2.3.1 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動 學案 一、自主預習 1. 用來冶煉合金鋼的真空__________ ，爐外有_________ ，線圈中通入_________________電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生______________ ．渦流產(chǎn)生的________使金屬熔化并達到很高的溫度。 2．利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點是整個過程能在__________中進行，這樣就能防止__________________進入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的__________。 課堂探究 情景設(shè)問 在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發(fā)熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發(fā)熱。你知道這是為什么嗎? 新知探究 考點一：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場 任務(wù)驅(qū)動在產(chǎn)生感生電動勢的情況下,非靜電力是怎么產(chǎn)生的? 提示:磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場,非靜電力就是感生電場對自由電荷的作用。 (1)感生電動勢:在磁場中導體或?qū)w回路靜止,由于磁場強弱的變化,導體或?qū)w回路中產(chǎn)生的電動勢叫作感生電動勢。 (2)感生電場: 定義:磁場變化時會在周圍空間激發(fā)一種電場,我們把這種電場叫作感生電場。 ②特點: ③感應(yīng)電流的產(chǎn)生:閉合導體中的自由電荷在感生電場力的作用下定向移動,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流,或者說導體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 ④感生電場的方向可以由楞次定律來判斷。感應(yīng)電流的方向與感生電場的方向相同。 考點二：渦流 定義：變壓器在工作時，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢外，變化的磁通量也會在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流叫做渦流。 實驗1： 如圖線圈接入220V交變電源，塊狀鐵芯插入線圈中，讓一名學生感知鐵芯的變化。 現(xiàn)象：幾分鐘后學生感到鐵芯變熱。 解釋：原來把塊狀的金屬放在變化的磁場中或讓它在磁場中運動時，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合電路，很像水的漩渦，因此叫做渦電流，簡稱渦流。 注意 （1）金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量,如果金屬的電阻率小，則渦流很強，產(chǎn)生的熱量也很多。 （2）渦流是整塊導體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律。由于整塊金屬的電阻通常很小，故渦流常常很大。 （3）渦流是整塊導體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律。 渦流在生活中的應(yīng)用 1.熱效應(yīng) （1）冶煉：冶煉金屬的高頻感應(yīng)電爐就是利用高頻交流電，通過線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。 （2）焊接：線圈中通以高頻交流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于焊接縫處的接觸電阻很大，放出的焦耳熱很多，致使溫度升得很高，將金屬熔化，焊接在一起。 （3）電磁灶的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。 2.磁效應(yīng) 機場安檢用的安檢，軍事上用的探雷器，還有尋找地下礦產(chǎn)的探測等。金屬探測器工作時讓變化的電流通過線圈，產(chǎn)生不斷變化的磁場。如果探測器靠近金屬，就能在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這渦流又會產(chǎn)生磁場，反過來影響探測器的磁場，讓探測器發(fā)出報警聲。 渦流的危害與防止 電動機、變壓器的線圈都繞在鐵芯上，線圈中通過交變電流時，在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱，浪費了電能，還可能損壞電器。因此，要想辦法減少渦流。一是增大鐵芯材料的電阻率。二是用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。 三、典例精講 例題展示 例1 如圖所示，閉合導線圓環(huán)和條形磁鐵都可以繞水平的中心軸OO′自由轉(zhuǎn)動，開始時磁鐵和圓環(huán)都靜止在豎直平面內(nèi)．若條形磁鐵突然繞OO′軸N極向紙里、S極向紙外轉(zhuǎn)動，在此過程中，圓環(huán)將(　　) A．產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)上端向里、下端向外隨磁鐵轉(zhuǎn)動 B．產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)上端向外、下端向里轉(zhuǎn)動 C．產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)并不轉(zhuǎn)動 D．產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)并不轉(zhuǎn)動長 例2 如圖所示,在一個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,一段時間后,一個容器中水溫升高,則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 四、核心素養(yǎng)專練 核心素養(yǎng)專練 1. 