高中物理(新教材)选修二课件2：2-3-涡流、电磁阻尼和电磁驱动 人教版

第3节涡流、电磁阻尼和电磁驱动在电磁的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上放置铁锅，铁锅就会发热，你知道这是为什么吗？情境导入一、电磁感应现象中的感应电场1.感生电场：磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是电荷产生的，我们把它叫作感生电场。2.感生电动势：如果感应电动势是由感生电场产生的，它也作感生电动势。从图2.3-1甲中可以看到，磁场方向由下向上，如果从上向下看(2.3-1乙)，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。为使电子加速请思考以下问题：感生电场方向是顺时针还是逆时针？磁场应该由强变弱还是由弱变强？电磁铁线圈中的电流应该由小变大还是由大变小？顺时针由弱变强由小变大如果穿过线圈的磁通量发生变化，它附近的任何导体都会产生感应电流，如图中的虚线所示。这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。1.定义若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。2.特点二、涡流3．涡流的应用①涡流热效应的应用，如真空冶炼炉，电磁炉。真空冶炼炉原理：金属块中的涡流会产生热量。用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（如图），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。②涡流磁效应的应用，如探雷器、安检门、金属探测仪。电磁炉原理：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的。安检门金属探测仪探雷器探雷器原理：士兵手持一个长柄线圈在地面扫过线圈中有变化着的电流。如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。这种探雷器可以用来探测有金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。例1：电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠．如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（）A．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好B．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用B例1：电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠．如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（）A．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好B．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用B危害：在各种电动机、变压器中，涡流是非常有害的。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，会使电动机、变压器的效率降低。防止：为了减少涡流，变压器、电动机里的铁芯不是由一整块的钢铁制成。而是由薄薄的硅钢片叠合而成。一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大。另一方面，每层硅钢片之间都是绝缘的。阻断了涡流的通路，进一步减少涡流的发热。4.涡流的危害与防止例2：(多选)下列哪些措施是为了防止涡流的危害(

)A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B．探雷器的线圈中要通变化着的电流C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层

CD思考如图所示，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？安培力对线圈的运动起到阻碍的作用vIFB当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力作用，安培力总是阻碍导体的运动，即电磁阻尼。1.电磁阻尼2.应用磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。三、电磁阻尼思考：为什么灵敏电流表在运输时总要用导线把两个接线柱连在一起？连接接线柱的导线提示：微安表是一种高灵敏度、高精度电流表，表内的指针因振动会产生摇摆，剧烈摇摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度或失灵等。故在运输中，用导线短路两接线柱，使内部表头线圈闭合产生磁阻，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。思考：为什么灵敏电流表在运输时总要用导线把两个接线柱连在一起？连接接线柱的导线提示：微安表是一种高灵敏度、高精度电流表，表内的指针因振动会产生摇摆，剧烈摇摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度或失灵等。故在运输中，用导线短路两接线柱，使内部表头线圈闭合产生磁阻，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁体，观察铝框的运动。四、电磁驱动电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，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：交流感应电动机即利用电磁驱动的原理工作的。产生旋转磁场的装置电动机电磁阻尼电磁驱动不同点成因由导体在磁场中运动形成由磁场运动形成效果安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力安培力的方向与导体运动方向相同，为动力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相同点两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场的相对运动电磁阻尼与电磁驱动异同例3：磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，工作效应比靠摩擦力刹车更稳定，如图为该新型装置的原理图（从后面朝前看）；过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来，关于该装置的下列说法正确的是（）A．刹车原理是利用了电流的磁效应B．过山车从进入停车区到停止的过程，动能转化成电能C．过山车进入停车区的速度越大，刹车的阻力越大D．若将铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果C例4：如图所示为演示电磁驱动的装置，图中①是磁铁，②是电极，当电机带动磁铁旋转时，靠近它的金属圆盘(图中③)也会绕轴转动起来．关于电磁驱动与电磁阻尼，下列说法正确的是(

)A．电磁驱动是一种非接触传动，它减小了皮带或齿轮传动的粉尘、噪音、震动等危害，还能避免磨损问题B．电磁驱动离不开涡流，正是磁场对涡流的作用力，实现了这种非接触传动，而且两者转速可以达到同步C．电磁驱动效率可以达到100%D．磁电式仪表运输过程中用导线将正负接线柱短接，利用了电磁阻尼AD例5：甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴O1O2旋转，现让它们以相同角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止，若将圆环置于如图所示的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向垂直，乙环的转轴与磁场方向平行，现让甲、乙两环同时以相同的初始角速度开始转动后，下列判断正确的是(

)A．甲环先停下

B．乙环先停下C．两环同时停下

D．两环都不会停下

A备用工具&资料例4：如图所示为演示电磁驱动的装置，图中①是磁铁，②是电极，当电机带动磁铁旋转时，靠近它的金属圆盘(图中③)也会绕轴转动起来．关于电磁驱动与电磁阻尼，下列说法正确的是(

)A．电磁驱动是一种非接触传动，它减小了皮带或齿轮传动的粉尘、噪音、震动等危害，还能避免磨损问题B．电磁驱动离不开涡流，正是磁场对涡流的作用力，实现了这种非接触传动，而且两者转速可以达到同步C．电磁驱动效率可以达到100%D．磁电式仪表运输过程中用导线将正负接线柱短接，利用了电磁阻尼AD电磁阻尼电磁驱动不同点成因由导体在磁场中运动形成由磁场运动形成效果安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力安培力的方向与导体运动方向相同，为动力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相同点两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场的相对运动电磁阻尼与电磁驱动异同一、电磁感应现象中的感应电场1.感生电场：磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是电荷产生的，我们把它叫作感生电场。2.感生电动势：如果感应电动势是由感生电场产生的，它也作感生电动势。3．涡流的应用①涡流热效应的应用，如真空冶炼炉，电磁炉。真空冶炼炉原理：金属块中的涡流会产生热量。用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（如图），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。②涡流磁效应的应用，如探雷器、安检门、金属探测仪。电磁炉原理：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的。安检门金属探测仪探雷器例1：电磁炉热效率高达90