第三節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)第二章

電磁感應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1新課講解3新課導(dǎo)入2經(jīng)典例題4課堂練習(xí)5本課小結(jié)6目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解感生電場(chǎng)，知道感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因，會(huì)判斷感生電動(dòng)勢(shì)的方向。2.知道渦流是如何產(chǎn)生的，知道渦流對(duì)我們有不利和有利兩方面的影響，以及如何利用和防止渦流。3.理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。新課導(dǎo)入

兩種爐具的工作原理一樣嗎？若不一樣的話，兩種爐具分別是怎樣使鍋具發(fā)熱的呢？思考燃?xì)馊紵伨邿醾鬟f

沒(méi)有燃料燃燒產(chǎn)生熱量，那么鍋具為什么會(huì)發(fā)熱呢？

新課導(dǎo)入

在電磁爐的爐盤(pán)下有一個(gè)線圈。電磁爐工作的時(shí)候，它的爐盤(pán)表面并不發(fā)熱，但在爐盤(pán)上面放置鐵鍋，鐵鍋會(huì)發(fā)熱，你知道這是為什么嗎？電磁感應(yīng)→感生電流→電流的熱效應(yīng)

新課導(dǎo)入

思考：電磁爐產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，使穿過(guò)鐵鍋（導(dǎo)體）的磁場(chǎng)發(fā)生變化，在鐵鍋（導(dǎo)體回路）中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，從而感應(yīng)電流的熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了鐵鍋發(fā)熱，那么是什么力充當(dāng)非靜電力使得自由電荷發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)呢？渦流電荷的定向移動(dòng)形成電流→鐵鍋中電流的產(chǎn)生→鐵鍋中的電荷受到了電場(chǎng)力的作用_____詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（JamesClerkMaxwell），英國(guó)著名物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。除了奠定電磁理論、開(kāi)創(chuàng)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)之外，他還是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一。新課講解因?yàn)楣教珡?fù)雜，人們更多地選擇記住了牛頓和愛(ài)因斯坦與牛爵爺、愛(ài)神平起平坐的麥克斯韋形成電流形成靜電電荷激發(fā)靜電場(chǎng)電場(chǎng)力自由電荷認(rèn)為變化的磁場(chǎng)感生電場(chǎng)電場(chǎng)力自由電荷激發(fā)感生電場(chǎng)：由于磁場(chǎng)的變化而激發(fā)的電場(chǎng)感生電動(dòng)勢(shì)：由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感生電場(chǎng)的方向應(yīng)該如何判斷？思考BE安培定則：右手握住通電螺線管，四指指向電流方向，大拇指所指一端為通電螺線管的N極如圖所示，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B增強(qiáng)時(shí)，楞次定律：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化↑閉合回路E

由楞次定律可知回路中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向下，由安培定則可判斷出電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍ǜ┮暎減弱呢？B靜電場(chǎng)和感生電場(chǎng)的區(qū)別有什么？由靜止的電荷產(chǎn)生由變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g激發(fā)由正電荷發(fā)出，到負(fù)電荷終止，電場(chǎng)線不閉合感應(yīng)電場(chǎng)是一種渦旋電場(chǎng)，電場(chǎng)線是閉合的正電荷受力的方向楞次定律＋右手螺旋定則小結(jié)電場(chǎng)對(duì)電荷做功不同拓展對(duì)電荷做功不同：電荷在靜電場(chǎng)中沿閉合路徑移動(dòng)一周時(shí)，電場(chǎng)力所做的功為零，即靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)；而電荷在感生電場(chǎng)中沿著閉合路徑移動(dòng)一周時(shí)，電場(chǎng)力所做的功不為零，即感生電場(chǎng)中的電場(chǎng)力做功與路徑有關(guān).求試探電荷+q沿圓周AB從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做的功ABW=F|AB|-F|BA|=0E靜電場(chǎng)BE感生電場(chǎng)W=F|AB|+F|BA|BA感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的應(yīng)用應(yīng)用電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器平衡車(chē)現(xiàn)將線圈與高頻交流電源連接，幾分鐘后，讓同學(xué)摸摸鐵板，并說(shuō)出感受實(shí)驗(yàn)探究：渦流實(shí)驗(yàn)裝置：一個(gè)線圈和一塊鐵板，鐵板位于線圈正下方。如圖所示發(fā)現(xiàn)：鐵板變熱了。實(shí)驗(yàn)探究：渦流說(shuō)明了什么？試著討論一下。線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時(shí)間內(nèi)，若電流變大（變小），則磁場(chǎng)變強(qiáng)（變?nèi)酰?，根?jù)麥克斯韋理論，變化的磁場(chǎng)激發(fā)出感生電場(chǎng)?？醋麟娏髟趯?dǎo)體的電阻中流動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電熱這就是渦流的熱效應(yīng)感生電場(chǎng)導(dǎo)體許多閉合線圈感生電動(dòng)勢(shì)渦旋狀的感應(yīng)電流渦流小結(jié)導(dǎo)體附近的線圈中的電流隨時(shí)間變化發(fā)生改變穿過(guò)導(dǎo)體的磁通量導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流渦流的熱效應(yīng)(1)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流看起來(lái)像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流。(2)由于導(dǎo)體存在電阻，當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電熱。為什么要在變壓器中間插入鐵芯？思考應(yīng)用冶煉爐電磁爐金屬探測(cè)器高頻焊接安檢門(mén)渦流的防止

