物理人教版高中选择性必修二（2019年新编）2-3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件

第3节涡流、电磁阻尼和电磁驱动第二章电磁感应知识点电磁感应现象中的感生电场感生电场：磁场变化时会在空间激发一种电场，我们把这种电场叫感生电场。磁场变化时闭合电路中产生了感应电动势，感生电场对自由电荷的作用“扮演”了非静电力的角色。1新知探究知识点电磁感应现象中的感生电场感生电场的方向判断1新知探究知识点电磁感应现象中的感生电场感生电动势：感生电场使导体中产生的电动势叫感生电动势。产生感生电动势的导体在电路中的作用是充当电源，其电路就是内电路，它与外电路连接就对会外电路供电。1新知探究知识点涡流定义当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流．电流在导体内自成闭合回路，很像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．2新知探究知识点涡流涡流产生的条件涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生的条件是穿过导体的磁通量发生变化，并且导体本身可自行构成闭合回路．同时，因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡．2新知探究知识点涡流可以产生涡流的两种情况(1)把块状金属放在变化的磁场中．(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．2新知探究知识点涡流涡流的特点当电流在金属块内自成闭合回路时(产生涡流时)，由于整块金属的电阻很小，故涡流往往很强，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新知探究知识点涡流能量转化伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能．如果金属块放在了变化的磁场中，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．2新知探究知识点涡流涡流的危害、防止及利用(1)涡流的危害在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的．首先它会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废；其次涡流发热要消耗额外的能量，使电机、变压器的效率降低．2新知探究知识点涡流涡流的危害、防止及利用(2)涡流的防止为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成的，而是用薄薄的硅钢片叠合而成的．一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大，从而减少损耗；另一方面，每层硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步减小了涡流的发热．计算表明：涡流的损耗与硅片的厚度的平方成正比．2新知探究知识点涡流(3)涡流的利用用来冶炼合金的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度．利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．为了增大涡流，达到快速熔化金属的目的，在线圈中通入高频交变电流，根据电磁感应定律，电流变化快，得到的感应电动势就大，涡流就强．家用电磁炉也是利用涡流工作的．2新知探究知识点涡流2新知探究知识点涡流对涡流现象的进一步理解(1)可以产生涡流的两种情况①把块状金属放在变化的磁场中。②让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。2新知探究知识点涡流对涡流现象的进一步理解(2)能量转化伴随着涡流现象,其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在了变化的磁场中,则磁场能转化为电能最终转化为内能;如果是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,金属的机械能转化为电能,最终转化为内能。2新知探究知识点涡流例如:如图所示,在O点正下方有一个具有理想边界的磁场,铜球在A点由静止释放向右摆至最高点B。不考虑空气阻力,铜球也回不到原来的高度,即A点一定高于B点,这是什么原因呢?铜球由A点运动至B点的过程中,在穿进穿出磁场两个阶段铜球中产生涡流,将铜球的一部分机械能转化为电能,最终产生了焦耳热,所以铜球的机械能减小,也就回不到原来的高度了。2新知探究知识点涡流【例题1】如图所示,在匀强磁场中,金属球从曲面上h高处滚下,又沿曲面的另一侧上升。设球的初速度为零,摩擦不计,则金属球在另一侧滚上的高度(选填“大于”“小于”或“等于”)h。

2新知探究知识点涡流点拨:涡流的产生条件有两个,一是穿过金属球的磁通量发生变化,二是金属球必须是自行组成闭合的回路。解析:由于金属球处于匀强磁场中,在从一侧滚上另一侧的过程中,穿过金属球的磁通量没发生变化,所以金属球内无涡流产生,也就没有机械能的损失,在另一侧就能滚上原来的高度。答案:等于2新知探究知识点涡流2新知探究题后反思涡流的本质是感应电流,紧扣感应电流的产生条件是解决这类问题的关键。触类旁通例题1中若金属球处于非匀强磁场中,结论又会怎样?答案:小于。因为此时滚动过程中穿过金属球的磁通量发生变化,金属球内有涡流产生,最终转化为金属球的焦耳热。即金属球的机械能有损失,所以在另一侧就滚不上原来的高度。知识点电磁阻尼定义闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到磁场力的作用，根据楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动，这就是电磁阻尼．3新知探究知识点电磁阻尼应用电磁阻尼有不少应用．例如：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数．