高中物理(新教材)選修二課件1：2-3-渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動 人教版

2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動第2章電磁感應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道渦流是如何產(chǎn)生的。2.知道渦流的利與弊，以及如何利用和防止渦流。3.了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場1.感生電場定義：麥克斯韋認(rèn)為，磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場。這種電場與靜電場不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把它叫作感生電場。感生電場特點①變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，與閉合電路是否存在無關(guān)。②感生電場是電場的一種形式，是客觀存在的一種物質(zhì)。③感生電場是渦旋場，電場線閉合，靜電場電場線不閉合。④感生電場可以對帶電粒子做功，使其加速或偏轉(zhuǎn)。2.感生電場方向判斷感應(yīng)電流的方向與正電荷移動的方向相同，感生電場的方向與正電荷受力的方向相同，因此，感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向相同，感生電場的方向可以用楞次定律和安培定則判定。如果此刻空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就是說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。3.感生電動勢功能：現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的設(shè)備。4.電子感應(yīng)加速器(2)結(jié)構(gòu)：如圖甲所示，上、下為電磁體的兩個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運動。電磁體線圈中電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。(3)原理：從圖甲中可以看到，磁場方向由下向上，如果從上向下看（圖乙），電子沿逆時針方向運動。電子帶負電，它在電場中受力的方向與電場方向相反。所以為使電子加速，產(chǎn)生的電場應(yīng)沿順時針方向。根據(jù)楞次定律，為使真空室中產(chǎn)生順時針方向的感生電場，磁場應(yīng)該由弱變強。也就是說，為使電子加速，電磁體線圈中的電流應(yīng)該由小變大。如果環(huán)不斷增粗直到變成一圓盤又會發(fā)生什么現(xiàn)象？變成方盤呢？如果導(dǎo)體用整塊鐵代替，如圖所示，電流變化時，鐵塊中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀如何？想一想前面我們講過，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當(dāng)磁場變化時，導(dǎo)體中的自由電子就會在感生電場的作用下定向移動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流，簡稱渦流。BE二、渦流前面我們講過，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當(dāng)磁場變化時，導(dǎo)體中的自由電子就會在感生電場的作用下定向移動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流，簡稱渦流。BE二、渦流一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流。渦流是在整塊金屬內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律。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。1.渦流應(yīng)用（1）冶煉合金鋼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。抽真空優(yōu)點：真空冶煉，防止空氣中雜質(zhì)進入，可以冶煉高質(zhì)量的合金。（2）電磁爐電磁爐的臺面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)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(dāng)渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。（3）探雷器、金屬探測器、安檢門這種探雷器可以用來探測金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。探測地雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個長柄線圈在地面上掃過，線圈中有變化的電流。如果地下埋著金屬物品，金屬中感應(yīng)渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。2.渦流的危害3.減小渦流的途徑增大鐵芯電阻率：硅鋼相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯代替整塊硅鋼電動機、變壓器的線圈都纏繞在鐵芯上。線圈中通過變化的電流，鐵芯中會產(chǎn)生渦流，使鐵芯發(fā)熱，浪費了能量，還可能損害電器。鋼管實驗分析圖中線圈中感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向，并研究安培力對線圈的運動有何影響?v當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動。當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動——電磁阻尼。應(yīng)用：磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等。三、電磁阻尼磁式電流表為什么用鋁框做線圈骨架？1.假定儀表工作時指針向右轉(zhuǎn)動，鋁框中感應(yīng)電流沿什么方向？2.鋁框由于轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，鋁框會受安培力，安培力是沿什么方向的？3.安培力對鋁框的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生什么影響？4.使用鋁框做線圈骨架有什么好處？想一想微安表的表頭在運輸時為何把兩個接線柱連在一起？內(nèi)部有磁體，有線圈。

把接線柱連在一起，線圈在擺動的時候就產(chǎn)生感應(yīng)電流，這個感應(yīng)電流可以阻礙線圈的擺動，使指針迅速停止擺動，保護游絲，指針。四、電磁阻尼如圖所示，一個鋁框放在蹄形磁體的兩個磁極間，可以繞支點自由轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動磁體，觀察鋁框的運動。怎樣解釋鋁框的運動？應(yīng)用：交流感應(yīng)電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。配置的三個線圈連接到三相電源上，就能產(chǎn)生類似上面演示實驗中的旋轉(zhuǎn)磁場，磁場中的導(dǎo)線框也就隨著轉(zhuǎn)動。就這樣，電動機把電能轉(zhuǎn)化成機械能。一種交流感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)連接到三相電源時能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場定義：如磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來——電磁驅(qū)動。電磁阻尼與電磁驅(qū)動的區(qū)別和聯(lián)系比較項目電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能相同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運動1.關(guān)于渦流，下列說法中正確是(

)A.渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B.渦流不是感應(yīng)電流，而是一種區(qū)別于感應(yīng)電流的特殊電流C.渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)D.在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流A2.如圖所示是一種焊接方法的原理示意圖．將圓形待焊接金屬工件放在線圈中，然后在線圈中通以某種電流，待焊接工件中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在焊縫處產(chǎn)生大量的熱量將焊縫兩邊的金屬熔化，待焊接工件就焊接在一起了。我國生產(chǎn)的自行車車輪圈就是用這種辦法焊接的。下列說法中正確的是(

)A．這種焊接方法的原理是電流的磁效應(yīng)B．線圈中通入的交流電頻率越高，焊縫處溫度升高得越快C．線圈中的電流是很強的恒定電流D．待焊接工件中的感應(yīng)電流方向與線圈中的電流方向總是相反B3.(多選)健身車上裝有金屬電磁阻尼飛輪，飛輪附近固定一電磁鐵，示意圖如圖所示，人在健身時帶動飛輪轉(zhuǎn)動．則(

)A．飛輪轉(zhuǎn)速越大，阻尼越大B．電磁鐵所接電壓越大，阻尼越大C．飛輪材料電阻率越大，阻尼越大D．飛輪材料密度越大，阻尼越大AB4.如圖所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是（）A．防止渦流而設(shè)計的B．利用渦流而設(shè)計的C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅(qū)動的作用BC備用工具&資料3.(多選)健身車上裝有金屬電磁阻尼飛輪，飛輪附近固定一電磁鐵，示意圖如圖所示，人在健身時帶動飛輪轉(zhuǎn)動．則(

)A．飛輪轉(zhuǎn)速越大，阻尼越大B．電磁鐵所接電壓越大，阻尼越大C．飛輪材料電阻率越大，阻尼越大D．飛輪材料密度越大，阻尼越大AB1.關(guān)于渦流，下列說法中正確是(

)A.渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B.渦流不是感應(yīng)電流，而是一種區(qū)別于感應(yīng)電流的特殊電流C.渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)D.在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流A一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場1.感生電場定義：麥克斯韋認(rèn)為，磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場。這種電場與靜電場不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把它叫作感生電場。感生電場特點①變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，與閉合電路是否存在無關(guān)。②感生電場是電場的一種形式，是客觀存在的一種物質(zhì)。③感生電場是渦旋場，電場線閉合，靜電場電場線不閉合。④感生電場可以對帶電粒子做功，使其加速或偏轉(zhuǎn)。功能：現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的設(shè)備。4.電子感應(yīng)加速器(2)結(jié)構(gòu)：如圖甲所示，上、下為電磁體的兩個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運動。電磁體線圈中電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。(3)原理：從圖甲中可以看到，磁場方向由下向上，如果從上向下看（圖乙），電子沿逆時針方向運動。電子帶負電，它在電場中受力的方向與電場方向相反