人教版（2019）物理选择性必修第二册 2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动及练习（38张PPT）

(共38张PPT)
涡流、电磁阻尼和电磁驱动及练习
如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象？变成方盘呢？
如果导体用整块铁代替，如图所示，电流变化时，铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状如何？
想一想
1. 涡流：当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流——涡流.
2. 特点:
（1）涡流是在整块金属内产生的感应电流。
（2）涡流的产生遵守法拉第电磁感应定律。
（3）磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越强。
二、涡流
3.产生涡流的两种情况
(1)块状金属放在变化的磁场中。
(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。
4. 涡流的利用
(1)涡流的热效应。
(2)涡流的磁效应。
二、涡流
(1) 涡流的热效应：金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。
真空冶炼炉
交流电源
焊
接
处
待焊接元件
线圈导线
高频焊接
电磁炉
二、涡流
(2) 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
二、涡流
探雷器
这种探雷器可以用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
门框
~ 交流电
报警电路
线圈
安检门
金属块
二、涡流
5. 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。
6. 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。
二、涡流
②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
二、涡流
例3 (多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频交变电流,金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热,将焊缝熔化焊接,要使焊接处产生的热量较大可(　　)
A. 增大交变电流的电压
B. 增大交变电流的频率
C. 增大焊接缝的接触电阻
D. 减小焊接缝的接触电阻
答案 ABC
[思考与讨论]
1. 如图（图一）所示，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向，安培力对线圈的运动有什么影响？
图一
三、电磁阻尼
[思考与讨论]
2.磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上(图二)。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？
图二
提示：铝框中的涡流产生磁场，根据楞次定律，该磁场将阻碍引起涡流的磁场的变化。从力的角度分析，铝框中的安培力将阻碍铝框的转动，即产生电磁阻尼。
选用铝框做线圈骨架的原因：①铝框是导体，可产生电磁阻尼，使指针转动更趋平稳；②铝材质轻且结实。
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。
三、电磁阻尼
讨论: 微安表的表头在运输时为何应该把两个接线柱连在一起？
连接两个接线柱的导线
这是因为电流表正负接线柱短接后与线圈组成闭合电路，由于指针和线圈是固定在一起的，所以指针摆动时会带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而在线圈中产生感应电流，而感应电流会产生阻碍线圈转动的效果，从而有效减轻了指针的摆动。
[做一做
如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。
(1)如果将磁铁拿走，轻转线圈，观察线圈的转动，若安装上磁铁，用同样的力转动线圈，你会观察到两次现象有什么不同，为什么
(2)先让线圈静止，转动磁铁，观察线圈有什么现象发生，为什么
要点提示
(1)观察到没有磁铁时线圈转动的时间比有磁铁时转动的时间长很多。有磁铁时，线圈转动会产生感应电流，感应电流的安培力阻碍线圈的转动。
(2)观察到线圈随着磁铁的转动会慢慢转动起来。线圈中产生感应电流，感应电流的安培力阻碍线圈相对磁铁的运动，即使线圈慢慢随磁铁转动起来。
四、电磁驱动
提示：
电磁驱动中，感应电流的作用是阻碍磁铁与铝框的相对运动，但不能阻止这种相对运动，所以铝框转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。
讨论:
铝框转动的角速度能否等于磁铁转动的角速度？
3.电磁阻尼与电磁驱动的比较
比较项目 电磁阻尼 电磁驱动
不 同 点 成因 由于导体在磁场中运动而产生感应电流,从而使导体受到安培力 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍导体运动 导体受安培力的方向与导体运动方向相同,推动导体运动
能量 转化 导体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能 由于电磁感应,磁场能转化为电能,通过安培力做功,电能转化为导体的机械能,从而对外做功
相同点 两者都是电磁感应现象,都遵循楞次定律,都是安培力阻碍引起感应电流的磁场与导体间的相对运动 例4. 如图所示,弹簧上端固定,下端挂一只条形磁铁,使磁铁上下振动,磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁,观察磁铁的振幅将会发现(　　)
A. S闭合时振幅逐渐减小,S断开时振幅不变
B. S闭合时振幅逐渐增大,S断开时振幅不变
C. S闭合或断开,振幅变化相同
D. S闭合或断开,振幅都不发生变化
答案 A
电磁感应现象中的感生电场
涡流
电磁阻尼和电磁驱动
产生
应用和防止
电磁阻尼
电磁驱动
小 结
专题强化7　
电磁感应中的电路、电荷量问题
第二章　电磁感应
一、电磁感应中的电路问题
处理电磁感应中电路问题的一般方法
1.明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该部分电路或导体相当于电源，其他部分是外电路.
