高中物理(新教材)選修二課件3：2-3-渦流、電磁阻尼和電磁驅動 人教版

第二章電磁感應3渦流、電磁阻尼和電磁驅動電磁爐工作時，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?新課導入一、電磁感應現(xiàn)象中的感生電場一個閉合回路靜止于磁場中,由于磁場強弱的變化,閉合電路內將會產生感應電動勢。1.感生電場:磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場,我們把它叫作感生電場。2.感生電動勢:由感生電場產生的感應電動勢。3.感生電場的方向:與所產生的感應電流的方向相同,可根據(jù)楞次定律和安培定則判斷。課堂探究如圖所示,B增強,那么就會在空間激發(fā)一個感生電場E。如果E處空間存在閉合導體,導體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動,而產生感應電流。(1)感生電場的方向與感應電流的方向有什么關系?如何判斷感生電場的方向?(2)上述情況下,哪種作用力扮演了電源中非靜電力的角色?(1)感應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電流的方向相同,感生電場的方向可以用楞次定律判定。(2)感生電場對自由電荷的作用力。1.產生:如圖所示,當磁場變化時,產生感生電場。感生電場的電場線是與磁場垂直的曲線。2.方向:閉合環(huán)形回路(可假定存在)的電流方向就表示感生電場的電場方向。依據(jù)實際存在的或假定存在的回路結合楞次定律判定感生電場的方向。注意：感生電場力雖然是電場力但不是靜電力。它是一種非靜電力。SN真空室靶電子軌道電子槍電子感應加速器當電磁鐵線圈中電流方向與圖示一致時，電流大小怎么變化才能使電子加速？電子加速電子受力與電場方向相反電場順時針原磁場向上感應電流順時針感應電流的磁場向下穿過真空室磁通量變大電磁鐵中電流變大例1

著名物理學家費曼曾設計過這樣一個實驗裝置:一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉動,在圓板的中部有一個線圈,圓板的四周固定著一圈帶電的金屬小球,如圖所示。當線圈接通電源后,將有圖示方向的電流流過,則下列說法正確的是(

)A.接通電源瞬間,圓板不會發(fā)生轉動B.線圈中電流的增大或減小都會引起圓板向與線圈中電流方向相同的方向轉動C.接通電源后,保持線圈中電流不變,圓板轉動方向與線圈中電流流向相同D.若金屬小球帶負電,接通電源瞬間圓板轉動方向與線圈中電流流向相同典例精析解析

線圈接通電源瞬間,變化的磁場產生電場,從而導致帶電小球受到電場力,使其轉動,故A錯誤;線圈中電流增大或減小都會引起磁場的變化,從而產生電場,使小球受到電場力,從而轉動,但由于電場力與電荷帶正負電有關,故B錯誤;接通電源后,保持線圈中電流不變,則磁場不變,則不會產生電場,小球不受到電場力,故C錯誤;接通電源瞬間小球受到電場力作用而轉動,由于金屬小球帶負電,故圓盤轉動方向與線圈中電流流向相同,故D正確。答案

D二、渦流1.渦流:由于電磁感應,在導體中產生的像水中漩渦樣的感應電流。2.特點:若金屬電阻率很小,則渦流往往很強,產生的熱量很多。課堂探究二、渦流1.渦流:由于電磁感應,在導體中產生的像水中漩渦樣的感應電流。2.特點:若金屬電阻率很小,則渦流往往很強,產生的熱量很多。課堂探究3.應用:(1)熱效應:真空冶煉爐,電磁爐。3.應用:(2)磁效應:探雷器,安檢門。4.防止:電動機、變壓器等設備中應防止鐵芯中渦流過大而導致浪費能量,損壞電器。(1)途徑一:增大鐵芯材料的電阻率。(2)途徑二:用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。高考考場用的金屬探測器是一根長的黑色扁棒,使用時監(jiān)考教師手持探測器,在考生前后左右和容易藏東西的部位劃過,如藏有金屬物品,即便是一粒金屬紐扣,探測器也會鳴響。金屬探測器的原理是什么?金屬探測器通過其通有交流電的探測線圈,在隱蔽金屬中產生渦流,渦流的磁場又影響探測線圈,從而改變原交流電的大小和相位,從而起到探測作用。1.對渦流的理解

本質電磁感應現(xiàn)象條件穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化,并且金屬塊本身可自行構成閉合回路特點整個導體回路的電阻一般很小,感應電流很大能量轉化伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉化成電能,最終在金屬塊中轉化為內能2.產生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中。(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。1.對渦流的理解

本質電磁感應現(xiàn)象條件穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化,并且金屬塊本身可自行構成閉合回路特點整個導體回路的電阻一般很小,感應電流很大能量轉化伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉化成電能,最終在金屬塊中轉化為內能2.產生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中。(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。