由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来．为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼力矩，以使线圈迅速稳定在所示值的位置．电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一道理制成的．3新知探究知识点电磁阻尼【例题2】如图所示,弹簧上端固定,下端挂一只条形磁铁,使磁铁上下振动,磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁,观察磁铁的振幅将会发现()A.S闭合时振幅逐渐减小,S断开时振幅不变B.S闭合时振幅逐渐增大,S断开时振幅不变C.S闭合或断开,振幅变化相同D.S闭合或断开,振幅都不发生变化3新知探究知识点电磁阻尼点拨:产生感应电流的过程就是能量转化的过程。解析:S断开时,磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中无感应电流,振幅不变;S闭合时有感应电流,有电能产生,磁铁的机械能越来越小,振幅逐渐减小,选项A正确。答案:A题后反思涡流、电磁阻尼、电磁驱动其实都是电磁感应现象,产生的电流都是感应电流,根据楞次定律可知,阻碍的过程就是能量转化的过程。3新知探究知识点电磁驱动定义磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动．应用交流感应电动机．4新知探究知识点电磁驱动电磁驱动的形成原因如图，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如线圈处于如图所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈在安培力作用下会跟着一起转动起来．4新知探究知识点电磁驱动【例题3】如图所示,两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上,当一条形磁铁向左运动靠近两环时,两环的运动情况是()A.同时向左运动,间距变大B.同时向左运动,间距变小C.同时向右运动,间距变小D.同时向右运动,间距变大4新知探究知识点电磁驱动解析:本题考查了楞次定律和电磁驱动现象。当条形磁铁向左运动靠近两环时,将使穿过两环中的磁通量都增加,根据楞次定律,两环的运动都要阻碍磁铁相对环的运动,即阻碍“靠近”,那么两环都向左运动。又由于两环中的感应电流方向相同,两平行的同向电流间有相互吸引的磁场力,因而两环间的距离要减小,故B选项正确。答案:B题后反思从导体和磁体相对运动的角度来看,感应电流总要阻碍它们的相对运动,用这种方法来判断产生感应电流的导体的运动方向比较简单。4新知探究知识点电磁驱动4新知探究楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释．名师指点电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力效果安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍物体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，从而对外做功相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动名师指点电磁阻尼与电磁驱动的比较(1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律；(2)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体的运动速度仍要小于磁场的运动速度.1．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于______。A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd课堂训练【答案】D【详解】变压器的正视图如图：所以要减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd。故选D。课堂训练2．高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝融化焊接，要使焊接处产生的热量较大，下列措施不可采用是（）A．减小焊接缝的接触电阻B．增大焊接缝的接触电阻C．增大交变电流的电压D．增大交变电流的频率课堂训练【答案】A【详解】AB．增大电阻，在相同电流下，焊缝处热功率大，温度升的很高，故B正确，不符合题意，A错误，符合题意。C．当增大交变电流的电压，线圈中交流电流增大，则磁通量变化率增大，因此产生感应电动势增大，感应电流也增大，所以焊接时产生的热量也增大，故C正确，不符合题意；课堂训练【答案】A【详解】D．高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高的越快，故D正确，不符合题意。故选A。课堂训练3．如图所示，磁电式电流表的线圈常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，铝框的两端装有转轴，转轴的两边各有一个螺旋弹簧（绕制方向相反），关于磁电式电流表下列说法正确的是（）A．线圈通电后，由于螺旋弹簧的弹力作用，可以使指针尽快稳定下来B．线圈通电后，由于铝框中的电磁阻尼作用，可以使指针尽快稳定下来C．线圈骨架换成塑料，通电后也可以使指针尽快稳定下来D．在运输时要把正负接线柱用导线连在一起，主要是为了增强铝框中的电磁阻尼作用课堂训练【答案】B【详解】AB．常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，利用了铝框的电磁阻尼作用，故A错误，B正确；C．塑料做骨架因不能导电则达不到电磁阻尼的作用，故C错误；D．在运输时要把正负接线柱用导线连在一起，是接通回路能产生铝框中的电磁阻尼作用，而不能增强，故D错误；故选B。课堂训练4．如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（）A．线圈将逆时针转动，转速