《4.7_涡流_电磁阻尼_电磁驱动(习题课)》(选修3-2)

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1、第1页 第1页 共 51 页 一、对涡流的理解、应用：一、对涡流的理解、应用：1 1、定义：、定义：变化的磁场中变化的磁场中任何任何块状金属都会产生像水的漩涡块状金属都会产生像水的漩涡一样的感应电流一样的感应电流-叫做涡电流，简称涡流叫做涡电流，简称涡流. .2 2、应用、应用 (1)(1)真空冶炼炉真空冶炼炉 (2)(2)电磁炉电磁炉(3)(3)金属探测器金属探测器 变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是由许多相变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是由许多相互绝缘的互绝缘的电阻率很大电阻率很大的薄硅钢片叠合而成。的薄硅钢片叠合而成。第2页 第2页 共 51 页 典例分析：典例分析： 一一

2、 有关涡流的应用有关涡流的应用例例1:1:如图所示如图所示, ,在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别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放一小铁锅水和一玻璃杯水. .给线圈通入电流给线圈通入电流, ,一段时间后一段时间后, ,一个容器中水温升高一个容器中水温升高, ,则通入的电流与水温升高的是则通入的电流与水温升高的是( )( )A.A.恒定直流、小铁锅恒定直流、小铁锅B.B.恒定直流恒定直流 玻璃杯玻璃杯C.C.变化的电流变化的电流 小铁锅小铁锅D.D.变化的电流变化的电流 玻璃杯玻璃杯C巩固练习巩固练习1:1:下列器具的工作原理与涡流有关的是下列器具的工作原理与涡流

3、有关的是( )( )A.家用电磁炉家用电磁炉B.家用微波炉家用微波炉C.变压器的铁芯用多块硅钢片粘在一起变压器的铁芯用多块硅钢片粘在一起D.风扇转动时扇页与空气摩擦发热风扇转动时扇页与空气摩擦发热AC涡流的利用。涡流的利用。微波的利用。微波的利用。涡流的防止。涡流的防止。摩擦生热。摩擦生热。第4页 第4页 共 51 页 二、对电磁阻尼的理解、应用：二、对电磁阻尼的理解、应用：1.1.定义：定义：当导体在磁场中运动时当导体在磁场中运动时, ,感应电流会使导体受到安感应电流会使导体受到安培力培力, ,安培力的方向总是阻碍导体的运动安培力的方向总是阻碍导体的运动-电磁阻尼电磁阻尼 (1) (1) 用

4、用铝框铝框做线圈骨架。做线圈骨架。(2)(2)微安表的表头在运输时把两个接线柱连在一起。微安表的表头在运输时把两个接线柱连在一起。2 2、应用：、应用：例例2:2:如图所示如图所示,弹簧上端固定弹簧上端固定,下端悬挂一根磁铁下端悬挂一根磁铁.将磁铁托起到某将磁铁托起到某一高度后放开一高度后放开,磁铁能上下振动较长时间才停下来磁铁能上下振动较长时间才停下来.如果在磁铁下如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈端放一个固定的闭合线圈,使磁铁上下振动时穿过它使磁铁上下振动时穿过它,磁铁就会很磁铁就会很快地停下来快地停下来,解释这个现象解释这个现象,并说明此现象中能量转化的情况并说明此现象中能量转化的情况.

5、解析解析: :当磁铁穿过固定的闭合线圈时当磁铁穿过固定的闭合线圈时, ,在闭合线圈在闭合线圈中会产生感应电流中会产生感应电流, ,感应电流的磁场会阻碍磁铁感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开和线圈靠近或离开, ,也就使磁铁振动时除了受空也就使磁铁振动时除了受空气阻力外气阻力外, ,还有线圈的磁场力作为阻力还有线圈的磁场力作为阻力, ,克服阻力克服阻力需要做的功较多需要做的功较多, ,弹簧振子的机械能损失较快弹簧振子的机械能损失较快, ,因因而会很快停下来而会很快停下来. .巩固练习巩固练习2:2:如右图所示如右图所示, ,金属球金属球( (铜球铜球) )下端有通电的线下端有通电的线圈圈,

6、,今把小球拉离平衡位置后释放今把小球拉离平衡位置后释放, ,此后关于小球的运动此后关于小球的运动情况是情况是( (不计空气阻力不计空气阻力)( )( )A.A.小球将永远运动下去小球将永远运动下去B.B.小球受到电磁阻尼作小球受到电磁阻尼作用最终停止运动用最终停止运动C.C.小球受到电磁力小球受到电磁力, ,运动运动越来越剧烈越来越剧烈D.D.无法判定无法判定B B第8页 第8页 共 51 页 三、对电磁驱动的理解、应用：三、对电磁驱动的理解、应用：1.1. 定义：定义：如果磁场相对于导体运动时如果磁场相对于导体运动时, ,在导体中会产生感应电在导体中会产生感应电流流, ,感应电流使导体受到安

