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

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 动生电动势 洛伦兹力的分力让自由电荷在CD棒内定向移动 当线圈不动，磁场强度发生变化时也能产生感应电流，是什么力让自由电荷定向移动呢？ 一、电磁感应现象中的感生电场 1.感生电场 麦克斯韦认为，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，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。 由感生电场产生的电动势叫感生电动势。 静电场由电荷产生，感生电场由变化的磁场产生 变化磁场 激发 感生 电场 力 导体中 自由电荷 定向移动 感应 电流 感生电动势 产生 电子感应加速器 体会感生电场的特点： 利用感生电场使电子加速的设备，当线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速 （1）感生电场的电场线是闭合的 （2）感生电场位于与变化磁场垂直的平面内 （3）感生电场的方向与感应电流方向一致（可通过楞次定律判断） 大小由 计算。 E感 B变大 B变小 闭合回路(假定其存在)的感应电流方向就表示感生电场的方向。判断思路如下： 二、涡流 当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，这个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，如果用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 二、涡流 涡流的应用：①利用涡流的热效应加热 二、涡流 涡流的应用：①利用涡流的热效应加热 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。 二、涡流 涡流的应用：②利用涡流的磁效应 安检门 探雷器 线圈中有变化着的电流。如果遇到金属物品，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。 二、涡流 涡流的防止： 为了增加磁性，电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上 为了减小涡流，途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯 安培力对线框的运动有何影响？ 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作用，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 安培力做负功，把其他形式能（机械能）转化为导体内的电能。 将两磁体在同一高度释放，下方放有闭合线圈的磁体很快停止振动，而下方不放闭合线圈的磁体能振动较长时间，如何解释这个现象？ 某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快停止。你能解释其中的原因吗？ 电流表正负接线柱短接后与线圈组成闭合电路，由于指针和线圈是固定在一起的，所以指针摆动时会带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而在线圈中产生感应电流，而感应电流会产生阻碍线圈转动的效果，从而有效减轻了指针的摆动。 2.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。 电磁驱动实例: 交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。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。 电磁阻尼 电磁驱动 不 同 点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的 效果 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力方向与导体运动方向相同，为动力 能量 转化 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 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 共同点 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动 1．(多选)某空间出现了如图所示的磁场，当磁感应强度 变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生电场，有关 磁感应强度的变化与感生电场方向的关系，下列描述正 确的是（ ） A．当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向 B．当磁感应强度均匀增大时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向 C．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为顺时针方向 D．当磁感应强度均匀减小时，感生电场的电场线从上向下看应为逆时针方向 AD 2.现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图所示，图甲为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；图乙为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体线圈中电流（ ） 的大小可使电子加速。则下列判断正确的是 A.真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 B.通入电磁体线圈的电流在增强 C.电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 D.电子在轨道中做圆周运动的向心力是由静电力提供的 B 3.(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，它的工作原理是：在封口机工作时，套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过，致使靠近线圈(但与线圈绝缘)的铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在被封容器的瓶口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是（ ） A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C.封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决 D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器 CD 4.如图，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极之间。铝框可以绕支点自由转动，先使铝框和磁体静止，转动磁体，观察铝框的运动，可以观察到（ ） A.铝框与磁体转动方向相反 B.铝框始终与磁体转动的一样快 C.铝框是因为受到安培力而转动的 D.当磁体停止转动后，如果没有空气阻力 和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动 C 5.如图所示，有一铜盘轻轻拨动后会绕转轴自由转动，如果转动时把蹄形磁体的两极放在铜盘的边缘，但不与铜盘接触。下列说法正确的是（ ） A.铜盘转得越来越快 B.铜盘中会有涡流产生 C.这是电磁驱动现象 D.上下交换磁极铜盘会转得越来越快 B 6.(多选)汽车使用的电磁制动原理示意图如图所示，当导体在固定通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（ ） A.制动过程中，导体不会发热 B.导体运动的速度越快，制动力越大 C.改变线圈中的电流方向，导体就可获得动力 D.制动过程中导体获得的制动力逐渐减小 BD $$