渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)PPT通用課件

導(dǎo)入新課

上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了兩種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象—互感和自感，現(xiàn)在我們繼續(xù)來學(xué)習(xí)另一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象—渦流。

渦流在實(shí)際生活中有許多應(yīng)用，比如：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變壓器等。當(dāng)然渦流也有利和弊兩個(gè)方面，我們?nèi)绾稳ゼ右岳?？如何去防止呢？這節(jié)課我們就學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)第七節(jié)渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)1.知識(shí)與技能知道渦流是如何產(chǎn)生的。知道渦流的利與弊，以及如何利用和防止渦流。

教學(xué)目標(biāo)2.過程與方法

用實(shí)驗(yàn)的方法引入新課激發(fā)學(xué)生的求知欲。通過舊知識(shí)分析新問題弄清渦流的產(chǎn)生原因。利用理論聯(lián)系實(shí)際的方法加深理解渦流。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂趣，引發(fā)學(xué)生去分析問題，解決問題，提高其學(xué)習(xí)掌握知識(shí)的能力。通過理論與實(shí)際相結(jié)合，提高學(xué)習(xí)情趣，培養(yǎng)其用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)渦流的產(chǎn)生原因和渦流的作用。

教學(xué)難點(diǎn)渦流的產(chǎn)生原因。1.渦流2.電磁阻尼

3.電磁驅(qū)動(dòng)

本節(jié)導(dǎo)航1.渦流

前面我們講過，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，當(dāng)如右圖所示的磁場(chǎng)變化時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子就會(huì)在此電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流。BE定義

變壓器在工作時(shí)，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)外，變化的磁通量也會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流。定義由來實(shí)驗(yàn)1：如圖線圈接入220V交變電源，塊狀鐵芯插入線圈中，讓一名學(xué)生感知鐵芯的變化。

現(xiàn)象：幾分鐘后學(xué)生感到鐵芯變熱。解釋：原來把塊狀的金屬放在變化的磁場(chǎng)中或讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合電路，很像水的漩渦，因此叫做渦電流，簡稱渦流。注意

（1）金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量,如果金屬的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量也很多。

（2）渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律。由于整塊金屬的電阻通常很小，故渦流常常很大。

（3）渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律！應(yīng)用（1）真空冶煉爐，高頻焊接

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(qiáng)的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。抽真空焊接原理：

線圈中通以高頻交流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于焊接縫處的接觸電阻很大，放出的焦耳熱很多，致使溫度升得很高，將金屬熔化，焊接在一起.電源焊接處待焊接元件線圈導(dǎo)線

，

交變電流的頻率越高，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化就越快，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在待焊接工件中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，感應(yīng)電流就越大.而放出的電熱與電流的平方成正比，所以交變電流的頻率越高焊接處放出的熱量越多.生活中的物理：電磁灶的工作原理

電磁灶的臺(tái)面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)通上交替變化極快的交流電時(shí)，在臺(tái)板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場(chǎng)，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強(qiáng)渦流，當(dāng)渦流受材料電阻的阻礙時(shí)，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。（2）探雷器自制金屬探測(cè)器

這種探雷器可以用來探測(cè)金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。

探測(cè)地雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個(gè)長柄線圈在地面上掃過，線圈中有變化的電流。探雷器是利用渦流制成的探雷器

如果地下埋著金屬物品，金屬中感應(yīng)渦流，渦流的磁場(chǎng)反過來影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警。探雷器（3）安檢門門框~交流電報(bào)警電路線圈

機(jī)場(chǎng)的安檢門可以探測(cè)人身攜帶的金屬物品，道理和探雷器是一樣的。其它應(yīng)用

新型爐灶——電磁爐。金屬探測(cè)器：飛機(jī)場(chǎng)、火車站安全檢查、掃雷、探礦。電磁爐危害

導(dǎo)體在產(chǎn)生渦流的過程中，渦流也會(huì)產(chǎn)生熱量這樣的話會(huì)造成很多的能源浪費(fèi)，還可能燒壞電器?。ɡ缭陔妱?dòng)機(jī)和變壓器里面）問題：里面鐵芯的作用？

變壓器、電機(jī)的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成的，以減少渦流和電能的損耗，同時(shí)避免破壞絕緣層。鐵芯的作用用硅鋼片做變壓器的鐵芯防止

原因：上面的實(shí)驗(yàn)中，把塊狀鐵芯換成硅鋼片鐵芯，再接通電源，幾分鐘后，通過學(xué)生感知，溫度沒有明顯變化。

解釋：涂有絕緣的薄硅鋼片疊加的鐵芯，在變化的磁場(chǎng)中，產(chǎn)生的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，又因?yàn)楣桎撈绕胀ǖ碾娮璐螅梢赃M(jìn)一步減小渦流損失，電動(dòng)機(jī)和變壓器的鐵芯都不是整塊金屬。線圈中流過變化的電流,在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱,浪費(fèi)了能量,還可能損壞電器。（1）增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。減少渦流的途徑

