2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（课件）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第二册）

3. 涡流、电磁阻尼、电磁驱动 第二单元 电磁感应 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 通过1.了解涡流是怎样产生的。 2.了解涡流现象的应用和防止。 2科学思维： 通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。 3科学探究： 了解电磁阻尼和电磁驱动。了解电磁阻尼和电磁驱动现象在生活和生产中的应用。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 核 心 素 养 1.中高考金属探测器已广泛应用，其工作原理是怎样的？为什么检测到金属会报警呢？ 一、问题引入 ‌ 金属探测器的工作原理基于电磁感应原理。‌它通常由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等部分组成。高频振荡器产生高频磁场，当金属物体进入这个磁场时，会在金属中产生涡电流，从而导致磁场能量损耗增加，振荡减弱或停止，进而触发报警信号。‌ 具体来说，金属探测器通常包含一个中央发射线圈和两个对等的接收线圈。振荡器通过发射线圈产生高频磁场，接收线圈在正常情况下产生的电压信号相互抵消。当金属杂质进入磁场区域时，这种平衡被打破，未被抵消的感应电压被放大处理，触发报警信号。 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。 知识点一、电磁感应现象中的感应电场 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。 麦克斯韦 知识点一、电磁感应现象中的感应电场 磁场 变化 激发 感生 电场 导体中自 由电荷 形成 感应 电流 感生电动势 （非静电力） 产生 导体 闭合 力 B 麦克斯韦的解释 感生电场应用实例---电子感应加速器 ⑴作用:应用感生电场来加速电子。 ⑵结构： 环形真空管道—电子运行的轨道； ⑶工作过程： 磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场； 射入其中的电子就受到感生电场力而不断加速。 柱形电磁铁—产生变化的磁场； 电磁感应现象中的感生磁场 1.感生电场方向是顺时针还是逆时针？ 2.磁场应该由强变弱还是由弱变强？ 3.电磁铁线圈中的电流应该由小变大还是由大变小？ 典例精析 典例1．从图甲中可以看到，磁场方向由下向上，如果从上向下看(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： 顺时针 由弱变强 由小变大 知识点二、涡流 1.定义：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2.3-2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。 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： 知识点二、涡流 金属探测仪 安检门 3. 涡流的应用： 真空冶炼炉、探雷器、金属探测仪、安检门。 磁通量发生变化 导体内部等效许多闭合电路 涡流 产生感应电动势 电流随时间变化 反作用于线圈使仪器报警 知识点二、涡流 4.涡流的危害与防止 （1）危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流: ①使铁芯发热， （2）防止： 增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 ②浪费了能量， ③还可能损坏电器。 怎样减少涡流损耗？ 典例2．如图所示为真空冶炼炉，真空冶炼涡流是一种利用电磁感应产生涡流的技术。通过在真空条件下对炼钢过程进行控制，可以有效地去除钢液中的气体、杂质和氧化物。下列说法正确的是（　　） 知识点二、涡流 A．电源可以是高压直流电 B．增大电源频率，炉内金属中产生的电流增大 C．增大电源频率，炉内金属中产生的电流减小 D．增大电源频率，炉内金属中产生的电流不变： B 知识点三、电磁阻尼 1.定义：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——电磁阻尼。 2.电磁阻尼的应用 问题：磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？ （1）假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？ 由右手定则可知，右侧产生的电流向里，左侧产生的电流向外，故从上向下看产生的感应电流为逆时针方向。 问题：磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？ （2）铝框由于转动产生感应电流，铝框会受安培力，安培力是沿什么方向的？ 有左手定则知，此时铝框中受到的安培力与运动方向相反， （3）安培力对铝框的转动产生什么影响？ （4）使用铝框做线圈骨架有什么好处？ 常用铝框做骨架，当线圈在磁场转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培力阻碍其运动，使其很快停止摆动。 知识点三、电磁阻尼 起到了阻尼作用 典例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（　　） 知识点三、电磁阻尼 知识点三、电磁阻尼 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 知识点四、电磁驱动 如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁体时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么？ 当蹄形磁体顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁体逆时针转动时，线圈也逆时针转动。线圈内产生感应电流，线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。 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。 知识点四、电磁驱动 应用：感应电动机。 磁悬浮列车也是利用电磁驱动的原理工作的。 磁悬浮列车 课堂反馈 1．英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为R的绝缘粗糙细圆环水平放置，环内存在半径为r的匀强磁场区域，磁场方向竖直向上，环上套一电荷量为+q，质量为m的绝缘小球。已知小球与圆环间的动摩擦因数为µ，磁感应强度B随时间变化规律为 ，小球在环上恰好做匀速圆周运动，若小球在环上运动一周，则摩擦力对小球所做功的大小是（　　） 课堂反馈 2．电磁炉（图甲）是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学依据电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图乙所示。在线圈上放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（　　） D 课堂反馈 A．家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物 B．家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差 C．简易电磁炉工作时，利用自感产生的电流来加热水 D．仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间 课堂小结 涡流、电磁阻尼、电磁驱动均是电磁感应的具体应用 感生电场 涡流及其应用和防止 电磁驱动及其应用 电磁阻尼及其应用 涡流、电磁阻尼、电磁驱动 Lavf58.45.100 $$