渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動 【知識精講+高效備課】 高二物理 課件（2019人教版選擇性必修第二冊）

第二章

電磁感應(yīng)選修二第二章第三節(jié)2019人教版高中物理

2.3渦流

電磁阻尼和電磁驅(qū)動【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道感生電場和感生電動勢的概念及產(chǎn)生原因。2.通過實驗了解渦流的產(chǎn)生過程，通過實例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。3.了解電磁阻尼、電磁驅(qū)動，知道其在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。

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?一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場沿圖示方向的磁場增加時：（1）在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向如何？（2)電流是自由電荷定向移動產(chǎn)生的，自由電荷定向移動的原因是什么？1.感生電場：磁場變化時，在空間激發(fā)一種電場，

我們把它叫做感生電場。2.感生電動勢：這種由變化磁場產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢。

其方向可由楞次定律判斷。BIE【例1】（目標(biāo)指向1）(多選)某空間出現(xiàn)了如圖的一組閉合的電場線，這可能是(

)A．沿AB方向的磁場在迅速減弱B．沿AB方向的磁場在迅速增強C．沿BA方向的磁場在迅速增強D．沿BA方向的磁場在迅速減弱解析：感生電場的方向為順時針，感應(yīng)電流的磁場方向向下，根據(jù)楞次定律，原磁場要么向下減弱，要么向上增強。所以選AC.AC3、感生電場應(yīng)用實例---電子感應(yīng)加速器（1）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。（2）結(jié)構(gòu)：柱形電磁鐵—產(chǎn)生變化的磁場；環(huán)形真空管道—電子運行的軌道；（3）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力而不斷加速。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場

從圖2.3-1甲中可以看到，磁場方向由下向上，如果從上向下看(2.3-1乙)，電子沿逆時針方向運動。電子帶負(fù)電，它在電場中受力的方向與電場方向相反，為使電子加速。請思考以下問題：（1）感生電場方向是順時針還是逆時針？（2）原磁場應(yīng)該由強變?nèi)踹€是由弱變強？（3）電磁鐵線圈中的電流應(yīng)該由小變大還是由大變??？順時針由弱變強由小變大二、渦流1.

定義：由于電磁感應(yīng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的感應(yīng)電流，叫渦電流。如圖中的虛線所示。2.特點：若金屬電阻率很小，則渦流往往很強，產(chǎn)生的熱量很多?！?.應(yīng)用（1）渦流熱效應(yīng)：真空冶煉爐，電磁爐、高頻焊接。①真空冶煉爐原理：用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐（如圖），爐外有線圈，線圈中通入迅速變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點是，整個過程可以在真空中進(jìn)行，能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。真空冶煉爐②電磁爐原理：迅速變化的電流通過電磁爐面板下方的線圈時，線圈周圍產(chǎn)生迅速變化的磁場，變化的磁場使面板上方的鐵鍋底部產(chǎn)生渦流，鐵鍋迅速發(fā)熱，從而達(dá)到加熱食物的目的（如圖所示）。二、渦流3.應(yīng)用二、渦流（2）渦流磁效應(yīng)：金屬探測器，探雷器，安檢門。金屬探測器：金屬探測器的探測線圈中通有交流電，當(dāng)靠近隱藏的金屬物品時，會在隱蔽金屬中產(chǎn)生渦流，渦流的磁場又影響探測線圈，從而改變原交流電的大小和相位，從而起到探測作用。4.防止電動機、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過大而導(dǎo)致浪費能量，損壞電器。（1）途徑一：增大鐵芯材料的電阻率。（2）途徑二：用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。如圖所示。用硅鋼片做變壓器的鐵芯二、渦流交變電流交變電流整塊鐵心彼此絕緣的薄片例2.（目標(biāo)指向2）如圖,在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流,一段時間后,一個容器中水溫升高,則通入的電流與水溫升高的是()

A.恒定直流、小鐵鍋

B.恒定直流、玻璃杯

C.變化的電流、小鐵鍋

D.變化的電流、玻璃杯解析：變化的電流才能產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場才能產(chǎn)生感生電場，在金屬內(nèi)才能產(chǎn)生渦流，使水溫升高。所以選C.C三、電磁阻尼1.概念當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體相對運動的現(xiàn)象。2.應(yīng)用1.如圖2.3-7所示，一個單匝線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向。安培力對線圈的運動有什么影響？應(yīng)用:阻尼擺、磁電式儀表、電氣機車的電磁制動等

磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針迅速停止到某位置，便于讀數(shù)。

磁電式儀表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，指針也固定在鋁框上。假定儀表工作時指針向右轉(zhuǎn)動，鋁框中的感應(yīng)電流沿什么方向？由于鋁框轉(zhuǎn)動時其中有感應(yīng)電流，鋁框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力對鋁框的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生什么影響？三、電磁阻尼為什么靈敏電流表在運輸時總要用導(dǎo)體把兩個接線柱連在一起?