7、培力的作用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。安培力使导体运动起来。2.2. 应用：应用：交流感应电动机。交流感应电动机。例例3:3:位于光滑水平面的小车上放置一螺线管位于光滑水平面的小车上放置一螺线管, ,一个一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过过, ,如图所示如图所示, ,在此过程中在此过程中( )( )A.A.磁铁做匀速直线运磁铁做匀速直线运动动B.B.磁铁做减速运动磁铁做减速运动C.C.小车向右做加速运小车向右做加速运动动D.D.小车先加速后减速小车先加速后减速BC巩固练习巩固练习3:3:如右图所示如右图所示,

8、 ,蹄形磁铁的两极之间放置一个线蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈圈abcdabcd, ,磁铁和线圈都可以绕磁铁和线圈都可以绕OOOO轴转动轴转动, ,当磁铁按图示当磁铁按图示方向绕方向绕OOOO轴转动轴转动, ,线圈的运动情况是线圈的运动情况是( )( )A.A.俯视俯视, ,线圈顺时针转动线圈顺时针转动, ,转速转速与磁铁相同与磁铁相同B.B.俯视俯视, ,线圈逆时针转动线圈逆时针转动, ,转速转速与磁铁相同与磁铁相同C.C.线圈与磁铁转动方向相同线圈与磁铁转动方向相同, ,但转速小于磁铁的转速但转速小于磁铁的转速D.D.线圈静止不动线圈静止不动C第11页 第11页 共 51 页 1 1、区别

9、：电磁阻尼是导体相对于磁场的运、区别：电磁阻尼是导体相对于磁场的运动动; ; 电磁驱动是磁场相对于导体的运动电磁驱动是磁场相对于导体的运动. .电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系：电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系：小结：小结：2 2、联系：安培力的作用都是阻碍导体与磁、联系：安培力的作用都是阻碍导体与磁场间的相对运动。场间的相对运动。1.1.下列应用哪些与涡流有关下列应用哪些与涡流有关( )( )A.A.高频感应冶炼炉高频感应冶炼炉B.B.汽车的电磁式速度表汽车的电磁式速度表C.C.家用转盘式电度表家用转盘式电度表D.D.闭合线圈在匀强磁场中转动闭合线圈在匀强磁场中转动, ,切割切割磁感线产生的电流

10、磁感线产生的电流ABC巩固基础巩固基础课后巩固提升课后巩固提升整块金属整块金属部分导体部分导体整块金属中的感应电流整块金属中的感应电流2.2.如图所示如图所示, ,闭合金属环从高闭合金属环从高h h的曲面滚下的曲面滚下, ,又沿曲面的又沿曲面的另一侧上升另一侧上升, ,设闭合环初速为零设闭合环初速为零, ,摩擦不计摩擦不计, ,则则( )( )A.A.若是匀强磁场若是匀强磁场, ,环滚上的高环滚上的高度小于度小于h hB.B.若是匀强磁场若是匀强磁场, ,环滚上高度环滚上高度等于等于h hC.C.若是非匀强磁场若是非匀强磁场, ,环滚上的环滚上的高度等于高度等于h hD.D.若是非匀强磁场若是

11、非匀强磁场, ,环滚上的环滚上的高度小于高度小于h hBD3.3.下列做法中可能产生涡流的是下列做法中可能产生涡流的是( )( )A.A.把金属块放在匀强磁场中把金属块放在匀强磁场中B.B.让金属块在匀强磁场中匀速运动让金属块在匀强磁场中匀速运动C.C.让金属块在匀强磁场中做变速运动让金属块在匀强磁场中做变速运动D.D.把金属块放在变化的磁场中把金属块放在变化的磁场中D4.4.如右图所示如右图所示, ,在在O O点正下方有一个具有理想边界点正下方有一个具有理想边界的磁场的磁场, ,铜环在铜环在A A点由静止释放点由静止释放, ,向右摆至最高点向右摆至最高点B,B,不考虑空气阻力不考虑空气阻力,

12、 ,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( )( )A. AA. A B B两点在同一水平两点在同一水平线上线上B. AB. A点高于点高于B B点点C. AC. A点低于点低于B B点点D.D.铜环将做等幅摆动铜环将做等幅摆动B5.5.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线, ,如右图所示如右图所示, ,抛物线抛物线的方程是的方程是y=xy=x2 2, ,下半部处在一个水平方向的匀强磁场中下半部处在一个水平方向的匀强磁场中, ,磁场的磁场的上边界是上边界是y=ay=a的直线的直线( (图中的虚线所示图中的虚线所示),),一个小金属块从抛物一个小金属块从抛物线上线上y

13、=b(by=b(ba)a)处以速度处以速度v v沿抛物线下滑沿抛物线下滑, ,假设抛物线足够长假设抛物线足够长, ,金金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是( )( )1212A.mgbA.mgbB.B. mvmv2 2C.mg(b-a)C.mg(b-a)D.mg(bD.mg(b-a)+ mv-a)+ mv2 2D6.6.磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架, ,把线把线圈绕在铝框上圈绕在铝框上, ,这样做的目的是这样做的目的是( )( )A.A.防止涡流而设计的防止涡流而设计的B.B.利用涡流而设计的利用涡流而设计的C.C.起电

