高中物理(新教材)选修二课件3：2-3-涡流、电磁阻尼和电磁驱动 人教版

第二章电磁感应3涡流、电磁阻尼和电磁驱动电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗?新课导入一、电磁感应现象中的感生电场一个闭合回路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,闭合电路内将会产生感应电动势。1.感生电场:磁场变化时会在空间激发一种电场,我们把它叫作感生电场。2.感生电动势:由感生电场产生的感应电动势。3.感生电场的方向:与所产生的感应电流的方向相同,可根据楞次定律和安培定则判断。课堂探究如图所示,B增强,那么就会在空间激发一个感生电场E。如果E处空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动,而产生感应电流。(1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系?如何判断感生电场的方向?(2)上述情况下,哪种作用力扮演了电源中非静电力的角色?(1)感应电流的方向与正电荷移动的方向相同,感生电场的方向与正电荷受力的方向相同,因此,感生电场的方向与感应电流的方向相同,感生电场的方向可以用楞次定律判定。(2)感生电场对自由电荷的作用力。1.产生:如图所示,当磁场变化时,产生感生电场。感生电场的电场线是与磁场垂直的曲线。2.方向:闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就表示感生电场的电场方向。依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律判定感生电场的方向。注意：感生电场力虽然是电场力但不是静电力。它是一种非静电力。SN真空室靶电子轨道电子枪电子感应加速器当电磁铁线圈中电流方向与图示一致时，电流大小怎么变化才能使电子加速？电子加速电子受力与电场方向相反电场顺时针原磁场向上感应电流顺时针感应电流的磁场向下穿过真空室磁通量变大电磁铁中电流变大例1

著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置:一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动,在圆板的中部有一个线圈,圆板的四周固定着一圈带电的金属小球,如图所示。当线圈接通电源后,将有图示方向的电流流过,则下列说法正确的是(

)A.接通电源瞬间,圆板不会发生转动B.线圈中电流的增大或减小都会引起圆板向与线圈中电流方向相同的方向转动C.接通电源后,保持线圈中电流不变,圆板转动方向与线圈中电流流向相同D.若金属小球带负电,接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流流向相同典例精析解析

线圈接通电源瞬间,变化的磁场产生电场,从而导致带电小球受到电场力,使其转动,故A错误;线圈中电流增大或减小都会引起磁场的变化,从而产生电场,使小球受到电场力,从而转动,但由于电场力与电荷带正负电有关,故B错误;接通电源后,保持线圈中电流不变,则磁场不变,则不会产生电场,小球不受到电场力,故C错误;接通电源瞬间小球受到电场力作用而转动,由于金属小球带负电,故圆盘转动方向与线圈中电流流向相同,故D正确。答案

D二、涡流1.涡流:由于电磁感应,在导体中产生的像水中漩涡样的感应电流。2.特点:若金属电阻率很小,则涡流往往很强,产生的热量很多。课堂探究二、涡流1.涡流:由于电磁感应,在导体中产生的像水中漩涡样的感应电流。2.特点:若金属电阻率很小,则涡流往往很强,产生的热量很多。课堂探究3.应用:(1)热效应:真空冶炼炉,电磁炉。3.应用:(2)磁效应:探雷器,安检门。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浪费能量,损坏电器。(1)途径一:增大铁芯材料的电阻率。(2)途径二:用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒,使用时监考教师手持探测器,在考生前后左右和容易藏东西的部位划过,如藏有金属物品,即便是一粒金属纽扣,探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么?金属探测器通过其通有交流电的探测线圈,在隐蔽金属中产生涡流,涡流的磁场又影响探测线圈,从而改变原交流电的大小和相位,从而起到探测作用。1.对涡流的理解

本质电磁感应现象条件穿过金属块的磁通量发生变化,并且金属块本身可自行构成闭合回路特点整个导体回路的电阻一般很小,感应电流很大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2.产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中。(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。1.对涡流的理解

本质电磁感应现象条件穿过金属块的磁通量发生变化,并且金属块本身可自行构成闭合回路特点整个导体回路的电阻一般很小,感应电流很大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2.产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中。(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。

注意：例2(多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频交变电流,金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热,将焊缝熔化焊接,要使焊接处产生的热量较大可(

)A.增大交变电流的电压B.增大交变电流的频率C.增大焊接缝的接触电阻D.减小焊接缝的接触电阻

ABC典例精析三、电磁阻尼1.电磁阻尼:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼。2.应用:磁电式电流表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置,便于读数。课堂探究四、电磁驱动1.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,这种作用常常称为电磁驱动。2.应用:交流感应电动机。如图所示,蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。(1)如果将磁铁拿走,轻转线圈,观察线圈的转动,若安装上磁铁,用同样的力转动线圈,你会观察到两次现象有什么不同,为什么?(2)先让线圈静止,转动磁铁,观察线圈有什么现象发生,为什么?(1)观察到没有磁铁时线圈转动的时间比有磁铁时转动的时间长很多。有磁铁时,线圈转动会产生感应电流,感应电流的安培力阻碍线圈的转动。(2)观察到线圈随着磁铁的转动会慢慢转动起来。线圈中产生感应电流,感应电流的安培力阻碍线圈相对磁铁的运动,即使线圈慢慢随磁铁转动起来。电磁阻尼与电磁驱动的比较

比较项目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,阻碍导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磁场与导体间的相对运动(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。若磁铁运动,线圈中产生感应电流的结果是安培力的方向与磁铁运动方向相同,即电磁驱动;若磁场不动,线圈运动,则产生感应电流的结果是阻碍线圈运动,即电磁阻尼。注意：例3

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少,振幅逐渐减小。A电磁驱动和电磁阻尼现象中安培力的作用效果均为阻碍导体间的相对运动。典例精析备用工具&资料(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。若磁铁运动,线圈中产生感应电流的结果是安培力的方向与磁铁运动方向相同,即电磁驱动;若磁场不动,线圈运动,则产生感应电流的结果是阻碍线圈运动,即电磁阻尼。注意：如图所示,蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。(1)如果将磁铁拿走,轻转线圈,观察线圈的转动,若安装上磁铁,用同样的力转动线圈,你会观察到两次现象有什么不同,为什么?(2)先让线圈静止,转动磁铁,观察线圈有什么现象发生,为什么?(1)观察到没有磁铁时线圈转动的时间比有磁铁时转动的时间长很多。有磁铁时,线圈转动会产生感应电流,感应电流的安培力阻碍线圈的转动。(2)观察到线圈随着磁铁的转动会慢慢转动起来。线圈中产生感应电流,感应电流的安培力阻碍线圈相对磁铁的运动,即使线圈慢慢随磁铁转动起来。一、电磁感应现象中的感生电场一个闭合回路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,闭合电路内将会产生感应电动势。1.感生电场:磁场变化时会在空间激发一种电场,我们把它叫作感生电场。2.感生电动势:由感生电场产生的感应电动势。3.感生电场的方向:与所产生的感应电流的方向相同,可根据楞次定律和安培定则判断。课堂探究SN真空室靶电子轨道电子枪电子感应加速器当电磁铁线圈中电流方向与图示一致时，电流大小怎么变化才能使电子加速？电子加速电子受力与电场方向相反电场顺时针原磁场向上感应电流顺时针感应电流的磁场向下穿过真空室磁通量变大电磁铁中电流变大例1

著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置:一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动,在圆板的中部有一个线圈,圆板的四周固定着一圈带电的金属小球,如图所示。当线圈接通电源后,将有图示方向的电流流过,则下列说法正确的是(