2.画等效电路图，分清内、外电路.
3.用法拉第电磁感应定律E＝ 或E＝Blvsin θ确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向.注意在等效电源内部，电流方向从负极流向正极.
4.运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率等公式求解.
图1
例1 如图1甲所示，线圈总电阻r＝0.5 Ω，匝数n＝10，其端点a、b与R＝1.5 Ω的电阻相连，线圈内磁通量变化规律如图乙所示.关于a、b两点电势φa、φb及两点电势差Uab，正确的是
A.φa>φb，Uab＝1.5 V
B.φa<φb，Uab＝－1.5 V
C.φa<φb，Uab＝－0.5 V
D.φa>φb，Uab＝0.5 V
√
【例2】如图, 粗细
均匀的金属环电阻为R,
可绕轴O转动的金属杆
OA的电阻为R/4, 杆长为
l, A端与环相接触, 一阻
值为R/2的定值电阻分别与杆的端点O及环边缘连接. 杆OA在垂直于环面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中, 以角速度 顺时针转动. 求电路中总电流的变化范围．
B
O
D
A
l
R/2

针对训练1 粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差的绝对值最大的是
√
例2　固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd的边长为L，其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可以忽略的铜线.匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里.现有一段与ab段的材料、粗细、长
图2
度均相同的电阻丝PQ架在导线框上(如图2所示)，PQ与导线框接触良好.若PQ以恒定的速度v从ad滑向bc，当其滑过 的距离时，通过aP段的电流多大？方向如何？
又电源电动势为E＝BLv，则电路中的总电流为：
总结提升
1.“电源”的确定方法：“切割”磁感线的导体(或磁通量发生变化的线圈)相当于“电源”，该部分导体(或线圈)的电阻相当于“内电阻”.
2.电流的流向：在“电源”内部电流从负极流向正极，在“电源”外部电流从正极流向负极.
二、电磁感应中的电荷量问题
由上式可知，线圈匝数一定时，通过某一截面的感应电荷量仅由回路电阻和磁通量的变化量决定，与时间无关.
例3　如图3所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆形导线框内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左向右匀速滑动，MN与圆环接触良好，电路中的定值电阻为R，其余部分电阻忽略不计.求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上通过的电荷量.
图3
解析　MN从圆环的左端滑到右端的过程中，
ΔΦ＝B·ΔS＝B·πr2
针对训练2　物理实验中，常用一种叫作“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量.如图4所示，探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度.已知线圈的匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成
图4
的回路电阻为R.若将线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈平面与磁场垂直，现把探测线圈翻转180°，冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q，由上述数据可得出被测磁场的磁感应强度为
√
1.(电磁感应中的电路问题)(多选)如图5所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1 m，cd间、de间、cf间都接阻值为R＝10 Ω的电阻.一接入电路的阻值为R＝10 Ω的导体棒ab以速度v＝4 m/s匀速向左运动，导体棒与导轨垂直且接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小为B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场.下列说法中正确的是
A.导体棒ab中电流的方向为由b到a
B.cd两端的电压为1 V
C.de两端的电压为1 V
D.fe两端的电压为1 V
√
图5
√
2.(电磁感应中的电路问题)如图6所示，粗细均匀、电阻为2r的金属圆环，放在图示的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，圆环直径为l；长为l、电阻为 的金属棒ab放在圆环上，且与圆环接触良好，以速度v0向左匀速运动，当ab棒运动到图示虚线位置(圆环直径处)
时，金属棒两端的电势差为
图6
√
3.(电磁感应中的电荷量问题)如图7所示，将一个闭合金属圆环从有界磁场中匀速拉出，第一次速度为v，通过金属圆环某一横截面的电荷量为q1，第二次速度为2v，通过金属圆环某一横截面的电荷量为q2，则
A.q1∶q2＝1∶2
B.q1∶q2＝1∶4
C.q1∶q2＝1∶1
D.q1∶q2＝2∶1
图7
√
4.(电磁感应中的电荷量问题)如图8所示，正方形金属线圈位于纸面内，边长为L，匝数为N，电阻为R，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直于纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，当线圈从图示位置绕OO′转过90°时，穿过线圈某横截面的总电荷量为
图8
√