴伴隨渦流現(xiàn)象,其它形式能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。假如金屬塊放在了改變磁場(chǎng)中,則磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;假如是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),則因?yàn)榭朔才嗔ψ龉?金屬機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。第7頁(yè)12比如:如圖所表示,在O點(diǎn)正下方有一個(gè)含有理想邊界磁場(chǎng),銅球在A點(diǎn)由靜止釋放向右擺至最高點(diǎn)B。不考慮空氣阻力,銅球也回不到原來(lái)高度,即A點(diǎn)一定高于B點(diǎn),這是什么原因呢?銅球由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)過(guò)程中,在穿進(jìn)穿出磁場(chǎng)兩個(gè)階段銅球中產(chǎn)生渦流,將銅球一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,最終產(chǎn)生了焦耳熱,所以銅球機(jī)械能減小,也就回不到原來(lái)高度了。第8頁(yè)12(3)渦流危害、預(yù)防及利用①渦流危害在各種電機(jī)、變壓器中,渦流是非常有害。首先它會(huì)使鐵芯溫度升高,從而危及線圈絕緣材料壽命,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使材料報(bào)廢;其次渦流發(fā)燒要消耗額外能量,使電機(jī)、變壓器效率降低。②渦流預(yù)防為了降低渦流,變壓器、電機(jī)里鐵芯不是由整塊鋼鐵制成,而是用薄薄硅鋼片疊合而成。首先硅鋼片電阻率比普通鋼鐵要大,從而降低損耗;另首先,每層硅鋼片之間都是絕緣,阻斷了渦流通路,深入降低了渦流發(fā)燒。計(jì)算表明:渦流損耗與硅鋼片厚度二次方成正比。第9頁(yè)12③渦流利用用來(lái)冶煉合金真空冶煉爐,爐外有線圈,線圈中經(jīng)過(guò)重復(fù)改變電流,爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生熱量使金屬熔化并到達(dá)很高溫度。利用渦流冶煉金屬優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程能在真空中進(jìn)行,這么就能預(yù)防空氣中雜質(zhì)進(jìn)入金屬,能夠冶煉高質(zhì)量合金。為了增大渦流,到達(dá)快速熔化金屬目標(biāo),在線圈中通入高頻交變電流,依據(jù)電磁感應(yīng)定律,電流改變快,得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就大,渦流就強(qiáng)。(4)渦流本質(zhì)在了解渦流時(shí),要注意渦流本質(zhì)上是因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)而產(chǎn)生,它產(chǎn)生依然符合感應(yīng)電流產(chǎn)生條件(有磁通量改變,詳細(xì)形式是有磁場(chǎng)改變或?qū)w切割磁感線),特殊之處于于感應(yīng)電流不是在線狀回路中產(chǎn)生,而是在塊狀金屬中產(chǎn)生。第10頁(yè)122.電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)比較第11頁(yè)12第12頁(yè)類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三類(lèi)型一對(duì)渦流了解【例題1】如圖所表示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬球從曲面上h高處滾下,又沿曲面另一側(cè)上升。設(shè)球初速度為零,摩擦不計(jì),則金屬球在另一側(cè)滾上高度

(選填“大于”“小于”或“等于”)h。

點(diǎn)撥:渦流產(chǎn)生條件有兩個(gè),一是穿過(guò)金屬球磁通量發(fā)生改變,二是金屬球必須是自行組成閉合回路。解析:因?yàn)榻饘偾蛱幱趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中,在從一側(cè)滾上另一側(cè)過(guò)程中,穿過(guò)金屬球磁通量沒(méi)發(fā)生改變,所以金屬球內(nèi)無(wú)渦流產(chǎn)生,也就沒(méi)有機(jī)械能損失,在另一側(cè)就能滾上原來(lái)高度。答案:等于第13頁(yè)類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三題后反思渦流本質(zhì)是感應(yīng)電流,緊緊圍繞感應(yīng)電流產(chǎn)生條件是處理這類(lèi)問(wèn)題關(guān)鍵。觸類(lèi)旁通例題1中若金屬球處于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,結(jié)論又會(huì)怎樣?答案:小于。因?yàn)榇藭r(shí)滾動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)金屬球磁通量發(fā)生改變,金屬球內(nèi)有渦流產(chǎn)生,最終轉(zhuǎn)化為金屬球焦耳熱。即金屬球機(jī)械能有損失,所以在另一側(cè)就滾不上原來(lái)高度。第14頁(yè)類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三類(lèi)型二電磁阻尼應(yīng)用【例題2】如圖所表示,彈簧上端固定,下端掛一只條形磁鐵,使磁鐵上下振動(dòng),磁鐵振動(dòng)幅度不變。若在振動(dòng)過(guò)程中把線圈靠近磁鐵,觀察磁鐵振幅將會(huì)發(fā)覺(jué)(

)A.S閉合時(shí)振幅逐步減小,S斷開(kāi)時(shí)振幅不變B.S閉合時(shí)振幅逐步增大,S斷開(kāi)時(shí)振幅不變C.S閉合或斷開(kāi),振幅改變相同D.S閉合或斷開(kāi),振幅都不發(fā)生改變第15頁(yè)類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三點(diǎn)撥:產(chǎn)生感應(yīng)電流過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。解析:S斷開(kāi)時(shí),磁鐵振動(dòng)穿過(guò)線圈磁通量發(fā)生改變,線圈中無(wú)感應(yīng)電流,振幅不變;S閉合時(shí)有感應(yīng)電流,有電能產(chǎn)生,磁鐵機(jī)械能越來(lái)越小,振幅逐步減小,選項(xiàng)A正確。答案:A題后反思渦流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)其實(shí)都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生電流都是感應(yīng)電流,依據(jù)楞次定律可知,妨礙過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。第16頁(yè)類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三類(lèi)型三電磁驅(qū)動(dòng)問(wèn)題分析【例題3】如圖所表示,兩個(gè)相同輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上,當(dāng)一條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí),兩環(huán)運(yùn)動(dòng)情況是(

)A.同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),間距變大B.同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),間距變小C.同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),間距變小D.同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),間距變大點(diǎn)撥:不論是電磁阻尼還是電磁驅(qū)動(dòng),都是因?yàn)閷?dǎo)體和磁體間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,活用楞次定律推廣含義是分析這類(lèi)問(wèn)題關(guān)鍵。第17頁(yè)類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三解析:本題考查了楞次定律和電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí),將使穿過(guò)兩環(huán)中磁通量都增加,依據(jù)楞次定律,兩環(huán)運(yùn)動(dòng)都要妨礙磁鐵相對(duì)環(huán)運(yùn)動(dòng),即妨礙“