(讲义)第2章 3 涡流 电磁阻尼 电磁驱动-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

3．涡流　电磁阻尼　电磁驱动 学习任务 1．了解涡流的产生过程；了解涡流现象的利用和危害；了解电磁阻尼、电磁驱动。 2．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。 知识点一　涡流 1．定义：由于电磁感应，在大块金属内产生的像水中漩涡样的感应电流 2．特点：金属块中的涡流会产生焦耳热。 3．应用 如高频感应炉、电磁炉。 4．防止 电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致能量浪费，损坏电器。 用相互绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯代替整个硅铁芯。 　涡流在金属内的分布是均匀的吗？ 提示：不是均匀分布的，越靠近金属表面层电流越大。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律。 (×) (2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流。 (√) 知识点二　电磁阻尼和电磁制动 1．电磁阻尼：当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 2．电磁阻尼的应用：磁电式电表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。磁电式电表在运输过程中将正、负接线柱短路，既可避免指针因摆动剧烈而变形，又减小轴承处的磨损。 3．电磁制动：列车制动时将电动机与电源断开，并把电动机的线圈与制动电路构成闭合回路，列车前进时带动电动机线圈转动，从而产生的感应电流，磁场对它的安培力起着制动的作用。 4．电磁制动的优点：减少机械磨损并将列车的动能转化为电能给蓄电池充电。 知识点三　电磁驱动 1．概念：感应电流受到安培力使物体运动的现象。 2．应用：感应电动机。 3．优点：可控性强、驱动力输出精度高、能量损耗小。 　电磁阻尼与电磁驱动是否都遵守楞次定律？ 提示：是。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同。 (×) (2)在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能，最终转化为内能。 (√) 为什么变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢？ 提示：不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是为了防止涡流而采取的措施。 考点1　对涡流的理解及应用 1．涡流的特点 当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。 2．涡流中的能量转化 涡流现象中，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，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。 3．注意：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。 (2)磁场变化越快(，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。 【典例1】　光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y＝x2，其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(如图中的虚线所示)。一个小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是(　　) A．mgb B．mv2 C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2 D　[由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒。以y＝b处为初位置，y＝a处为末位置，则初状态机械能E1＝mgb＋mv2，末状态机械能E2＝mga，焦耳热Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋mv2，故D正确。] [母题变式] 在[典例1]中，若将匀强磁场改为非匀强磁场，其他条件不变，那么金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是多少？ 提示：Q＝mv2＋mgb (1)金属块进出磁场时，产生焦耳热，损失机械能。 (2)金属块整体在均强磁场中运动时，其机械能不再损失，在磁场中做往复运动。 [跟进训练] 1．如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法中正确的是(　　) A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的 B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的 C．