1、第七节涡流、电磁阻尼和电磁驱动第七节涡流、电磁阻尼和电磁驱动学习目标：学习目标：1.了解涡流产生的原理，涡流的防止和应用了解涡流产生的原理，涡流的防止和应用2了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用3提高学习兴趣，培养用理论知识解决实际问题的能力提高学习兴趣，培养用理论知识解决实际问题的能力重点难点：重点难点：1.涡流产生机理涡流产生机理2用理论知识解决实际问题的能力用理论知识解决实际问题的能力新知初探自主学习新知初探自主学习一、涡流一、涡流自主探究自主探究1.涡流的产生涡流的产生图图471如图如图471所示，线圈中变化的电流将产生所示，线圈中变化的电流将产生_的磁场，金属
2、导体中的磁通量的磁场，金属导体中的磁通量_而产生感应电流而产生感应电流2.涡流产生的热量与哪些因素有关涡流产生的热量与哪些因素有关金属的电阻率越小，导体的电阻越小，感应金属的电阻率越小，导体的电阻越小，感应电流越电流越_，由焦耳定律，由焦耳定律QI2Rt知，产生知，产生的热量越的热量越_变化变化发生变化发生变化大大多多成功发现成功发现1.涡流：由于电磁感应，在导体中产生的像水涡流：由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流中旋涡样的感应电流.2.本质：本质：_现象现象.3.特点：若金属的电阻很小，涡流往往很大，特点：若金属的电阻很小，涡流往往很大，产生的热量产生的热量_4.应用与防止应
3、用与防止（1）应用：）应用：涡流热效应的应用：如涡流热效应的应用：如_.涡流磁效应的应用：如涡流磁效应的应用：如_、_.电磁感应电磁感应很多很多冶炼炉冶炼炉探雷器探雷器安检门安检门（2）防止：电动机、变压器等设备中应防止铁）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，损坏电器芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器.防止防止措施：措施：增大铁芯材料的电阻率；增大铁芯材料的电阻率；用相互绝用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯.二、电磁阻尼二、电磁阻尼自主探究自主探究电表线圈骨架的作用电表线圈骨架的作用如图如图472所示，线圈所受安培力方
4、向向所示，线圈所受安培力方向向_，起阻碍线圈运动的作用，起阻碍线圈运动的作用如图如图473所示，指针向右转动，铝框中的所示，指针向右转动，铝框中的感应电流沿逆时针感应电流沿逆时针(从上向下看从上向下看)，铝框右边所，铝框右边所受安培力方向向上，左边所受安培力方向向受安培力方向向上，左边所受安培力方向向下，对铝框转动起阻碍作用，使铝框较快停下，对铝框转动起阻碍作用，使铝框较快停下来下来上上图图472图图473成功发现成功发现1.电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到的安培力总是流使导体受到的安培力总是_导体运动导体运动的现象的现象.2.应用：磁电
5、式仪表中利用电磁阻尼使指针迅应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数速停下来，便于读数.阻碍阻碍三、电磁驱动三、电磁驱动自主探究自主探究实验现象：如图实验现象：如图474所示，转动磁铁，铝所示，转动磁铁，铝框跟着磁铁转动起来框跟着磁铁转动起来分析论证：磁铁转动时，分析论证：磁铁转动时，铝框中产生感应电流，铝框中产生感应电流，铝框受安培力作用而转动铝框受安培力作用而转动 图图474成功发现成功发现1电磁驱动：磁场相对于导体运动时，导体电磁驱动：磁场相对于导体运动时，导体中会产生中会产生_，使导体在安培力作用，使导体在安培力作用下下_的现象的现象2应用：交流感应电动机应用：交流感应
6、电动机感应电流感应电流运动起来运动起来要点探究讲练互动要点探究讲练互动要点要点1对涡流的理解对涡流的理解本质本质电磁感应现象电磁感应现象条件条件穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属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块本身可自行构成闭合回路特点特点整个导体回路的电阻一般很小，感应电流整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大很大能量转化能量转化伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能，最终在金属块中转化为内能能，最终在金属块中转化为内能高频焊接原理示意图，如图高频焊接原理示意图，如图475所所示，线圈通过高频交流电，金属工件的焊缝示，线圈
7、通过高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要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使焊接处产生的热量较大可采用()图图475例例1A增大交变电流的电压增大交变电流的电压B增大交变电流的频率增大交变电流的频率C增大焊接缝的接触电阻增大焊接缝的接触电阻D减小焊接缝的接触电阻减小焊接缝的接触电阻【精讲精析精讲精析】逐项分析如下逐项分析如下选项选项诊断诊断结结论论C在交变电压和频率相同的条件下，产在交变电压和频率相同的条件下，产生的感应电动势相同增大焊接缝处生的感应电动势相同增大焊接缝处的接触电阻，接触电阻处的电压、功的接触电阻，接触电阻处的电压、功
8、率分配就越大，产生的热量就会越大率分配就越大，产生的热量就会越大.D减小焊接缝处的接触电阻，由减小焊接缝处的接触电阻，由C选项选项分析知热量不会增大分析知热量不会增大.【答案答案】ABC【规律总结规律总结】涡流是整块导体发生的电磁涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守发生电磁感应现象的规感应现象，同样遵守发生电磁感应现象的规律律变式训练变式训练1.(2012唐山一中高二检测唐山一中高二检测)下列应用中哪些与下列应用中哪些与涡流有关涡流有关()A高频感应冶炼炉高频感应冶炼炉B汽车的电磁式速度表汽车的电磁式速度表C家用电度表家用电度表(转盘式转盘式)D闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线闭合线
9、圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流产生的电流解析：选解析：选ABC.真空冶炼炉的炉外围通入反复真空冶炼炉的炉外围通入反复变化的电流，则炉内的金属中会产生涡流；变化的电流，则炉内的金属中会产生涡流；汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流，家用电度表铝框骨架中产生涡流，家用电度表(转盘式转盘式)的的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，产生感应电流，不同于涡流，D错误错误要点要点2电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁阻尼电磁驱动电磁驱动不不同同点点成