14、磁阻尼的作用起电磁阻尼的作用D.D.起电磁驱动的作用起电磁驱动的作用BC提升能力提升能力7.7.下图是高频焊接原理示意图下图是高频焊接原理示意图, ,线圈中通以高频交流电时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待焊接的金属工件中就产生感应电流, ,由于焊缝处的接触由于焊缝处的接触电阻很大电阻很大, ,放出的焦耳热很多放出的焦耳热很多, ,致使温度升得很高致使温度升得很高, ,将金属将金属熔化熔化, ,焊接在一起焊接在一起. .我国生产的自行车车架就是用这种办我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的法焊接的. .试定性地说明试定性地说明: :为什么交变电流的频率越高为什么交

15、变电流的频率越高, ,焊焊缝处放出的热量越多缝处放出的热量越多. .解析解析: :交变电流的频率越高交变电流的频率越高, ,它产生的磁场的变化就它产生的磁场的变化就越快越快. .根据法拉第电磁感应定律根据法拉第电磁感应定律, ,在待焊接工件中在待焊接工件中产生的感应电动势就越大产生的感应电动势就越大, ,感应电流就越大感应电流就越大, ,而放而放出的热量与电流的平方成正比出的热量与电流的平方成正比, ,与通电导体的电阻与通电导体的电阻成正比成正比, ,而焊接处电阻较大产生的热量更多而焊接处电阻较大产生的热量更多, ,所以所以交变电流的频率越高交变电流的频率越高, ,焊缝处放出的热量越多焊缝处放

16、出的热量越多. .8.8.在用车辆长途运输微安表时在用车辆长途运输微安表时, ,常用导线把微安表常用导线把微安表的两个接线柱连在一起的两个接线柱连在一起, ,这是什么道理这是什么道理? ?答案答案: :在长途运输时在长途运输时, ,表壳会经常晃动表壳会经常晃动, ,指针左指针左右摆动很厉害右摆动很厉害, ,易损坏表针易损坏表针, ,用导线把微安表用导线把微安表两接线柱连在一起两接线柱连在一起, ,就形成了闭合回路就形成了闭合回路, ,产生产生感应电流从而阻碍它们的相对运动感应电流从而阻碍它们的相对运动, ,这样表针这样表针的摆动幅度会大大减小的摆动幅度会大大减小, ,能保护电表能保护电表. .

17、9.9.在爱国主义教育影片在爱国主义教育影片地雷战地雷战中中, ,有鬼子有鬼子拿着探雷器探测地雷的镜头拿着探雷器探测地雷的镜头, ,你知道探雷器你知道探雷器是利用什么原理工作的吗是利用什么原理工作的吗? ?答案答案: :探雷器是利用涡流工作的探雷器是利用涡流工作的, ,它的组成主要是它的组成主要是一个长柄线圈一个长柄线圈, ,线圈中通有变化的电流线圈中通有变化的电流, ,线圈贴着线圈贴着地面移动地面移动, ,如果地下埋有金属物品如果地下埋有金属物品, ,金属中就会感金属中就会感应出涡流应出涡流, ,涡流的磁场反过来会影响线圈中的电流涡流的磁场反过来会影响线圈中的电流, ,使探雷器发出警报声使探

18、雷器发出警报声, ,这种探雷器只能探测金属地这种探雷器只能探测金属地雷或有较大金属部件的地雷雷或有较大金属部件的地雷, ,像像地雷战地雷战中的石中的石头地雷它是探测不到的头地雷它是探测不到的. .10.10.如图所示如图所示, ,质量质量m=100 gm=100 g的铝环的铝环, ,用细线悬挂起来用细线悬挂起来, ,环中央距环中央距地面高度地面高度h=0.8 m,h=0.8 m,有一质量为有一质量为M=200 gM=200 g的小磁铁的小磁铁( (长度可忽长度可忽略略),),以以10 m/s10 m/s的水平速度射入并穿过铝环的水平速度射入并穿过铝环, ,落地点距铝环原落地点距铝环原来位置的水

19、平距离为来位置的水平距离为3.6 m,3.6 m,则磁铁与铝环发生相互作用时则磁铁与铝环发生相互作用时( (小磁铁穿过铝环后的速度看做平抛运动小磁铁穿过铝环后的速度看做平抛运动).).(1)(1)铝环向哪边偏斜铝环向哪边偏斜? ?(2)(2)若铝环在磁铁穿过后速度为若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s2 m/s, ,在磁在磁铁穿过铝环的整个过程中铁穿过铝环的整个过程中, ,环中产生了环中产生了多少电能多少电能?(g=10 m/s?(g=10 m/s2 2) )(1)铝环向右偏铝环向右偏(2)1.7 J(2)1.7 J(2)由能量守恒可得由能量守恒可得:系统损失的机械能产生了电能系统损失的机械能产生了电能.E电电= Mv20- mv2- Mv21其中其中v1为穿过铝环后小磁铁的水平速度为穿过铝环后小磁铁的水平速度,由平抛运动的知识得由平抛运动的知识得h= gt2 L=v1 t解得解得v1= =9 m/s则则E电电=1.7 J.121212122lhg