2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第4节：涡流、电磁阻尼和电磁驱动 人教版(2019年)高中物理选择性必修第二册 第二章 电磁感应 新课引入 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。用电磁炉加热时，它的盘面并不发热，上面放置铁锅的却会发热。这是为什么呢? I 如图所示，闭合导体环处于磁场越来越强的磁场中，环的半径为R，磁感应强度的变化率为△B/△t . - - - - - - - - B E感 B感 导体环中的感应电流的方向？ 导体中自由电子做怎样的定向移动？ 是什么作用使自由电子做定向移动？ 感生电场 01. 静止电荷 激发 静电场 变化磁场 激发 感生电场 感生电场 麦克斯韦 力 导体中自由电荷 产生 感生电动势 形成 感应电流 (1)定义:变化的磁场在周围空间激发的电场。 (3)电场线:呈闭合状，形同漩涡，也叫涡旋电场。 (2)方向:就是感生电流的方向，用楞次定律判断。 感生电场 01. (4)特点:电场线所在的面叫涡旋面，涡旋面与磁场方向垂直，即感生电场位于与磁场垂直的平面上，与感应磁场方向满足右手螺旋定则。 E感 B E感 B B感 增加 感生电场 01. 应用实例---电子感应加速器 柱形电磁铁：产生变化的磁场； 环形真空管道：电子运行轨道； 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的持续作用而不断加速。 思考：为使电子逆时针加速，线圈中电流应该如何变化？ 感生电场 01. 穿过真空室内磁场的方向 由图知电子沿什么方向运动 要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何 由感生电场引起的磁场方向如何 竖直向上 逆时针 顺时针 向下 原磁场在增强，即电流在增大。 感生电场和静电场的区别 静电场 感生电场 起源 由静止电荷激发 由变化的磁场激发 电场线形状 电场线为非闭合曲线 电场线为闭合曲线 静电场为有源场 感生电场为无源场 共性：具有场物质形式的所有共性；均对电荷有力的作用，且场强定义相同；在导体中，感生电场可引起电荷的积累从而建立静电场。 如图，开口导体环处于磁场越来越强的磁场中，环的半径为R，磁感应强度的变化率为△B/△t . - - - - - - - + - 环中的自由电荷还会定向移动吗？将在哪一端聚集？哪一端相当于电源的正极？ 感生电动势大小的计算： 如果环有个小缺口而不闭合有感生电场和感应电流吗？ E感 感生电动势 02. （1）定义：由感生电场产生的感应电动势叫做感生电动势。 （2）感生电动势大小： （3）方向：与感生电场（感应电流）方向一致。 感生电动势 02. 部分导体切割磁感线 开关闭合（断开）或改变滑片的位置 导体棒AB相当于电源 动生电动势 由导体运动引起的电动势： 线圈B相当于电源 感生电动势 由磁场变化引起的电动势： 动生电动势 感生电动势 特点 磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化产生感应电流 闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化产生感应电流 原因 由于S的变化引起回路中 变化 切割磁场的部分导体相当于电源 由于B的变化引起回路中 变化 产生感生电动势的导体部分相当于电源 非静电力就是洛仑兹力，由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势 变化磁场在它周围空间激发涡旋电场，非静电力就是感生电场力，由感生电场力对电荷作功而产生电动势 方向 一般用楞次定律判断 一般用右手定则判断 感生电动势和动生电动势的区别 非静电力来源 观察与思考 水为什么会沸腾？ 镊子为什么会变红？ 在感生电场中放入单匝线圈能否产生感应电流？若能，感应电流的形状如何？ 在感生电场中放入金属圆盘能否产生感应电流？若能，感应电流的形状如何？ 想一想 导体中自由电荷 感生电场力 感应电流 涡流 像漩涡一样 的闭合曲线 磁场增强 感生电场( 涡旋电场 ) 变化的磁场在周围空间激发的电场 涡流 03. 1. 定义：线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，靠近它的导体内会产生漩涡状电流，叫做涡电流，简称涡流。 4. 特点： ①磁场变化越快，导体横截面积越大，感应电动势越大，涡流越强。 ②若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。 2. 本质：电磁感应。当导体处在变化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可以等效成许许多多的闭合电路。 3. 条件： ①穿过导体（金属块）的磁通量发生变化。 ②导体（金属块）本身可自行构成闭合回路。 对涡流本质的理解 2.下列做法中线圈可能产生涡流吗? A．放在匀强磁场中 B．放在变化的磁场中 C．在匀强磁场中做匀速运动 D．在匀强磁场中做变速运动 E．在非匀强磁场中做匀速运动 F．在非匀强磁场中做匀速运动，线圈有缺口 G. 进入或离开（匀强或非匀强）磁场中 1.图中磁场垂直加在圆盘上不能产生涡流的是 （1）当导体（块状金属）处在变化的磁场中 磁场能→电能→内能 （2）让导体（块状金属）进出磁场或在非匀强磁场中运动 机械能（克服安培力做功）→电能→内能 产生涡流的两种情况： 涡流 该处电阻大还是小？ 真空冶炼炉 高频焊接 电磁炉 低频或直流不行？ 涡流的热效应：金属块中的涡流要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。 涡流冶炼的优点： 加热快、能耗少、易控温、无杂质 涡流的热效应及其应用 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 （互感）反作用于线圈使仪器报警 金属探测仪 安检门 地雷探测仪 门框 ~ 交流电 报警电路 线圈 涡流的磁效应：涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。 涡流的磁效应及其应用 危害：电动机和变压器的工作原理都跟电磁感应现象有关，内部都有铁芯结构，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——防止 减少涡流的途径 （1）增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢 （2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯 涡流的危害——防止 1.电磁阻尼现象：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。 2.应用： 磁电式仪表 汽车的电磁制动 安培力做负功，使导体的机械能转化为导体内的电能。 涡流的机械效应——电磁阻尼 因内部有磁体，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，保护游丝和指针。 新课讲授 电磁阻尼摆 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 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 涡流的机械效应——电磁驱动 电动机 电表 速度计 v F v F 导体在磁场中运动 磁铁相对导体运动 阻尼 驱动 情景 对导体的作用 表现 原因 能量观 导体在磁场中运动 磁铁相对导体运动 阻尼 驱动 阻碍相对运动 阻碍磁通量变化 电磁阻尼和电磁驱动 导体的机械能转化为电能 磁体的机械能转化为导体的机械能 电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系 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。 典例精析 例1：某空间出现了如图所示的闭合的电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是(　　) A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B．沿AB方向磁场在迅速增加 C．沿BA方向磁场在迅速增加 D．沿BA方向磁场在迅速减弱 空间磁场变化产生的电场方向，仍然可用楞次定律判断.四指环绕向即为感应电场的方向，由此可知A、C正确. AC 例2. 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 C 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。 例3.如图所示，闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴OO′自由转动，开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内．若条形磁铁突然绕OO′轴，N极向纸里、S极向纸外转动，在此过程中，圆环将(　　) A．产生逆时针方向的感应电流，圆环上端向里、下端向外随磁铁转动 B．产生顺时针方向的感应电流，圆环上端向外、下端向里转动 C．产生逆时针方向的感应电流，圆环并不转动 D．产生顺时针方向的感应电流，圆环并不转动 解析：磁铁转动时，环中穿过环向里的磁通量增加，根据楞次定律，环中产生逆时针方向的感应电流．为阻碍磁通量的变化，导线环与磁铁同向转动，A正确. A Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.12.100 Lavf58.29.100 无标题项目 Lavf58.29.100 Lavf58.12.100 无标题项目 无标题项目 $