2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-第二课时-电磁阻尼和电磁驱动-【物理优课PPT】高中物理选择性必修第二册同步PPT课件（人教版2019）

人教版（2019） 高中物理 选择性必修第二册 第二章：电磁感应 授课老师：物理优课PPT Vortex, electromagnetic damping and electromagnetic drive 新课引入 新课引入 学习目标 1 了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小。 2 通过实验了解涡流现象，知道涡流是怎样产生的，了解涡流现象的利用和危害。 4 了解电磁阻尼和电磁驱动。 3 通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生产生活中的应用。 思考与讨论 一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线圈所受安培力的方向。此时安培力对线圈的运动有什么影响？ 思考与讨论 如图所示是一个单闸线圈落入磁场的过程： （1）线圈产生的感应电流的方向？ （2）线圈所受的安培力的方向？是阻碍还是推动导体运动？ （3）从楞次定律角度分析安培力的作用效果？ （4）从能量转化角度分析安培力的作用效果？ v a b c d 楞次定律角度： 导体在磁场中运动 磁通量发生变化 安培力阻碍导体运动 阻碍作用 能量转化角度： 导体的机械能减少 安培力做负功 导体的电能增加 F安 电磁阻尼 2.电磁驱动 3.课后练习 1.电磁阻尼 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。 思考：磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，如图所示。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？ 电磁阻尼 线圈在磁场中运动，感应电流所受的安培力方向总与相对运动方向相反。 电表中使用铝框做线圈骨架的好处是铝质材料不会被磁化；不会影响电表的磁场分布；同样的铝框比铁框的电阻小涡流强,电磁阻尼效果好,指针能很快地稳定指到读数位置上。 思考：磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，如图所示。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？ 电磁阻尼 微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？ 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，剧裂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，微安表内部有磁体，有线圈。 把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，使指针迅速停止摆动，保护游丝，指针。使表头线圈闭合产生电磁阻尼，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。 电磁阻尼 铝框 磁电式仪表为什么用铝框做线圈骨架? 灵敏电流表的表头在运输时， 为何应该把两个接线柱连在一起？ 电磁阻尼 指针很快指到示数位置 电磁阻尼 降低晃动对表头的影响 电磁阻尼应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等。 电磁阻尼 电磁阻尼 电磁阻尼 电磁阻尼 分析下列现象的原因，并说明现象中的能量转化？ 1.磁铁能使铜盘较快停下 2.线圈能使磁铁较快地停下来 3.铝管不同，磁铁下落速度也不同 电磁阻尼，使金属盘，磁铁和金属球快速停下，机械能转化为电能以热的形式散发到周围的空气中。 用胶木管或塑料管？ 思考讨论 当线圈在磁场中运动时，感应电流会使导体收到安培力，安培力的方向总阻碍导体的运动，会产生电磁阻尼现象。 一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，可以绕支点自由转动。如果转动线圈周围的蹄形磁体，线圈是否会运动起来？为什么？ 电磁阻尼 电磁阻尼 （1）铝框闭合时，磁铁与铝框的旋转方向和旋转快慢有何特点？ （2）铝框不闭合时，铝框是否旋转？ 两者同向旋转，但铝框旋转的更慢些 铝框不旋转的 磁铁的旋转磁场使铝框随着旋转 交流感应电动机 2.电磁驱动 3.课后练习 1.电磁阻尼 电磁驱动 磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体跟着磁场转动，这种现象称为电磁驱动。 线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。 交流感应电动机就是利用 电磁驱动的原理工作的 连接到三相电源时能产生旋转的磁场 一种交流感应电动机的结构 应用：交流感应电动机：磁场能→电能→机械能 电磁驱动 应用：交流感应电动机，家用电度表，车内的速度计等。 电动机 电表 速度计 电磁驱动 磁悬浮列车也是利用电磁驱动的原理工作的。 磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁驱动力引导，推动列车前行。 电磁驱动 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，从图示位置转过900的过程中： （1）用右手定则或楞次定律分析线圈产生的感应电流的方向？ （2）在图示位置线圈所受的安培力的方向？是阻碍还是推动线圈运动？ 在图示位置磁铁所受的安培力的方向？是阻碍还是推动磁铁运动？ （3）从楞次定律角度分析安培力对磁铁或线圈作用效果？ （4）从能量转化角度分析安培力对磁铁或线圈作用效果？ 电磁驱动 电磁阻尼 楞次定律角度： 磁场与导体相对运动 磁通量发生变化 安培力阻碍磁铁或推动导体运动 阻碍作用 能量转化角度： 安培力对磁铁做负功 ，安培力对导体做正功 导体的电能和动能 磁铁的机械能 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相对磁场运动方向相反，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导体与磁场间的相对运动 电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系 电磁阻尼是导体运动(或者速度较大)时，安培力的方向与导体的运动方向相反，阻碍导体的运动。 