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

第二章 第三节 涡流 电磁阻尼 和电磁驱动 高中物理选择性必修第二册 新课引入 为什么12V的线圈能够在短时间内将铁棒加热到通红状态，关键是没有看到加热的火焰，铁棒被加热的原理是什么？为什么同样的线圈对人体没有加热作用？ 电磁感应现象中的感生电场 1、在电磁感应现象中，变化的磁场会使闭合电路中的导体产生感应电流，那么，使导体中自由电荷定向移动的作用力是什么力呢？ × × × × × × × 磁场增强 ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ 2.是不是变化的磁场对电荷产生的作用力呢？如果不是，那会是什么力呢？这个力有什么特点呢？ 电磁感应现象中的感生电场 麦克斯韦 变化的 磁场 感生 电场 自由电荷 感应电流 定向移动 认为 激发 闭合导体 感生电场对电荷的作用力充当非静电力 感应 电动势 感生电场方向为逆时针方向 力 产生 电磁感应现象中的感生电场 静电场 感生电场 产生 由静止的电荷产生 由变化的磁场在周围空间激发 电场线特点 由正电荷发出，终止于负电荷，电场线不闭合。 感应电场是一种涡旋电场， 电场线是闭合的。 电场方向 判断 正电荷受力的方向 楞次定律+右手螺旋定则 静电场和感生电场的区别 电磁感应现象中的感生电场 如图是电子感应加速器，当电磁铁线圈电流的方向与如图所示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？ 电子枪 B i感 F洛 F洛 F洛 F洛 v v v v F F F F E感 E感 E感 E感 B E感 E感 E感 E感 E感 涡流 当某个线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中可能会产生感应电流。 交变电流 感应电流 实际上，这个线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生如图中虚线所示感应电流，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。 涡流 用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，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。 (1)涡流的热效应：真空冶炼炉 涡流 (2)涡流的热效应：电磁炉 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，使铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的。 涡流 (2)涡流的热效应的应用 涡流 电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。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。因此，我们要想办法减小涡流。 (3)涡流的热效应的防止 涡流 (3)涡流的热效应的防止 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。 涡流 (4)涡流的磁效应：探雷器、金属探测器、安检门等 士兵手持一个长柄线圈在地面扫过，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。 电磁阻尼 如图，一个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所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？ 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 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。 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？ ＋ I FA FA 安培力的方向总是阻碍导体的运动。 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。 电磁阻尼 观察微安表指针晃动情况，试着解释这一现象？ 电磁驱动 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。 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。 铝框转动解释： 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 交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。 电磁驱动 动手做一做： 电磁阻尼与电磁驱动 电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系 1.联系： 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，阻碍导体的相对运动。 2.区别： 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。 练习与应用 1.考生进入考场时，监考老师会用金属探测器对考生进行检査，当探测器靠近金属块时就会发出警报。下列说法正确的是( ） A.探测测器靠近金属块时，会在金属块内形成涡流 B.探测器仅由金属线圈构成，无电源及其他电阻 C.探测器内的感应电流越小，探测器越灵敏 D.探测器利用了电磁驱动原理 A 练习与应用 2、(多选）如图所示，将绝缘导线绕在圆柱形铁块上，导线内通以如图的正弦交变电流，铁块内会产生虚线所示的感应电流，即涡流。已知导线在铁块内产生的匀强磁场的磁感应强度大小与电流大小成正比。设逆时针为电流的正方向(俯视)，某时刻线圈中的涡流方向和原电流方向均为正方向，下列判断正确的是( ） A.该时刻可能是图中的t1时刻 B.该时刻可能是图中的t2时刻 C.该时刻涡流正在增大 D.该时刻涡流正在减小 BD 练习与应用 3、扫描隧道显微镜可探测样品表面原子尺寸上的形貌。为了有效减弱外界振动对它的扰动，在其圆盘周边沿其径向对称竖直安装若干对紫铜薄板，图示为其中的一个紫铜薄板，利用磁场来衰减其微小振动，按四种方法施加恒定磁场，则对铜板上下及其左右振动的衰减最有效的方法是（　 ） B 练习与应用 4、(多选）如图为磁悬浮列车驱动系统简化的物理模型。固定在列车底部的正方形金属线框的边长为L，匝数为N，总电阻为R;水平面内平行长直导轨间存在磁感应强度均为B、方向交互相反，边长均为L的正方形组合匀强磁场。当磁场以速度v匀速向右移动时，可驱动停在轨道上的列车，则( ） A.图示时刻线框中感应电流沿顺时针方向 B.列车运动的方向与磁场移动的方向相反 C.列车速度为 时线框中 的感应电动势大小为 D.列车速度为 时线框 受到的安培力大小为 AD Lavf58.20.100 Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 无标题项目 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.63 Lavf58.12.100 $$