（2）用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。知識(shí)拓展渦流損耗

導(dǎo)體在非均勻磁場(chǎng)中移動(dòng)或處在隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中時(shí)，因渦流而導(dǎo)致能量損耗稱為渦流損耗。

渦流損耗的大小與磁場(chǎng)的變化方式、導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等因素有關(guān)。渦流損耗的計(jì)算需根據(jù)導(dǎo)體中的電磁場(chǎng)的方程式，結(jié)合具體問題的上述諸因素進(jìn)行。渦流檢測(cè)

渦流檢測(cè)適用于導(dǎo)電材料探傷，常見的金屬材料可分為兩大類：非鐵磁性材料和鐵磁性材料。后者為銅、鋁、鈦及其合金和奧氏體不銹鋼；前者為鋼、鐵及其合金。它們的本質(zhì)差別是材質(zhì)磁導(dǎo)率μ約為1或遠(yuǎn)大于1

。在發(fā)電廠，除復(fù)水器等少量管道使用銅、鈦、奧氏體不銹鋼非鐵磁性材料外，大量管道都采用鋼管等鐵磁性材料，典型的應(yīng)用有省煤器、水冷壁等。新型技術(shù)脈沖渦流檢測(cè)

原理：脈沖渦流通常是以一定占空比的方波作為激勵(lì)信號(hào)施加于初級(jí)線圈，當(dāng)載有方波電信號(hào)的初級(jí)線圈接近導(dǎo)電材料或試件時(shí)，在導(dǎo)體中感應(yīng)產(chǎn)生瞬變的渦流和再生磁場(chǎng)。瞬時(shí)渦流的大小、衰減狀況與導(dǎo)體的電磁特性、幾何形狀及耦合狀況相關(guān)，次級(jí)線圈（或電磁傳感器）接收到的渦流再生磁場(chǎng)包含有被檢測(cè)對(duì)象導(dǎo)電率、磁導(dǎo)率及形狀尺寸的相關(guān)信息，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)脈沖渦流的檢測(cè)與評(píng)價(jià)。原理圖：2.電磁阻尼分析電表線圈骨架的作用

如圖（圖一）所示，一個(gè)單匝線圈落入磁場(chǎng)中，分析它在圖示位置時(shí)感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向，安培力對(duì)線圈的運(yùn)動(dòng)有什么影響？圖一

磁電式儀表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上（圖二）。假定儀表工作時(shí)指針向右轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框中感應(yīng)電流沿什么方向？由于鋁框轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(duì)鋁框的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生什么影響？使用鋁框做線圈骨架有什么好處？圖二

當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)-----電磁阻尼。討論:(1)為什么用鋁框做線圈骨架？V

(2)微安表的表頭在運(yùn)輸時(shí)為何應(yīng)該把兩個(gè)接線柱連在一起？連接兩個(gè)接線柱的導(dǎo)線3.電磁驅(qū)動(dòng)

如磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)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(yùn)動(dòng)起來----電磁驅(qū)動(dòng)。

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的。連接到三相電源時(shí)能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)一種交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)動(dòng)畫：渦流動(dòng)畫：電磁阻尼擺動(dòng)畫：阻尼電子儀器課堂小結(jié)1.塊狀金屬放在變化磁場(chǎng)中，或者讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流叫渦流。

2.渦流的防止①增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。②用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。

3.渦流的利用①真空冶煉爐，高頻焊接②探雷器和安檢門都是利用渦流制成的③電磁灶課堂練習(xí)1.用來冶煉合金鋼的真空__________

，爐外有_________

，線圈中通入___________________電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生______________

．渦流產(chǎn)生的________使金屬熔化并達(dá)到很高的溫度。

2.利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過程能在__________中進(jìn)行，這樣就能防止__________________進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的__________

。冶煉爐線圈周期性變化的渦流熱量真空空氣中的雜質(zhì)合金3.同樣大小的整塊金屬和疊合的硅鋼片鐵芯放在同一變化的磁場(chǎng)中相比較（）

A金屬塊中的渦流較大，熱功率也較大

B硅鋼片中渦流較大，熱功率也較大

C金屬塊中渦流較大，硅鋼片中熱功率較大

D硅鋼片中渦流較大，金屬塊中熱功率較大A課后習(xí)題答案1.解答：當(dāng)銅盤在磁極間運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象在銅盤中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使銅盤受到安培力作用，而安培力方向阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，所以銅盤很快就停了下來。

2.解答：當(dāng)條形磁鐵的N極靠近線圈時(shí)，線圈中向下的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可得，線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)應(yīng)該向上，再根據(jù)右手螺旋定則，判斷出線圈中的感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向（自上而下看）。感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)條形磁鐵N極的作用力向上，