物理选择性必修 第二册涡流、电磁阻尼和电磁驱动教学ppt课件

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每一种电动势都对应有一种非静电力
这种转化的本领用电动势来描述
电流的方向在电源内部由负极→正极
干电池：化学作用 非静电力
想一想：上面两种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色？
电磁感应现象中的感生磁场
思考：如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，闭合电路内产生了感应电动势。这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色？
穿过闭合回路磁通量发生了变化，回路中产生感应电动势。产生感应电动势那部分导体相当于电源
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 .
由变化的磁场激发；电场线呈闭合状，形同漩涡，叫涡旋电场；涡旋面与磁场方向垂直；与感应磁场方向满足右手螺旋。
如图所示，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 .
思考1：没有导体，有感生电场吗？导体有何作用？
有感生电场，导体提供了自由电荷。
思考2：如果是塑料环，有感应电流吗？ 有感应电动势吗？有感生电场吗？
无感应电流，无感应电动势，有感生电场。
(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。
(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：（1）定义：由感生电场产生的感应电动势。（2）感生电动势大小：感生电场对自由电荷的作用 非静电力
感生电场：变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场)
楞次定律+右手螺旋定则
思考：电场是有方向的，如何判断感生电场（感生电动势）的方向呢？
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。
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？
原磁场在增强，产生感应电流
它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，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。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）
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
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
由于S的变化引起回路中变化
非静电力就是洛仑兹力的分力，由洛仑兹力的分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
『判一判』(1)如果空间不存在闭合电路，变化的磁场周围不会产生感生电场。(　　)(2)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用。(　　)(3)感生电场就是感应电动势。(　　)(4)动生电动势(切割磁感线产生的电动势)产生的原因是导体内部的自由电荷受到洛伦兹力的作用。(　　)(5)产生动生电动势时，洛伦兹力对自由电荷做了功。(　　)
【课堂训练】1.关于感生电场，下列说法正确的是（ ）A.感生电场产生的原因是变化的磁场B.产生感生电动势的非静电力是洛伦兹力C.感生电场产生的原因是变化的电场D.产生感生电动势的非静电力是电场力
2．关于电磁感应现象中产生的感生电场。下列说法正确的是（　 　）A．感生电场不同于静电场其电场线是闭合曲线B．感生电场的存在跟空间是否有闭合电路有关C．感生电场的方向同样可以用楞次定律和右手定则来判定D．电子感应加速器是利用感生电场对电子加速的设备
3、如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是( 　　)A.磁场变化时，会在空间激发一个电场B.使电荷定向移动形成电流的力是磁场力C.使电荷定向移动形成电流的力是电场力D.以上说法都不对
4、某空间出现了如右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
5、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，下列有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关系的描述正确的是(　　)
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
既没火苗，也没黑烟，锅底也不变黑，为什么一个大大的线圈就能让电磁炉工作，使锅里的水很快就烧开？
1)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？2)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？
2、本质：电磁感应。涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，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，当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流。即导体内部产生了涡流。
1、定义:当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流,这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的旋涡，故叫涡电流，简称涡流。
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
（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
4、产生涡流的两种情况：
（1）涡流的特点金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。
（2）能量转化伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能；如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则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。注意：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。
6、涡流的应用——涡流的热效应
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。
涡流的应用——涡流的磁效应
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。
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。
在各种电动机、变压器中，涡流是非常有害的。 它会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废。 其次涡流发热要消耗额外的能量，会使电动机、变压器的效率降低。
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
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
防止（减少涡流的途径）：
变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施
【易错辨析】(1)涡流跟平时常见的感应电流一样,都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。( )(2)涡流有热效应,但没有磁效应。( )(3)在硅钢中不能产生涡流。( )
下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ）A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
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
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
(多选)下列图中，A图是真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金；B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是安检门可以探测人身是否携带金属物品；D图是工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业。属于涡流现象的是 (　 )
（多选）下列器具的工作原理与涡流有关的是（　　）A．家用电磁炉B．家用洗衣机C．变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起D．风扇转动时扇叶与空气摩擦发热