2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第二章 电磁感应 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 教学目标 CONTENT 01 02 03 了解电磁阻尼和电磁驱动 了解涡流的产生机理及其应用 理解感生电场 2 新课引入 电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热， 在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？ 交流与思考： 电流是怎样产生的？自由电荷为什么会运动？ 使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的力吗？ 猜想：使电荷运动的力可能是 洛伦兹力、静电力、或者是其它力. 英国麦克斯韦认为磁场变化时会在周围空间激发一种电场——感生电场,闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动，产生感应电流. 麦克斯韦 电磁感应现象中的感生电场 一 知能提升 (1)定义:变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场). (3) 电场线:是闭合的曲线. 1、感生电场 (2)方向:就是感生电流的方向. 用楞次定律判断. 2、感生电动势：由感生电场产生的感应电动势. 感生电场对自由电荷的作用→非静电力 3、电子感应加速器 柱形电磁铁产生磁场。磁场中安置一个环形真空管道。 当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场。 射入其中的电子就受到感应电场的持续作用而被不断加速。 4、电子感应灯 第四代照明灯具：寿命是白炽灯的100倍，节能比传统意义节能灯还节能一倍. 无电极、无灯丝、高光效、高显色、长寿命 涡流 二 知能提升 1. 定义 由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。如图中的虚线所示。 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。 导体中产生涡流 3. 应用 （1）涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉。 （2）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。 真空冶炼炉 （3）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（如图所示）。 （4）涡流磁效应：探雷器，安检门。 （5）探雷器原理：士兵手持一个长柄线圈在地面扫过（如图），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。 电磁炉加热食物 探雷 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。如图所示。 用硅钢片做变压器的铁芯 讨论与交流： 答案：金属探测器的探测线圈中通有交流电，当靠近隐藏的金属物品时，会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。 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？ 电磁阻尼 三 知能提升 1. 概念 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运动的现象。 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。 磁电式仪表 导体在磁场中运动 BIL 做一做： 取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同？微安表的表头在运输时为何应该把两个接线柱连在一起？ 构成闭合回路，防止指针摆动。 拓展学习： 电磁阻尼摆 拓展学习： 铝管中电磁阻尼 观察铝框的运动 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。怎样解释铝框的运动？ 演示实验： 1. 概念 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 交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。 电磁驱动 四 知能提升 电磁驱动演示仪 3. 电磁阻尼与电磁驱动的理解 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