10、成因因由于导体在磁场中由于导体在磁场中运动而产生感应电运动而产生感应电流，从而使导体受流，从而使导体受到安培力到安培力由于磁场运动引起磁由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感通量的变化而产生感应电流，从而使导体应电流，从而使导体受到安培力受到安培力效效果果安培力的方向与导安培力的方向与导体运动方向相反，体运动方向相反，阻碍物体运动阻碍物体运动导体受安培力的方向导体受安培力的方向与导体运动方向相同，与导体运动方向相同，推动导体运动推动导体运动电磁阻尼电磁阻尼电磁驱动电磁驱动不不同同点点能量能量转化转化导体克服安培力导体克服安培力做功，其他形式做功，其他形式能转化为电能，能转化为电能，最终转化为内能
11、最终转化为内能由于电磁感应，磁由于电磁感应，磁场能转化为电能，场能转化为电能，通过安培力做功，通过安培力做功，电能转化为导体的电能转化为导体的机械能，而对外做机械能，而对外做功功相同点相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次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的导体与磁场间的相对运动.特别提醒：特别提醒：电磁阻尼、电磁驱动现象中安培电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的效果阻碍相对运动，应注意电磁驱动中力的效果阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体的运动速度仍要小于磁场阻碍的结果，导体的运动速度仍要小于磁场的运
12、动速度的运动速度(2012中山一中高二检测中山一中高二检测)位于光滑水平位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长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水平穿过，如的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图图476所示，在此过程中所示，在此过程中()A磁铁做匀速直线运动磁铁做匀速直线运动B磁铁做减速运动磁铁做减速运动C小车向右做加速运动小车向右做加速运动D小车先加速后减速小车先加速后减速图图476例例2【思路点拨思路点拨】本题为电磁驱动，可由楞次定本题为电磁驱动，可由楞次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律判断律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律判断运动情况运
13、动情况【精讲精析精讲精析】磁铁水平穿入螺线管时，管中磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的扩展含义知产将产生感应电流，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动同理，磁铁生的相互作用力阻碍磁铁的运动同理，磁铁穿出时，由楞次定律的扩展含义知产生的相互穿出时，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁作用力阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项做减速运动，选项B是正确的是正确的而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力线管受到的安培力都是水平向右，这个安
14、培力使小车向右运动，且一直做加速运动，使小车向右运动，且一直做加速运动，C对对【答案答案】BC【规律总结规律总结】无论是导体运动，还是磁场运无论是导体运动，还是磁场运动，电磁感应现象中感应电流所受安培力总是动，电磁感应现象中感应电流所受安培力总是阻碍导体和磁场间发生相对运动阻碍导体和磁场间发生相对运动变式训练变式训练2.图图477弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁弹簧上端固定，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，如图程中把线圈靠近磁铁，如图477所示，观所示，观察磁铁的振幅将会发现察磁铁的振幅将会发现(
15、)AS闭合时振幅逐渐减小，闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变断开时振幅不变BS闭合时振幅逐渐增大，闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变断开时振幅不变CS闭合或断开，振幅变化相同闭合或断开，振幅变化相同DS闭合或断开，振幅都不发生变化闭合或断开，振幅都不发生变化解析：选解析：选A.S断开时，磁铁振动时穿过线圈的磁通断开时，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；量发生变化，但线圈中无感应电流，故振幅不变；S闭合时，有感应电流，有电能产生，磁铁的机械闭合时，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，故能越来越少，振幅逐渐减小，故A正确正确.热点示例创
16、新拓展热点示例创新拓展涡流现象中的能量守恒涡流现象中的能量守恒不论是什么原因引起的涡流，其他能量最终都不论是什么原因引起的涡流，其他能量最终都转化为内能，以焦耳热的形式释放出来，在此转化为内能，以焦耳热的形式释放出来，在此过程中遵守能量守恒定律过程中遵守能量守恒定律经典案例经典案例图图478光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图478所示，抛物线的方程是所示，抛物线的方程是yx2，下半部，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是边界是ya的直线的直线(图中的虚线所示图中的虚线所示)，一个小，一个小金属块从抛物面上金属块从抛物面上yb(ba)处以速度处以速度v沿抛物沿抛物面下滑，假设抛物面足够长，小金属块沿抛面下滑，假设抛物面足够长，小金属块沿抛物面下滑后产生的焦耳热总量是物面下滑后产生的焦耳热总量是()【答案答案】D【规律总结规律总结】小金属块在进出磁场的过程小金属块在进出磁场的过程中，磁通量发生变化，会产生涡流，机械能中，磁通量发生变化，会产生涡流，机械能转化为内能但在匀强磁场中运动时，磁通转化为内能但在匀强磁场中运动时，磁通量不变，不产生涡流，机械能守恒量不变，不产生涡流，机械能守恒