电磁驱动是磁场运动，导体静止(或者速度较小)时，安培力对导体提供动力，使导体随磁场运动。 电磁阻尼和电磁驱动，都是由于导体相对于磁场运动引起磁通量的变化，产生感应电流，安培力的方向与导体的相对运动方向相反，阻碍导体相对运动。 电磁阻尼和电磁驱动 人造卫星绕地球运行时，轨道各处地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有微弱的感应电流。分析这一现象中的能量转化情形，它对卫星的运动可能产生怎样的影响？ 电磁阻尼 卫星部分动能转为电能 F引>F向 近心运动 轨道降低 电磁驱动 电磁驱动 『判一判』 (1)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。 (　　) (2)涡流有热效应，但没有磁效应。 (　　) (3)电磁灶是在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的。 (　　) (4)制造变压器用的铁芯是利用了涡流。 (　　) (5)发生电磁驱动时，导体与磁场的速度应相同。 (　　) √　 ×　 √　 ×　 ×　 2.电磁驱动 3.课后练习 1.电磁阻尼 课后练习 1.如图所示，是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是( 　　) A．探测器内的探测线圈会产生交变磁场 B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到 C．探测到地下的金属是因为探头中产生了涡流 D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流 AD 课后练习 2.如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B．不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ） A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点 C．A点低于B点 D．铜环将做等幅摆动 B 铜环最终的运动状态是怎样？ 课后练习 3.在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动情况是( ) A、都做匀速运动 B、甲做加速运动 C、乙做匀速运动 D、丙做匀速运动 BD 铁块会被磁化，与磁铁相互吸引 铝块不会被磁化，形成涡流，与磁铁相互排斥 课后练习 4、如图所示，一铜球在磁场中从高为h的曲面滚下，沿曲面的另一侧上升，设铜球初速度为零，不计摩擦，则（ ） A．若是匀强磁场，球上升的高度小于h B．若是匀强磁场，球上升的高度大于h C．若是非匀强磁场，球上升的高度等于h D．若是非匀强磁场，球上升的高度小于h D 课后练习 5.（多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示.实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后.下列说法正确的是（ ） A.圆盘上产生了感应电动势 B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动 C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通 　量发生了变化 D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产 　生的磁场导致磁针转动 BC 课后练习 6. 如图，一个铝框放在蹄形磁铁的两磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，然后转动磁铁，若忽略空气和一切摩擦阻力，则（　　） A．铝框与磁铁的转动方向总相同 B．铝框与磁铁的转动方向总相反 C．当磁铁停止转动后，铝框将会保持匀速转动 D．若两者静止时转动铝框，磁铁则不会转动 A 课后练习 7. 零刻度在表盘正中间的电流计，非常灵敏，通入电流后，线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力作用达到平衡时，指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难。在指针转轴上装上的扇形铝框或扇形铝板，在合适区域加上磁场，可以解决此困难。下列方案合理的是（　　） D 课后练习 7. 一次物理课上老师拿了一只微安表，用手左右晃动电表，让同学们观察表针相对表盘摆动的情况。然后用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次以同样的方式晃动电表，让同学们观察表针相对表盘摆动的情况。下列判断和解释正确的是（　　） A．不连接接线柱时，晃动电表，因表内线框切割磁感线，产生感应电动势从而引起表针摆动 B．连接接线柱后，晃动电表，电表自身形成的闭合回路，造成表针打偏、失灵等 C．连接接线柱后，晃动电表，由于电磁阻尼，表针晃动幅度会变小，并能较快停下 D．第二次实验时，表针相对于表盘摆动的幅度比第一次实验时摆动的幅度大 C 课后练习 8. 【例】如图所示，使一个水平铜盘绕过其圆心的竖直轴OO‘转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的.现把一个蹄形磁铁水平向左移近铜盘，则（ ） A．铜盘转动将变快 B．铜盘转动将变慢 C．铜盘仍以原来的转速转动 D．因磁极方向未知，无法确定 B 课后练习 9. 【例】一根上端固定的弹簧，其下端挂一条形磁铁，磁铁在上下振动，由于空气阻力很小，磁铁的振动幅度几乎保持不变。如图所示，若在磁铁振动过程中把一导电线圈靠近磁铁下方，则关于磁铁上下震动的幅度，下列说法中正确的是（ 　　） A．S闭合时磁铁的振动幅度迅速减小，S断开时磁铁的振动幅度几乎不变 B．S闭合时磁铁的振动幅度迅速增大，S断开时磁铁的振动幅度几乎不变 C．S闭合或断开，磁铁的振动幅度变化相同 D．S闭合，磁铁上下振动时会有机械能转化成电能 AD 人教版（2019） 高中物理 选择性必修第二册 第二章：电磁感应 授课老师：物理优课PPT Vortex, electromagnetic damping and electromagnetic drive Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 ���㹤����,2003 Lavf58.29.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) $$