2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

nullnullnullnullnull2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 图片区 1 2025/1/15 一、电磁感应现象中的感生电场 1.感生电场 _________认为，磁场变化时会在空间激发一种_____，这种电场叫作感生电场. 2.感生电动势 由感生电场产生的电动势叫感生电动势. 3.电子感应加速器 电子感应加速器是利用_________使电子加速的设备，当电磁铁线圈中_____的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速. 麦克斯韦 电场 感生电场 电流 自主学习 二、涡流 1.涡流：当线圈中的_____随时间变化时，线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作_______，简称_____. 2.金属块中的涡流会产生_____，利用涡流产生的_____可以冶炼金属. 电流 涡电流 涡流 热量 热量 知识点一：电磁感应现象中的感生电场 B B B’ 1、麦克斯韦的解释 磁场 变化 激发 感生 电场 力 导体中 自由电荷 形成 感应 电流 静止电荷 激发 静电场 感生电动势 （非静电力） 产生 导体 闭合 磁场减弱 电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备。它的基本原理如图示，上下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？ 应用实例---电子感应加速器 应用实例---电子感应加速器 电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备。它的基本原理如图示，上下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？ 电子带负电 电场应沿顺时针方向 由楞次定律可知：原磁场应该由弱变强 二、涡流 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。 3. 应用 1、涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉。 （1）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 学科网原创 电磁炉通过往炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而产生热量，加热食物。 电磁炉 交流电源 焊 接 处 待焊接元件 线圈导线 高频焊接 线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，焊缝处电阻很大，感应电流通过焊缝处会产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起。 [例2] (多选)如图2所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(　 　) A.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快 C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小 D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大 AD 金属探测器 探雷器的长柄线圈中，通有变化的电流，在其周围就产生变化的磁场 埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流 涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警 2、涡流的磁效应: 13 安检门 金属探测仪 金属检测仪、安检门可以探测人身携带的金属物品，道理是一样的。（涡流） 涡流的应用 涡流的磁效应: 金属探测器 涡流的防止 线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。 涡流的危害: 烧坏的电机： 变压器 涡流 左边线圈电流变化时，通过铁芯，右边线圈也感应出了电流，改变了电压。 但是铁芯里也会感应出涡流，浪费了能量 怎样减少涡流损耗？ 1、增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢 涡流的防止 用硅钢片做变压器的铁芯 怎样减少涡流损耗？ 1、增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢 涡流的防止 2、用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢片 交变电流 交变电流 整块铁芯 彼此绝缘的硅钢片 例. 如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是(　　　) 　　A．恒定直流、小铁锅　　　 　　B．恒定直流、玻璃杯 　　C．变化的电流、小铁锅 　　D．变化的电流、玻璃杯 解析：通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温。 故C正确。 1.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. 2.产生涡流时的能量转化 (1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能. (2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能. 小结： 三、电磁阻尼 感应 阻碍导体的运动 自主学习 四、电磁驱动 安培力 使导体运动 知识点三：电磁阻尼 分析图中线圈中感应电流的方向和所受安培力的方向，并研究安培力对线圈的运动有何影响? 问题 当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动。 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——电磁阻尼。 知识点三：电磁阻尼 2.电磁阻尼的应用 问题1：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？ （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？ （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？ ＋ I F安 F安 F安 I 【分析】 (2)、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。 知识点三：电磁阻尼 2.电磁阻尼的应用 电磁阻尼摆 (3)、金属管演示涡流的电磁阻尼现象 (4)、弹簧振子演示电磁阻尼现象 例. 如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO' 转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则(　 ) 　A．铜盘转动将变慢 　B．铜盘转动将变快 　C．铜盘仍以原来的转速转动 　D．铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定 电磁驱动 四、电磁驱动 1、电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，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而运动起来的现象。线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。 2、应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。 交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。 知识点四：电磁驱动 2. 电磁驱动应用 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。 （1）磁悬浮列车也是利用电磁驱动的原理工作的。 3、电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系 联系：安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。 区别：①电磁阻尼是导体相对于磁场运动; ②电磁驱动是磁场相对于导体运动。 [例4] (多选)如图3所示，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，则(　　) A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C.线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流 D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda BC 无标题项目 1、概念：当导体在磁场中运动时， 电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是 ． 2、应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数． 1、概念：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到 的作用， 起来． 2、应用：交流感应电动机 无标题项目 Lavf58.29.100 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$nullnullnull