涡流电磁阻尼和电磁驱动.ppt

基础知识梳理,核心要点突破,课堂互动讲练,随堂达标自测,课时活页训练,上页,下页,第四章,电磁感应,第七节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动,课标定位,学习目标：,1.,知道涡流是如何产生的,2,知道涡流存在对我们的利与弊，以及如何利用和防止,3,知道电磁阻尼、电磁驱动的工作原理，以及在生产实际和技术中的应用,课标定位,重点难点：,1.,对涡流概念的理解及解释有关现象,2,对涡流产生机理的理解,易错问题：,1.,对涡流在金属中的闭合回路认识不清,2,对涡流受到的安培力产生的效果认识有误,一、涡流,用整块金属材料做铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产生,，这种电流看起来像水中的旋涡，我们就把这种电流叫做,，简称,基础知识梳理,感应电流,涡电流,涡流,二、电磁阻尼,当导体在磁场中运动时，如导体中出现涡流，即感应电流，感应电流会受到安培力作用，安培力的作用总是,导体的运动，这种现象叫做,阻碍,电磁阻尼,三、电磁驱动,如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到,的作用，,使导体运动起来，这种作用就是,安培力,安培力,电磁驱动,一、涡流的产生及能量转化,1,涡流产生的条件：,涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是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同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡,核心要点突破,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在非匀强磁场中运动,3,能量转化：,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如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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,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,特别提醒,二、电磁驱动与电磁阻尼,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,4,7,1,所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁体转动时，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，因而线圈会跟着一起转动起来,图,4,7,1,从动力学的观点来看，线圈中产生的感应电流受到的安培力是使线圈转动起来的动力，对线圈而言是电磁驱动；而线圈对磁铁的作用力对磁铁的转动起阻碍作用，对磁铁而言是电磁阻尼，因此电磁驱动和电磁阻尼是矛盾的两个方面，不可分割,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,如图,4,7,2,所示，一金属球用绝缘细线悬挂于,O,点，将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，,A,、,B,为该磁场的竖直边界若不计空气阻力，则,(,),课堂互动讲练,类型一,电磁阻尼的分析,例,1,图,4,7,2,A,金属球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度,B,在进入和离开磁场时，金属球中均有感应电流,C,金属球进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大,D,金属球最终将静止在平衡位置,【,解析,】,如图,4,7,3,所示，当金属球从,1,位置开始下落，进入磁场时,(,即,2,和,3,位置,),，由于金属球内磁通量发生变化，所以有感应电流产生同时，金属球本身有内阻，必然有能量的转化，即有能量的损失,图,4,7,3,因此金属球不会摆到,4,位置随着金属球进出磁场，其能量逐渐减少，金属球摆动的振幅越来越小当金属球只在匀强磁场中摆动时，金属球内无磁通量的变化，无感应电流产生，无机械能向电能的转化题意中不存在空气阻力，摆线的拉力垂直于金属球的速度方向，拉力对金属球不做功，所以系统的能量守恒，所以金属球将在,AB,间来回摆动,【,答案,】,B,【,点评,】,产生涡流的条件是：金属球的磁通量变化,1.,如图,4,7,4,所示，,A,、,B,为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度两个相同的磁性小球，同时从,A,、,B,管上端的管口无初速度释放，穿过,A,管的小球比穿过,B,管的小球先落到地面下面对于两管的描述可能正确的是,(,),变式训练,图,4,7,4,A,A,管是用塑料制成的，,B,管是用铜制成的,B,A,管是用铝制成的，,B,管是用胶木制成的,C,A,管是用胶木制成的，,B,管是用塑料制成的,D,A,管是用胶木制成的，,B,管是用铝制成的,解析,：,选,AD.,磁性小球穿过金属圆管过程中，将圆管看做由许多金属圆环组成，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，据楞次定律，该电流阻碍磁性小球的下落，小球向下运动的加速度小于重力加速度；小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体运动，穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少,位于光滑水平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，如图,4,7,5,所示，在此过程中,(,),类型二,电磁驱动的分析和应用,例,2,图,4,7,5,A,磁铁做匀速直线运动,B,磁铁做减速运动,C,小车向右做加速运动,D,小车先加速后减速,【,思路点拨,】,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运动情况,【,解析,】,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,B,是正确的,而对于小车上螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，,C,对,【,答案,】,BC,【,点评,】,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阻碍导体和磁场间发生相对运动,2.,如图,4,7,6,所示，把一个闭合线框放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体可以绕竖直轴转动，闭合线框也可以绕竖直轴转动，当蹄形磁体逆时针,(,从上往下看,),转动时，有关线圈的运动下列说法正确的是,(,),变式训练,图,4,7,6,A,线圈将顺时针方向转动,B,线圈仍保持静止,C,线圈将逆时针方向转动，转速与磁铁相同,D,线圈将逆时针方向转动，转速比磁铁小,解析：,选,D.,根据电磁驱动，磁铁转动，线圈会产生感应电流和受到安培力作用，这个安培力驱动线圈运动，其转动的效果是阻碍它们的相对运动，因此线圈转动方向与磁铁相同，但转速比磁铁小,光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图,4,7,7,所示，抛物线的方程是,y,x,2,，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是,y,a,的直线,(,图中的虚线所示,),，一个小金属块从抛物面上,y,b,(,b,a,),处以速度,v,沿抛物面下滑，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,(,),类型三,电磁感应中的能量问题,例,3,图,4,7,7,【,解析,】,金属块进出磁场时，会产生焦耳热，损失机械能从而使金属块所能达到的最高位置越来越低，当金属块所能达到的最高位置为,y,a,时，金属块不再进出磁场，不再产生焦耳热金属块机械能不再损失，在磁场中往复运动,【,答案,】,D,【,点评,】,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,3.,如图,4,7,8,所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺旋管,A,.,在弧形轨道上高为,h,的地方，无初速释放一磁铁,B,(,可视为质点,),，,B,下滑至水平轨道时恰好沿螺旋管,A,的中心轴运动，设,A,、,B,的质量分别为,M,、,m,，若最终,A,、,B,速度分别为,v,A,、,v,B,.,变式训练,(1),螺旋管,A,将向哪个方向运动？,(2),全过程中整个电路所消耗的电能,图,4,7,8,答案,：见解析,随堂达标自测,课时活页训练,