涡流、电磁阻尼和电磁驱动（高中物理教学课件）完整版

03.涡流、电磁阻尼和电磁驱动图片区一.感生电动势Φ＝BS，Φ的变化可能是B引起的，也可能是S引起的感生电动势：B变化S不变产生的电动势（感应）产生机理：麦克斯韦认为：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。当磁场变化时会在周围空间激发感生电场，感生电场使自由电荷定向移动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。如果感应电动势是由感生电场产生的，它也叫做“感生电动势”。非静电力与感生电场有关。能量转化：磁场能

电场能

内能一.感生电动势注意：①感生电场是由变化的磁场产生的闭合电场（涡旋场）、而静电场的电场线不闭合。②不管电路是否闭合，只要磁场变化，周围就会产生感生电场③感生电场方向与感应电流（感应电动势）方向相同，可以用楞次定律或右手定则判断④感生电场可以对带电粒子做功，使其加速或偏转。BAMN思考与讨论：用同种材料绕制AB两个大小不同的线圈，半径比为2：1，如图，把小线圈放入均匀变化的磁场中，MN间电压为U1，把AB对调，MN间电压为U2，求U1：U2。答案：一.感生电动势应用实例：电子感应加速器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。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。若线圈中的电流与图示相同，为使电子加速，电磁体线圈中的电流应该如何变化？一.感生电动势二.涡流1.涡流：当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近导体内会产生涡旋状的感应电流，我们把它叫作涡电流，简称涡流2.特点：根据焦耳定律，电流流过导体，导体会发热，整块导体由于电阻小，一般涡流很大，产生的热量也很大，甚至会使金属熔化。三.涡流的应用与防止1.真空冶炼炉（应用）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。炉体本身不发热，一般用耐高温材料制作。2.电磁炉（应用）迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热。面板本身并不发热。三.涡流的应用与防止3.探雷器（应用）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。用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。机场、车站的安检门探测人身携带的金属物品，道理是一样的。三.涡流的应用与防止4.变压器的铁芯（防止）电动机、变压器的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。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。烧坏的铁芯例1.电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列相关的说法中正确的是(

)A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B.电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C.金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D.电磁炉的上表面一般都是用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗A例2.(多选)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会产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(

)A.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处电阻小D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处电阻大ADIF阻碍下落FF阻碍转动四.电磁阻尼定义：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。答：连在一起构成闭合回路，运输途中指针发生摆动时，线圈内会产生感应电流，对应的安培力会阻碍摆动，防止指针与边缘发生碰撞撞坏指针的现象发生。电磁阻尼1电磁阻尼2例3.磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，工作效应比靠摩擦力刹车更稳定，如图为该新型装置的原理图（从后面朝前看）；过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来，关于该装置的下列说法正确的是（）A．刹车原理是利用了电流的磁效应B．过山车从进入停车区到停止的过程，动能转化成电能C．过山车进入停车区的速度越大，刹车的阻力越大D．若将铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果C例4.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A五.电磁驱动定义：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。应用：交流感应电动机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。注意：电磁阻尼是导体相对于磁场运动，而电磁驱动是磁场相对于导体运动。安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。五.电磁驱动例5.下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（）A．图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会反向转动，且跟磁体转动的一样快B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属C．丙是回旋加速器的示意图，当增大交流电压时，粒子获得的最大动能不变，所需时间变短D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁驱动原理C1.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2.高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝融化焊接，要使焊接处产生的热量较大，下列措施不可采用是（）A．减小焊接缝的接触电阻B．增大焊接缝的接触电阻C．增大交变电流的电压D．增大交变电流的频率CDA课堂训练：3.如图，金属球从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设球的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则(

)A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，球滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于hBD4.(多选)如图3所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则(

)A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小C.线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcdaBC5.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是(

)A6.如图所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它一个初速度，让其向磁铁滚去，观察小球的运动情况(

)A．都做匀速运动B．铁球、铝球都做减速运动C．铁球做加速运动，铝球做减速运动D．铝球、木球做匀速运动C7.如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长