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

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第二章 电磁感应3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动010203了解电磁阻尼和电磁驱动了解涡流的产生机理及其应用理解感生电场新课引入 电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热， 在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？交流与思考：电流是怎样产生的？自由电荷为什么会运动？使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的力吗？猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力、或者是其它力.英国麦克斯韦认为磁场变化时会在周围空间激发一种电场——感生电场,闭合导体中的自由电荷在这种电场下做定向运动，产生感应电流.电磁感应现象中的感生电场一知能提升(1)定义:变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场).(3) 电场线:是闭合的曲线.1、感生电场(2)方向:就是感生电流的方向. 用楞次定律判断.2、感生电动势：由感生电场产生的感应电动势. 感生电场对自由电荷的作用→非静电力3、电子感应加速器柱形电磁铁产生磁场。磁场中安置一个环形真空管道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场。射入其中的电子就受到感应电场的持续作用而被不断加速。4、电子感应灯第四代照明灯具：寿命是白炽灯的100倍，节能比传统意义节能灯还节能一倍.无电极、无灯丝、高光效、高显色、长寿命涡流二知能提升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。（2）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。（3）电磁炉原理：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，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的（如图所示）。（4）涡流磁效应：探雷器，安检门。（5）探雷器原理：士兵手持一个长柄线圈在地面扫过（如图），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。这种探雷器可以用来探测有金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。4. 防止电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。（1）途径一：增大铁芯材料的电阻率。（2）途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。如图所示。用硅钢片做变压器的铁芯讨论与交流：答案：金属探测器的探测线圈中通有交流电，当靠近隐藏的金属物品时，会在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒，使用时监考教师手持探测器，在考生前后左右和容易藏东西的部位划过，如藏有金属物品，即便是一粒金属纽扣，探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么？电磁阻尼三知能提升1. 概念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运动的现象。2. 应用磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。磁电式仪表导体在磁场中运动BIL做一做：取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同？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。拓展学习：电磁阻尼摆拓展学习：铝管中电磁阻尼观察铝框的运动如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁体，观察铝框的运动。怎样解释铝框的运动？演示实验：1. 概念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。2. 应用交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，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。电磁驱动四知能提升电磁驱动演示仪3. 电磁阻尼与电磁驱动的理解典例精析例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.四指环绕方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，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解析:当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘转动将变慢。本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢。选项A正确。A课堂小结一. 电磁感应现象中的感生电场二. 涡流三.电磁阻尼与电磁驱动跟踪练习B1.如图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产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分发热很少，以下说法正确的是(　　)A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大解析：交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越快，工件电流相同，即电阻大，温度高，放热多 ，AD正确.AD2.如图所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是(　　)A．防止涡流而设计的B．利用涡流而设计的C．起电磁阻尼的作用D．起电磁驱动的作用解析：线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流，涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来 ，BC正确 .BC3.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本节内容结束