2.3 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動 課件+素材 人教版高中物理選修二

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2.3 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動
人教版高中物理選修二
目錄
問 題
？
在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發(fā)熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發(fā)熱。你知道這是為什么嗎?
新知導入
1、麥克斯韋的解釋
磁場變化
激發(fā)
感生電場
力
導體中自由電荷
形成
感應(yīng)電流
感生電動勢
（非靜電力）
產(chǎn)生
導體閉合
新知探究
2、感生電場應(yīng)用實例---電子感應(yīng)加速器
電子感應(yīng)加速器:應(yīng)用感生電場來加速電子的一種設(shè)備。
柱形電磁鐵：產(chǎn)生變化的磁場；
環(huán)形真空管道：是電子運行的軌道；
工作過程：磁場發(fā)生變化時，就會沿管道方向產(chǎn)生感生電場。射入其中的電子就受到感生電場的持續(xù)作用而不斷加速。
新知探究
3、感生電場的特點：
真空室
i
i
真空室
v0=0
真空室
(2)感生電場的電場線是閉合的
E感
(1)感生電場位于與磁場垂直的平面上
俯視圖
新知探究
3、感生電場的特點
(2)感生電場的電場線是閉合的
(1)感生電場位于與磁場垂直的平面上
E感
B
E感
真空室
(3)可根據(jù)楞次定律判斷感生電場的方向
增加
i
增大
增大
新知探究
方向:就是感生電流的方向，用楞次定律判斷
電場線:是閉合曲線
由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢
感生電動勢所對應(yīng)的非靜電力是感生電場對自由電荷的作用
感生電場是產(chǎn)生感生電動勢的原因
變化的磁場在周圍空間激發(fā)的電場
新知探究
①如果環(huán)不斷增粗直到變成一圓盤又會發(fā)生什么現(xiàn)象
請思考:
②變成方盤呢？
新知探究
二、渦流：塊狀金屬在變化的磁場中或在磁場中運動時產(chǎn)生的在金屬塊內(nèi)自成閉合回路的感應(yīng)電流，叫渦電流，簡稱渦流。 ①渦流是整塊導體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律。 ②由于整塊金屬的電阻通常很小，故渦流常常很大。
B增大
I
新知探究
新知探究
1、渦流的熱效應(yīng)：真空冶煉爐
冶煉金屬的高頻感應(yīng)電爐就是利用高頻交流電，通過線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。
新知應(yīng)用
2、渦流的熱效應(yīng)：電磁爐
電磁爐的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，
①當通上交替變化極快的交流電時，
②在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強渦流，
③當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。
I
B
B
I’
I’
I
B
B
I’
I’
新知應(yīng)用
2、渦流的熱效應(yīng)：電磁爐
電阻率低
具鐵磁性
新知應(yīng)用
3、渦流的磁效應(yīng)：探雷器
這種探雷器可以用來探測金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。
新知應(yīng)用
3、渦流的磁效應(yīng)：金屬探測器、安檢門等
渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。
新知應(yīng)用
怎樣減少渦流損耗？
交變電流
交變電流
整塊鐵心
彼此絕緣的薄片
三、危害與防止
1、危害：線圈中流過變化的電流，在鐵芯中產(chǎn)生的渦流:
2、防止：
①使鐵芯發(fā)熱，
②浪費了能量，
③還可能損壞電器。
新知探究
用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。
新知探究
變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施
1.增大鐵芯的電阻率，常用的鐵芯材料是硅鋼。2.用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。
新知探究
變壓器
電動機
Q
新知探究
【易錯辨析】(1)渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣,都是因為穿過導體的磁通量變化而產(chǎn)生的。( )(2)渦流有熱效應(yīng),但沒有磁效應(yīng)。 ( )(3)在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流。 ( )
√
×
×
(4)電磁阻尼、電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,都遵循楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律。 ( )(5)電磁阻尼是由電磁感應(yīng)中安培力阻礙導體與磁場的相對運動產(chǎn)生的,而電磁驅(qū)動是由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中安培力增強磁場與導體間的相對運動產(chǎn)生的。( )
√
×
新知應(yīng)用
（多選）下列器具的工作原理與渦流有關(guān)的是（　　）A．家用電磁爐B．家用洗衣機C．變壓器的鐵芯用多塊相互絕緣硅鋼片疊加在一起D．風扇轉(zhuǎn)動時扇葉與空氣摩擦發(fā)熱
AC
新知應(yīng)用
例題2
電磁爐熱效率高達90%，爐面無明火，無煙無廢氣，電磁“火力”強勁，安全可靠．如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是(　　)
A．當恒定電流通過線圈時，會產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場越強，電磁爐加熱效果越好B．電磁爐通電線圈加交流電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱工作C．電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導熱性能較差D．在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐不能起到加熱作用