為什么變壓器的鐵芯是用薄片疊合而成的？渦流的防止：（1）增大鐵芯材料的電阻率，常用的鐵芯材料是硅鋼，它的電阻率較大。（2）用互相絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來(lái)代替整塊硅鋼鐵芯鐵芯中的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，渦流產(chǎn)生的熱量也就減少了。為了保護(hù)鐵芯不被燒壞，減少渦流帶來(lái)的電能損耗，所以鐵芯用薄片疊合而成。將磁鐵托到某高度h釋放，使磁鐵豎直振動(dòng)，記錄磁鐵振動(dòng)的時(shí)間t1；磁鐵固定一線圈，仍將磁鐵托到高度h后釋放，記錄磁鐵振動(dòng)的時(shí)間t2，試著比較t1與t2有何不同？為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)探究：電磁阻尼實(shí)驗(yàn)裝置：固定好的彈簧、彈簧下端懸掛一根磁鐵，以及線圈。如圖所示發(fā)現(xiàn)：t2＞t1實(shí)驗(yàn)探究：電磁阻尼說(shuō)明了什么？試著討論一下。磁場(chǎng)阻礙磁鐵靠近（或遠(yuǎn)離）線圈產(chǎn)生磁鐵閉合線圈感生電流磁場(chǎng)B線圈NS穿過(guò)產(chǎn)生將鋁框安置在底座上，其中鋁框位于蹄形磁鐵的兩個(gè)磁極間，且可以繞支點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)磁體，觀察鋁框的運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)探究：電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置：鋁框，蹄形磁鐵，底座。如圖所示發(fā)現(xiàn)：鋁框會(huì)隨著磁體轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，且鋁框的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。實(shí)驗(yàn)探究：電磁驅(qū)動(dòng)說(shuō)明了什么？試著討論一下。為阻礙磁場(chǎng)的變化，鋁框隨磁體轉(zhuǎn)動(dòng)磁體變化磁場(chǎng)鋁框感應(yīng)電流轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)小結(jié)安培力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流（導(dǎo)體中）安培力電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流（導(dǎo)體中）安培力應(yīng)用電動(dòng)機(jī)保護(hù)電流計(jì)電磁驅(qū)動(dòng)經(jīng)典例題1.下列不屬于利用渦流工作的是()CA.圖示真空冶煉爐，可以冶煉高質(zhì)量的合金B(yǎng).電磁爐加熱食物C.超高壓輸電線上作業(yè)的工人穿戴包含金屬絲的織物制成的工作服D.安檢門(mén)可以探測(cè)人身上攜帶的金屬物品答案：C解析：真空冶煉爐冶煉高質(zhì)量的合金，是使金屬材料產(chǎn)生渦流而快速發(fā)熱的，故A不符合題意；電磁爐工作時(shí)線圈盤(pán)周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)，從而使鐵鍋底部產(chǎn)生渦流而快速發(fā)熱，故B不符合題意；工人穿上包含金屬絲的織物織成的衣服進(jìn)行高壓帶電作業(yè)是利用靜電屏蔽原理，不屬于利用渦流工作，故C符合題意；安檢門(mén)可以探測(cè)人身上是否攜帶金屬物品是通過(guò)使金屬物品內(nèi)產(chǎn)生渦流而使報(bào)警器報(bào)警的，故D不符合題意。經(jīng)典例題2.（多選）如圖所示，磁電式儀表的線圈通常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是(

