高中物理 第4章 电磁感应 第7节 涡流 电磁阻尼和电磁驱动教案 新人教版选修3

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1、第7节　涡流　电磁阻尼和电磁驱动要点一涡流是怎样形成的？什么情况下产生涡流？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．可以产生涡流的两种情况(1)把块状金属放在变化的磁场中．(2)让块状金属进出磁场或者在非匀强磁场中运动．3．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

2、，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．要点二电磁阻尼、电磁驱动中感应电流的成因有何区别？安培力的效果有何不同，能量转化情况有何不同？1．电磁阻尼是由于导体在磁场中运动而产生感应电流；电磁驱动则是由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流．2．电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动；电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动．3．电磁阻尼中克服安培力做功．其他形式的能转化为电能最终转化为内能；电磁驱动中由于电磁感应，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.　　一、电磁驱动与磁悬浮列车的关系

3、磁悬浮列车是利用超导体产生抗磁作用使列车向上浮起而离开轨道，利用周期性地变换磁极方向产生运动的磁场，从而使车获得推动力．磁悬浮列车是目前世界上技术最先进、已经投入使用阶段的新型列车，具有的优点有：①速度高，时速可在500km以上；②安全、平衡、舒适；③列车与轨道间冲击小，寿命长，节能；④基本上无噪音和空气污染．二、电磁驱动的原因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4－7－2所示的初始状态时，图4－7－2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

4、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.一、涡流的利用【例1】如图4－7－3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，而工件其它部分发热很少，以下说法正确的是(　　)图4－7－3A．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

5、处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大解析　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．答案　AD二、电磁驱动【例2】如图4－7－4所示，图4－7－4蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕OO′轴转动，线圈的运动情况是(　　)A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速D．线圈静止不动解析　当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向

6、与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁铁的转速．答案　C1.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　涡流就是一种感应电流，同样是由于磁通量的变化产生的．2．如图4－7－5所示，图4－7－5在O点正下方有一个具有理想边界的方形磁场，铜球在A点由静止释放，向右摆到最高点B，不考虑空气及摩擦阻力，则下列说法正确的是(　　)A．A、B两点在同一水平面上B．A点高于

7、B点C．A点低于B点D．铜球将做等幅摆动答案　B解析　铜球在进入和穿出磁场的过程中，穿过金属球的磁通量发生变化，球中产生涡流，进而产生焦耳热，因此球的机械能减少，故A点高于B点．3．如图4－7－6所示，图4－7－6在光滑绝缘水平面上，有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，则小球(　　)A．整个过程匀速运动B．进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程做加速运动C．整个过程都做匀减速运动D．穿出时的速度一定小于初速度答案　D解析　小球进出磁场时