靈敏電流計的指針太過靈活，很容易在運輸時由于擺動而折斷。用導(dǎo)線把正負(fù)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。

四、電磁驅(qū)動觀察鋁框的運動

如圖所示，一個鋁框放在蹄形磁體的兩個磁極間，可以繞支點自由轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動磁體，觀察鋁框的運動。怎樣解釋鋁框的運動？鋁框的運動BNSNSBIFF產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的裝置2.應(yīng)用交流感應(yīng)電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。配置的三個線圈連接到三相電源上，就能產(chǎn)生類似上面演示實驗中的旋轉(zhuǎn)磁場，磁場中的導(dǎo)線框也就隨著轉(zhuǎn)動。就這樣，電動機把電能轉(zhuǎn)化成機械能。電動機四、電磁驅(qū)動如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動。1.電磁驅(qū)動：電磁阻尼與電磁驅(qū)動電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因安培力的效果能量轉(zhuǎn)化相同點導(dǎo)體相對磁場運動磁場相對于導(dǎo)體運動安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，為阻力。安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，為動力。導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能通過安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體受到的安培力都是阻礙導(dǎo)體與磁場的相對運動例題3（目標(biāo)指向3）(多選)位于光滑水平面上的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，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：根據(jù)電磁阻尼，它們之間的力使小車加速，磁鐵減速。所以選BC.BC1.1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”．實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后。下列說法正確的是（）A．圓盤上沒有產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B．圓盤內(nèi)的渦流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動C．在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動B當(dāng)堂檢測解析：圓盤轉(zhuǎn)動時,可看成沿半徑方向的金屬條切割磁感線,從而在圓心和邊緣之間產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢,故A錯誤;圓盤在徑向的金屬條切割磁感線過程中,內(nèi)部距離圓心遠(yuǎn)近不同的點電勢不等,從而形成渦流,渦流產(chǎn)生的磁場又導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動,故B正確;由于圓盤面積不變,距離磁針的距離不變,故在磁針的磁場中,穿過整個圓盤的磁通量沒有變化,故C錯誤;圓盤整體電荷均勻分布,呈電中性,僅圓盤轉(zhuǎn)動不會形成電流,故D錯誤.2.如圖所示，一個水平放置的玻璃圓環(huán)形小槽，槽內(nèi)光滑，槽寬度和深度處處相同?，F(xiàn)將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在槽中，讓它獲得一初速度v0，與此同時，有一變化的磁場垂直穿過玻璃圓環(huán)形小槽外徑所對應(yīng)的圓面積，磁感應(yīng)強度的大小跟時間成正比例增大，方向豎直向下。設(shè)小球在運動過程中電荷量保持不變，則（）A.小球的向心力大小不變B.小球的向心力大小不斷增大C.磁場力對小球做了功D.小球受到的磁場力大小與時間成正比B【解析】A錯，B對：當(dāng)磁感應(yīng)強度隨時間均勻增大時，將產(chǎn)生一恒定的感生電場，由楞次定律知，電場方向和小球的初速度方向相同。因小球帶正電，靜電力對小球做正功，小球的速度逐漸增大，向心力也隨之增大。C錯：洛倫茲力對帶電小球不做功。D錯：帶電小球所受的洛倫茲力F=qvB隨著v、B的增大而增大，同時B∝t，則F和t不成正比。當(dāng)堂檢測3.下列關(guān)于渦流的說法中，正確的是（）A.渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B.渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C.渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)D.在硅鋼片中不能產(chǎn)生渦流A【解析】渦流是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它是感應(yīng)電流，既有熱效應(yīng)，又有磁效應(yīng)。硅鋼片中能產(chǎn)生渦流，但電流較小。當(dāng)堂檢測4.

電磁爐熱效率高達(dá)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(dāng)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(jìn)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(dǎo)熱性能較差D.在鍋和電磁爐中間放一紙板