)BCA.使線圈偏轉(zhuǎn)角度更大 B.使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來(lái)C.起電磁阻尼的作用 D.起電磁驅(qū)動(dòng)的作用答案：BC解析：線圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來(lái)，這樣做是起電磁阻尼的作用。故選BC。3.關(guān)于渦流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)，下列說(shuō)法不正確的是()A.金屬探測(cè)器、探測(cè)地雷的探雷器利用渦流工作B.變壓器中用互相絕緣的硅鋼片疊成鐵芯利用渦流工作C.磁電式儀表中用來(lái)做線圈骨架的鋁框能起電磁阻尼的作用D.用來(lái)冶煉合金鋼的真空冶煉爐是利用渦流來(lái)產(chǎn)生熱量B答案：B解析：A.金屬探測(cè)器、探雷器中輻射的變化磁場(chǎng)遇到金屬物體，在金屬物體上產(chǎn)生渦流，故是利用渦流工作，故A正確B.變壓器中用互相絕緣的硅鋼片疊壓成鐵芯，是為了防止渦流，而不是利用渦流，故B錯(cuò)誤；C.鋁框做骨架，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致鋁框的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，出現(xiàn)安培阻力，使其很快停止擺動(dòng)，故C正確；D.真空冶煉爐是線圈中的電流做周期性變化，在冶煉爐中產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生大量的熱量，故D正確。4.下列四個(gè)圖都與渦流有關(guān)，其中說(shuō)法正確的是()AD.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊合而成是為了增大渦流

當(dāng)堂檢測(cè)A.真空冷煉爐是利用渦流來(lái)熔化金屬的裝置B.自制金屬探測(cè)器是利用地磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行探測(cè)的C.電磁爐工作時(shí)在它的面板上產(chǎn)生渦流加熱食物答案：A解析：A.真空冷煉爐是線圈中的電流做周期性變化，在金屬中產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生大量的熱量，熔化金屬的，故A正確；B.金屬探測(cè)器中變化電流遇到金屬物體，在被測(cè)金屬中上產(chǎn)生渦流來(lái)進(jìn)行探測(cè)，故B錯(cuò)誤；C.家用電磁爐工作時(shí)，在鍋體中產(chǎn)生渦流，加熱食物，故C錯(cuò)誤；D.當(dāng)變壓器中的電流變化時(shí)，在其鐵芯將產(chǎn)生渦流，使用相互絕緣的硅鋼片疊合做成的鐵芯可以盡可能減小渦流，故D錯(cuò)誤。故選A。5.零刻度在表盤(pán)正中間的電流計(jì)非常靈敏，通入電流后，線圈受安培力和螺旋彈簧的彈力作用而達(dá)到平衡時(shí)，指針在示數(shù)附近的擺動(dòng)很難停下，使讀數(shù)變得困難。在指針轉(zhuǎn)軸上裝上扇形鋁框或扇形鋁板，并在合適區(qū)域加上磁場(chǎng)，可以解決此困難。下列方案合理的是()A.B.C.D.D答案：D解析：A、C方案中，當(dāng)指針向左偏轉(zhuǎn)時(shí)，鋁框或鋁板可能會(huì)離開(kāi)磁場(chǎng)，產(chǎn)生不了渦流，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，AC錯(cuò)誤；B方案中，磁場(chǎng)在鋁框中間，當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)角度較小時(shí)，鋁框不能切割磁感線，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，起不到電磁阻尼的作用，指針不能很快停下，B錯(cuò)誤；D方案中，磁場(chǎng)在鋁板中間，無(wú)論指針偏轉(zhuǎn)角度大小，都會(huì)在鋁板上產(chǎn)生渦流，起到電磁阻尼的作用，指針會(huì)很快停下，便于讀數(shù)，D正確。6.某物理學(xué)家曾設(shè)計(jì)過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如圖所示。在一塊絕緣板的中部安裝一個(gè)線圈，線圈接有電源，板的四周有許多帶負(fù)電的小球，整個(gè)裝置支撐起來(lái)，忽略各處的摩擦，當(dāng)電源接通的瞬間，下列關(guān)于圓盤(pán)的說(shuō)法中正確的是()A.圓盤(pán)將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) B.圓盤(pán)將沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)C.圓盤(pán)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) D.無(wú)法確定圓盤(pán)是否會(huì)動(dòng)

C答案：A解析：線圈接通電源瞬間，產(chǎn)生向上的磁場(chǎng)，向上增大的磁場(chǎng)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母猩妶?chǎng)，因?yàn)樾∏驇ж?fù)電，小球受到的電場(chǎng)力與電場(chǎng)方向相反，則有逆時(shí)針?lè)较虻碾妶?chǎng)力，所以圓盤(pán)將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。故A正確。本課小結(jié)1.感生電場(chǎng)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中由于磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生的，電場(chǎng)的方向可利用楞次定律來(lái)判斷，其電場(chǎng)線是閉合的，與靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不