下列描述中正確的是 A．相對論和量子力學的出現(xiàn)說明人類對自然界的認識更加廣泛和深入，那么經(jīng)典力學就失去了它的意義 B．交流感應(yīng)電動機就是利用電磁阻尼的原理工作的 C．地磁場在北半球的上空有垂直于地表向上的磁場分量 D．電流通過純電阻電路做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為該電路的內(nèi)能 2. 以下屬于渦流現(xiàn)象的應(yīng)用的是(　　) 3. 如圖所示,將一個鋁框放在蹄形磁鐵的兩個磁極間,鋁框可以繞豎直的轉(zhuǎn)軸OO'自由轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動手柄使磁鐵繞豎直轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),觀察到鋁框會隨之轉(zhuǎn)動。對這個實驗現(xiàn)象的描述和解釋,下列說法中正確的是( ) A.鋁框的轉(zhuǎn)動方向與蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動方向一定是相同的 B.鋁框的轉(zhuǎn)動快慢與蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動快慢總是一致的 C.鋁框轉(zhuǎn)動到其平面與磁場方向垂直的位置時,鋁框中的感應(yīng)電流最大 D.鋁框轉(zhuǎn)動到其平面與磁場方向平行的位置時,鋁框兩個豎直邊受到的磁場力均為零 4. 如圖1所示是一個電磁阻尼現(xiàn)象演示裝置,鋼鋸條上端固定在支架上,下端固定有強磁鐵,將磁鐵推開一個角度釋放,它會在豎直面內(nèi)擺動較長時間;如圖2所示,若在其正下方固定一銅塊(不與磁鐵接觸),則擺動迅速停止。關(guān)于該實驗,以下分析與結(jié)論正確的是(　　) A.如果將磁鐵的磁極調(diào)換,重復實驗將不能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象 B.用閉合的銅制線圈替代銅塊,重復實驗將不能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象 C.在圖2情況中,下擺和上擺過程中磁鐵和鋸條組成的系統(tǒng)機械能均減少 D.在擺動過程中銅塊不受磁鐵的作用力 五、參考答案 參考答案 自主預習 1. 冶煉爐；線圈；周期性變化的；渦流；熱量 2. 真空；空氣中的雜質(zhì)； 合金 典例精講 例1. 磁鐵轉(zhuǎn)動時，環(huán)中穿過環(huán)向里的磁通量增加，根據(jù)楞次定律，環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流．磁鐵轉(zhuǎn)動時，為阻礙磁通量的變化，導線圓環(huán)與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，所以選項A正確． 故選：A。 例2. 通入恒定直流時,所產(chǎn)生的磁場不變,不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,選項A、B錯誤;通入變化的電流,所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化,在空間產(chǎn)生感生電場,小鐵鍋是導體,感生電場在導體內(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在導體內(nèi)產(chǎn)生的,所以玻璃杯中的水不會升溫,選項C正確,D錯誤。 故選：C 核心素養(yǎng)專練 1．相對論和量子力學的出現(xiàn)說明人類對自然界的認識更加廣泛和深入，經(jīng)典力學仍然有它的意義，故選項A錯誤；交流感應(yīng)電動機是利用通電導體在磁場中受力轉(zhuǎn)動的原理工作的，選項錯誤；地磁場在北半球的上空有垂直于地表向下的磁場分量，故選項C錯誤；電流通過純電阻電路做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為該電路的內(nèi)能，故選項D正確。 故選：D。 2．電烤箱是利用電流的熱效應(yīng)工作的,選項A不符合題意;監(jiān)考老師手中的金屬探測器,可以探測人身是否攜帶通訊設(shè)備(金屬制品),是通過金屬中產(chǎn)生渦流而使報警器發(fā)出報警信號的,選項B符合題意;高壓作業(yè)人員穿上金屬絲織成的衣服可以高壓帶電作業(yè),利用了靜電屏蔽原理,選項C不符合題意;車載充電器工作時利用的是變壓器原理(第三章內(nèi)容),選項D不符合題意。 故選：B。 3．鋁框的轉(zhuǎn)動方向與蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動方向一定是相同的,選項A正確;鋁框的轉(zhuǎn)動快慢與蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動快慢有關(guān),但鋁框比磁鐵轉(zhuǎn)動得慢,選項B錯誤;鋁框轉(zhuǎn)動到其平面與磁場方向垂直的位置時,鋁框中的感應(yīng)電流為零,選項C錯誤;鋁框轉(zhuǎn)動到其平面與磁場方向平行的位置時,鋁框兩個豎直邊受到的磁場力等大反向,選項D錯誤。 故選：A。 4．此實驗的原理是:當磁鐵在銅塊正上方擺動時,在銅塊中產(chǎn)生渦流,渦流的磁場阻礙磁鐵的運動。如果將磁鐵的磁極調(diào)換,重復實驗仍能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象,選項A錯誤;用閉合的銅制線圈替代銅塊,仍能在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而對磁鐵的運動產(chǎn)生阻礙作用,則重復實驗仍能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象,選項B錯誤;在圖2情況中,磁鐵下擺和上擺過程中,銅塊均會產(chǎn)生渦流,從而消耗機械能,則磁鐵和鋸條組成的系統(tǒng)機械能均減少,選項C正確;在擺動過程中,銅塊對磁鐵有阻礙作用,同時銅塊也要受磁鐵的作用力,選項D錯誤。 故選：C。

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