高二物理人教版選修32渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

1、.渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)重/難點(diǎn)重點(diǎn)：1渦流的概念及其應(yīng)用。2電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。難點(diǎn)：電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。 重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在導(dǎo)體內(nèi)自成閉合回路，很像水中的旋渦，把它叫做渦電流，簡(jiǎn)稱渦流。用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈，線圈中通入反復(fù)變化的電流，爐內(nèi)的金屬中就產(chǎn)生渦流。難點(diǎn)分析：電磁阻尼在實(shí)際中有很多應(yīng)用，課本上講的使電學(xué)儀表的指針很快的停下來，就是電磁阻尼作用。電磁阻尼還常用于電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)器中。假如磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力

2、使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來，這種作用叫做電磁驅(qū)動(dòng)。打破策略一、渦流及其應(yīng)用渦流是在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，而且穿過回路的磁通量必須是變化的，如電磁爐的原理。金屬探測(cè)利用了渦流的磁效應(yīng)。例1如下圖，在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，一段時(shí)間后，一個(gè)容器中水溫升高，那么通入的電流與水溫升高的是A恒定直流、小鐵鍋B恒定直流、玻璃杯C變化的電流、小鐵鍋D變化的電流、玻璃杯解析：通入恒定直流時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不變，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高；渦流是由變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生

3、的，所以玻璃杯中的水不會(huì)升溫。例2機(jī)場(chǎng)的安檢門可以利用渦流探測(cè)人身上攜帶的金屬物品，安檢門中接有線圈，線圈中通以交變電流，關(guān)于其工作原理，以下說法正確的選項(xiàng)是A人身上攜帶的金屬物品會(huì)被地磁場(chǎng)磁化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流B人體在線圈交變電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并在金屬物品中產(chǎn)生感應(yīng)電流C線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流D金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流解析：一般金屬物品不一定能被磁化，且地磁場(chǎng)很弱，即使金屬被磁化磁性也很弱，作為導(dǎo)體的人體電阻很大，且一般不會(huì)與金屬物品構(gòu)成回路，故A、B錯(cuò)誤；安檢門利用渦流探測(cè)金屬物品的工作原理是：線圈中交變電流產(chǎn)

4、生交變磁場(chǎng)，使金屬物品中產(chǎn)生渦流，故C正確；該渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，而線圈中交變電流的變化可以被檢測(cè)，故D項(xiàng)正確。二、電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流受到安培力的作用阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，即安培力為電磁阻尼的阻力。防止電磁阻尼的途徑為阻止或減弱渦流的產(chǎn)生。例3有一個(gè)銅盤，輕輕撥動(dòng)它，能長(zhǎng)時(shí)間地繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。假如在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤邊緣，但并不與銅盤接觸，如下圖，銅盤就能在較短時(shí)間內(nèi)停頓轉(zhuǎn)動(dòng)，分析這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。解析：銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)假如加上磁場(chǎng)，那么在銅盤中產(chǎn)生渦流，磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)渦流的作用力阻礙它的轉(zhuǎn)動(dòng)，故在較短的時(shí)間內(nèi)銅盤停頓轉(zhuǎn)動(dòng)。例4. 如下圖，是稱為阻尼擺

5、的示意圖，在輕質(zhì)桿上固定一金屬薄片，輕質(zhì)桿可繞上端O點(diǎn)為軸在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，一有界磁場(chǎng)垂直于金屬薄片所在的平面。使擺從圖中實(shí)線位置釋放，擺很快就會(huì)停頓擺動(dòng)；假設(shè)將擺改成梳齒狀，還是從同一位置釋放，擺會(huì)擺動(dòng)較長(zhǎng)的時(shí)間。試定性分析其原因。解析：第一種情況下，阻尼擺進(jìn)入有界磁場(chǎng)后，在金屬薄片中會(huì)形成渦流，渦流使金屬薄片受安培力的作用，阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以會(huì)很快停下來；第二種情況下，將金屬擺改成梳齒狀，阻斷了渦流形成的回路，從而減弱了渦流，受到安培力的阻礙會(huì)比先前小得多，所以會(huì)擺動(dòng)較長(zhǎng)的時(shí)間。三、電磁驅(qū)動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是渦流受到的安培力。發(fā)生電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)

6、電流受到安培力作用而使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來。例5如下圖，讓一金屬圓盤接近磁鐵的兩極，但不接觸，使磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“電磁驅(qū)動(dòng)，請(qǐng)你說明電磁驅(qū)動(dòng)的原理解析：當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤上不同位置的磁通量發(fā)生變化，因此圓盤中會(huì)有渦流形成，該渦流的磁場(chǎng)阻礙磁通量的變化，使圓盤隨著磁鐵一起轉(zhuǎn)動(dòng)，但圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度比磁鐵慢。例6位于光滑程度面的小車上放置一螺線管，一個(gè)比螺線管長(zhǎng)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v程度穿過，如下圖，在此過程中A磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng)B磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)C小車向右做加速運(yùn)動(dòng)D小車先加速后減速解析：磁鐵程度穿入螺線管時(shí)，管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律的擴(kuò)展知產(chǎn)生的互相作用力阻礙磁

7、鐵的運(yùn)動(dòng)。同理，磁鐵穿出時(shí)產(chǎn)生的互相作用力也阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)，故整個(gè)過程中，磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B是正確的。而對(duì)于小車上螺線管來說，在此過程中，螺線管受到的安培力都是程度向右，這個(gè)安培力使小車向右運(yùn)動(dòng)，且一直做加速運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)對(duì)。四、方法技巧練渦流能量問題的處理技巧：渦流損耗了機(jī)械能或其他形式的能。例7彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵。將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間才停下來。如下圖，假如在磁鐵下端放個(gè)固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過它，磁鐵就會(huì)很快地停下來，解釋這個(gè)現(xiàn)象，并說明此現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的情況。解析：當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時(shí)，在閉合線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)會(huì)阻礙磁鐵向線圈靠近或分開，也就使磁鐵振動(dòng)時(shí)除了空氣阻力外，還有線圈的磁場(chǎng)力作為阻力，抑制阻力需要做的功較多，彈簧振子的機(jī)械能損失較快，因此會(huì)很快停下來。損失的機(jī)械能主要轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。打破反思本節(jié)是電磁感應(yīng)的后續(xù)內(nèi)容，對(duì)于前面電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解起到了很好的穩(wěn)固作用，電磁驅(qū)