高中物理(新教材)选修二课件4：2-3-涡流、电磁阻尼和电磁驱动 人教版

第二章电磁感应3涡流、电磁阻尼和电磁驱动这两种灶给锅加热的原理是什么？电磁炉的加热原理是什么？新课导入金属环为什么产生电流？什么力使自由电子定向移动？猜：会不会是磁场施加的力洛伦兹力、电场力、其它力？自由电子定向移动自由电子受到力的作用假设：变化的磁场在周围空间激发的电场能够解释：电磁感应现象中产生的电流BE新课探究〔英〕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感生电场下做定向运动产生感应电流（感生电动势）BE感生电场(涡旋电场):变化的磁场在周围空间激发的电场。方向:就是感生电流的方向，用楞次定律判断感生电场线:是闭合的曲线。感生电场与感生电动势：感生电动势：由感生电场产生的感应电动势。

感生电动势所对应的非静电力是感生电场对自由电荷的作用。感生电场是产生感生电动势的原因。感生电场应用实例——电子感应加速器电子感应加速器:应用感生电场来加速电子的一种设备。柱形电磁铁：产生变化的磁场；环形真空管道：是电子运行的轨道工作过程：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。当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？电子带负电电场应沿顺时针方向由楞次定律可知：原磁场应该由弱变强感生电场应用实例——电子感应加速器当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？电子带负电电场应沿顺时针方向由楞次定律可知：原磁场应该由弱变强感生电场应用实例——电子感应加速器例1现代科学研究中常用到高速电子,电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备,如图甲。电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空盒组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时,产生变化的磁场,穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化,这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场,电子将在涡旋电场作用下加速。如图乙所示(上图为侧视图、下图为真空盒的俯视图),若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动,当电磁铁绕组通有图中所示的电流时(

)甲

乙A.若电子沿逆时针运动,保持电流的方向不变,当电流增大时,电子将加速B.若电子沿顺时针运动,保持电流的方向不变,当电流增大时,电子将加速C.若电子沿逆时针运动,保持电流的方向不变,当电流减小时,电子将加速D.被加速时电子做圆周运动的周期不变解析

当电磁铁绕组通有题图中所示的电流时,由安培定则可知将产生向上的磁场,当电磁铁绕组中电流增大时,根据楞次定律和安培定则可知,这时真空盒空间内产生顺时针方向的感生电场,电子沿逆时针运动,电子将加速,选项A正确,选项B、C错误;由于电子被“约束”在半径为R的圆周上运动,被加速时电子做圆周运动的周期减小,选项D错误。答案

A二、涡流1、定义：由于电磁感应，在导体中产生的像水中漩涡样的感应电流。所以把它叫做涡电流，简称涡流。如图中的虚线所示若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。2、特点：（3）利用涡流冶炼金属的优点：速度快，温度易控制，整个过程在真空中进行，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，适于冶炼特种合金和特种钢。3、应用（2）真空冶炼炉原理：利用涡流的热效应来熔化金属。交流电的频率越高，金属熔炉中的感应电动势就越大，金属材料的电阻率越小，产生的涡流热效应就越强。（1）涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉。

（4）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。

探雷器金属探测仪（4）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。

探雷器金属探测仪4、危害：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。5、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。用硅钢片做变压器的铁芯交变电流交变电流整块铁心彼此绝缘的薄片②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。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。C三、电磁阻尼1、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——电磁阻尼。2、应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等。(1)为什么用铝框做线圈骨架？能否用塑料框、铁框或铜框做线圈骨架？铝框用铝框的原因：当框在磁场中运动做切割磁感线运动时产生感应电流，框受到安培力，且安培力阻碍框的运动使指针能迅速停止，就是电磁阻尼现象。框用铝的原因：1、铝质量轻；2、导电性好；3、铝的价格便宜，大量使用节约成本。思考与讨论:(2)微安表的表头在运输时为何应该把两个接线柱连在一起？微安表是一种高灵敏度，高精度电流表，表内的指针因振动会产生摇摆，剧裂摇摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度、或失灵等。故在运输中，用导线短路两接线柱，使表头线圈闭合产生电磁阻尼，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。(3)弹簧振子演示电磁阻尼现象四、电磁驱动1、定义：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。2、应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。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（图2.3-11）。就这样，电动机（图2.3-12）把电能转化成机械能。3、电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系联系：安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。区别：①电磁阻尼是导体相对于磁场运动;

②电磁驱动是磁场相对于导体运动。例3阻尼摆的示意图如图所示,在轻质杆上固定一金属薄片,轻质杆可绕上端O点在竖直面内转动,一水平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面。使摆从图中实线位置释放,摆很快就会停止摆动;若将摆改成梳齿状,还是从同一位置释放,摆会摆动较长的时间。试定性分析其原因。解析

第一种情况下,阻尼摆进入有界磁场后,在摆中会形成涡流,涡流受磁场的阻碍作用,会很快停下来;第二种情况下,将金属摆改成梳齿状,阻断了涡流形成的回路,从而减弱了涡流,受到的阻碍会比先前小得多,所以会摆动较长的时间。备用工具&资料3、电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系联系：安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。区别：①电磁阻尼是导体相对于磁场运动;

②电磁驱动是磁场相对于导体运动。四、电磁驱动1、定义：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。2、应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。感生电场(涡旋电场):变化的磁场在周围空间激发的电场。方向:就是感生电流的方向，用楞次定律判断感生电场线:是闭合的曲线。感生电场与感生电动势：感生电动势：由感生电场产生的感应电动势。