注意：例2(多選)高頻焊接原理示意圖如圖所示,線圈通以高頻交變電流,金屬工件的焊縫中就產生大量焦耳熱,將焊縫熔化焊接,要使焊接處產生的熱量較大可(

)A.增大交變電流的電壓B.增大交變電流的頻率C.增大焊接縫的接觸電阻D.減小焊接縫的接觸電阻

ABC典例精析三、電磁阻尼1.電磁阻尼:當導體在磁場中運動時,感應電流會使導體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導體的運動,這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。2.應用:磁電式電流表中利用電磁阻尼使指針迅速停止到某位置,便于讀數(shù)。課堂探究四、電磁驅動1.電磁驅動:如果磁場相對于導體轉動,在導體中會產生感應電流,感應電流使導體受到安培力的作用,安培力使導體運動起來,這種作用常常稱為電磁驅動。2.應用:交流感應電動機。如圖所示,蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸轉動。(1)如果將磁鐵拿走,輕轉線圈,觀察線圈的轉動,若安裝上磁鐵,用同樣的力轉動線圈,你會觀察到兩次現(xiàn)象有什么不同,為什么?(2)先讓線圈靜止,轉動磁鐵,觀察線圈有什么現(xiàn)象發(fā)生,為什么?(1)觀察到沒有磁鐵時線圈轉動的時間比有磁鐵時轉動的時間長很多。有磁鐵時,線圈轉動會產生感應電流,感應電流的安培力阻礙線圈的轉動。(2)觀察到線圈隨著磁鐵的轉動會慢慢轉動起來。線圈中產生感應電流,感應電流的安培力阻礙線圈相對磁鐵的運動,即使線圈慢慢隨磁鐵轉動起來。電磁阻尼與電磁驅動的比較

比較項目電磁阻尼電磁驅動不同點成因由于導體在磁場中運動而產生感應電流,從而使導體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變化而產生感應電流,從而使導體受到安培力效果安培力的方向與導體運動方向相反,阻礙導體運動導體受安培力的方向與導體運動方向相同,推動導體運動能量轉化導體克服安培力做功,其他形式的能轉化為電能,最終轉化為內能由于電磁感應,磁場能轉化為電能,通過安培力做功,電能轉化為導體的機械能,從而對外做功相同點兩者都是電磁感應現(xiàn)象,都遵循楞次定律,都是安培力阻礙引起感應電流的磁場與導體間的相對運動(1)電磁阻尼、電磁驅動都是電磁感應現(xiàn)象,都遵循楞次定律。(2)電磁阻尼、電磁驅動現(xiàn)象中安培力的作用效果都是阻礙相對運動,應注意電磁驅動中阻礙的結果。若磁鐵運動,線圈中產生感應電流的結果是安培力的方向與磁鐵運動方向相同,即電磁驅動;若磁場不動,線圈運動,則產生感應電流的結果是阻礙線圈運動,即電磁阻尼。注意：例3

如圖所示,彈簧上端固定,下端掛一只條形磁鐵,使磁鐵上下振動,磁鐵的振動幅度不變。若在振動過程中把線圈靠近磁鐵,觀察磁鐵的振幅將會發(fā)現(xiàn)(

)A.S閉合時振幅逐漸減小,S斷開時振幅不變B.S閉合時振幅逐漸增大,S斷開時振幅不變C.S閉合或斷開,振幅變化相同D.S閉合或斷開,振幅都不發(fā)生變化解析

S斷開時,磁鐵振動,穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中無感應電流,振幅不變;S閉合時有感應電流,有電能產生,磁鐵的機械能越來越少,振幅逐漸減小。A電磁驅動和電磁阻尼現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙導體間的相對運動。典例精析備用工具&資料(1)電磁阻尼、電磁驅動都是電磁感應現(xiàn)象,都遵循楞次定律。(2)電磁阻尼、電磁驅動現(xiàn)象中安培力的作用效果都是阻礙相對運動,應注意電磁驅動中阻礙的結果。若磁鐵運動,線圈中產生感應電流的結果是安培力的方向與磁鐵運動方向相同,即電磁驅動;若磁場不動,線圈運動,則產生感應電流的結果是阻礙線圈運動,即電磁阻尼。注意：如圖所示,蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸轉動。(1)如果將磁鐵拿走,輕轉線圈,觀察線圈的轉動,若安裝上磁鐵,用同樣的力轉動線圈,你會觀察到兩次現(xiàn)象有什么不同,為什么?(2)先讓線圈靜止,轉動磁鐵,觀察線圈有什么現(xiàn)象發(fā)生,為什么?(1)觀察到沒有磁鐵時線圈轉動的時間比有磁鐵時轉動的時間長很多。有磁鐵時,線圈轉動會產生感應電流,感應電流的安培力阻礙線圈的轉動。(2)觀察到線圈隨著磁鐵的轉動會慢慢轉動起來。線圈中產生感應電流,感應電流的安培力阻礙線圈相對磁鐵的運動,即使線圈慢慢隨磁鐵轉動起來。一、電磁感應現(xiàn)象中的感生電場一個閉合回路靜止于磁場中,由于磁場強弱的變化,閉合電路內將會產生感應電動勢。1.感生電場:磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場,我們把它叫作感生電場。2.感生電動勢:由感生電場產生的感應電動勢。3.感生電場的方向:與所產生的感應電流的方向相同,可根據(jù)楞次定律和安培定則判斷。課堂探究SN真空室靶電子軌道電子槍電子感應加速器當電磁鐵線圈中電流方向與圖示一致時，電流大小怎么變化才能使電子加速？電子加速電子受力與電場方向相反電場順時針原磁場向上感應電流順時針感應電流的磁場向下穿過真空室磁通量變大電磁鐵中電流變大例1

著名物理學家費曼曾設計過這樣一個實驗裝置:一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉動,在圓板的中部有一個線圈,圓板的四周固定著一圈帶電的金屬小球,如圖所示。當線圈接通電源后,將有圖示方向的電流流過,則下列說法正確的是(