【解析】電磁爐就是采用渦流感應(yīng)加熱原理，其內(nèi)部通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場，當用含鐵質(zhì)鍋具底部放置于爐面時，鍋具即切割交變磁感線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運動，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，用來加熱和烹飪食物，從而達到煮食的目的，A錯誤，B正確．電磁爐工作時需要在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋不屬于金屬導體，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，C錯誤．由于線圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用電流的熱效應(yīng)起到加熱作用，D錯誤．
B
新知應(yīng)用
鋁管實驗
新知應(yīng)用
1.分析圖中線圈中感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向，并研究安培力對線圈的運動有何影響?
v
①當導體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導體受到安培力，安培力總是阻礙導體的運動。
②當導體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導體的運動——電磁阻尼。
2.應(yīng)用：①磁電式儀表、②電氣機車的電磁制動、③阻尼擺等。
新知探究
新知探究
問題1：磁式電流表為什么用鋁框做線圈骨架？
1、假定儀表工作時指針向右轉(zhuǎn)動，鋁框中感應(yīng)電流沿什么方向？2、鋁框由于轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，鋁框會受安培力，安培力是沿什么方向的？3、安培力對鋁框的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生什么影響？4、使用鋁框做線圈骨架有什么好處？
＋
I
I
新知探究
取一只微安表，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況。用導線把微安表的兩個接線柱連在一起，再次晃動表殼，表針相對表盤的擺動情況與剛才有什么不同? 怎樣解釋這種差別? 為什么靈敏電流表在運輸時總要用導體把兩個接線柱連在一起?
用導線把正負兩個接線柱連在一起，構(gòu)成一個閉合回路。這樣如果它的指針擺動，就會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，接著出現(xiàn)電磁阻尼的現(xiàn)象，使指針很快的停止運動就不容易折斷。
新知探究
問題２：微安表的表頭在運輸時為何把兩個接線柱連在一起？
③使指針迅速停止擺動，保護游絲，指針。
應(yīng)用:磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等
（1）內(nèi)部有磁體，有線圈。
（2）①把接線柱連在一起，線圈在擺動的時候就產(chǎn)生感應(yīng)電流，
②這個感應(yīng)電流可以阻礙線圈的擺動，
新知探究
[多選]位于光滑水平面的小車上水平固定一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v0穿入螺線管，并最終穿出，如圖所示，在此過程中(　　)
A．磁鐵做勻速直線運動　　B．磁鐵做減速運動C．小車向右做加速運動 　D．小車先加速后減速

【解析】　磁鐵水平穿入螺線管時，螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流將阻礙磁鐵的運動；同理，磁鐵穿出時，由楞次定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流將阻礙磁鐵的運動，故整個過程中，磁鐵做減速運動，選項A錯誤，B正確．對于小車上的螺線管來說，螺線管受到的安培力方向始終為水平向右，這個安培力使螺線管和小車向右運動，且一直做加速運動，選項C正確，D錯誤．
BC
新知應(yīng)用
1. 如磁場相對于導體轉(zhuǎn)動，在導體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來——電磁驅(qū)動。
B
B
新知探究
磁懸浮列車也是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。
磁懸浮的基本原理很簡單，就是利用“同性相斥、異性相吸”的電磁原理，讓磁鐵對抗地心引力，讓車輛懸浮起來（一般情況下不超過1厘米），然后利用電磁驅(qū)動力引導，推動列車前行。
新知探究
2.①當磁場相對于導體轉(zhuǎn)動時，在導體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，②感應(yīng)電流使導體受到安培力的作用而運動起來的現(xiàn)象。③線圈轉(zhuǎn)動與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。
3.交流感應(yīng)電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。
連接到三相電源時能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場
一種交流感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)
新知探究
六、電磁阻尼與電磁驅(qū)動的區(qū)別與聯(lián)系
由于導體相對磁場運動
安培力方向與導體運動方向相反，阻礙導體運動
由于磁場相對于導體運動
導體受安培力方向與導體運動方向相同，推動導體運動
都屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，安培力的作用效果是阻礙導體與磁場間發(fā)生相對運動
產(chǎn)生電流的原因
新知探究
如圖所示，一狹長的銅片能繞O點在紙平面內(nèi)擺動，有界磁場的方向垂直紙面向里，銅片在擺動時受到較強的阻尼作用，很快就停止擺動．如果在銅片上開幾個長縫，銅片可以在磁場中擺動較多的次數(shù)后才停止擺動，這是為什么？
沒有開長縫的銅片在磁場中擺動時，銅片內(nèi)將產(chǎn)生較大的渦流，渦流在磁場中所受的安培力總是阻礙銅片的擺動，因此銅片很快就停止擺動．如果在銅片上開有多條長縫，就可以把渦流限制在縫與縫之間的各部分銅片上，較大地削弱了渦流，阻力隨之減小，所以銅片可以擺動多次后才停止擺動．
新知應(yīng)用
課堂小結(jié)
1．物理學的基本原理在生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用．下面列舉的四種器件中，在工作時利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是(　　)
【解析】電磁爐利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生焦耳熱，D正確；A是利用帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)，B、C是利用電流的熱效應(yīng)，A、B、C錯誤．
D
新知鞏固
渦流會使金屬發(fā)熱,人們利用這個原理制成了電磁灶。關(guān)于電磁灶,下列說法正確的是(　　)。A.電磁灶都是用高頻交流電工作的B.高頻電磁灶有加熱線圈,可以通過熱傳導將熱能傳導給鍋體及鍋內(nèi)食物C.電磁灶和微波爐是一個道理,工作原理是一樣的D.無論哪種電磁灶,都是利用渦流原理工作的
D
新知鞏固
如圖所示,四根等長的鋁管和鐵塊(其中C中鋁管不閉合,其他兩根鋁管及鐵管均閉合)豎直放置在同一豎直平面內(nèi),分別將磁鐵和鐵塊沿管的中心軸線從管的上端由靜止釋放,忽略空氣阻力,則下列關(guān)于磁鐵和鐵塊穿過管的運動時間的說法正確的是(　　)。
A.tA>tB=tC=tD　　　　 B.tC=tA=tB=tDC.tC>tA=tB=tD D.tC=tA>tB=tD
A
新知鞏固
課程結(jié)束
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