选择性必修 第二册第二章 电磁感应 第3节 涡流 电磁阻尼和电磁驱动(共29张PPT)
文档属性
| 名称 | 选择性必修 第二册第二章 电磁感应 第3节 涡流 电磁阻尼和电磁驱动(共29张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-01-06 23:27:46 | ||
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文档简介
(共29张PPT)
第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，闭合线圈中的自由电子就会在感生电场的作用下定向移动从而产生感应电流。
思考：如果闭合线圈不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象
B
I
这种电流就像水中的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。
第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流的应用
涡流的热效应:
电磁炉通过往炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而产生热量，加热食物。
电磁炉
涡流的应用
电磁炉通过往炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而产生热量，加热食物。
涡流的热效应:
电磁炉
[例1] 电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列相关的说法中正确的是( )
A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
B.电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
C.金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D.电磁炉的上表面一般都是用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗
A
真空冶炼炉
抽真空
冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化。
利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
涡流的应用
涡流的热效应:
交流电源
焊
接
处
待焊接元件
线圈导线
涡流的应用
高频焊接
线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，焊缝处电阻很大，感应电流通过焊缝处会产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起。
涡流的热效应:
[例2] (多选)如图2所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( )
A.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快
B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快
C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小
D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大
AD
金属探测器
探雷器的长柄线圈中，通有变化的电流，在其周围就产生变化的磁场
埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流
涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警
涡流的应用
涡流的磁效应:
安检门
金属探测仪
金属检测仪、安检门可以探测人身携带的金属物品，道理是一样的。（涡流）
涡流的应用
涡流的热效应:
金属探测器
涡流的防止
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。
涡流的危害:
烧坏的电机：
变压器
涡流
左边线圈电流变化时，通过铁芯，右边线圈也感应出了电流，改变了电压。
但是铁芯里也会感应出涡流，浪费了能量
怎样减少涡流损耗？
1、增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢
涡流的防止
用硅钢片做变压器的铁芯
怎样减少涡流损耗？
1、增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢
涡流的防止
2、用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢片
交变电流
交变电流
整块铁芯
彼此绝缘的硅钢片
一、涡流
1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的___________，就像水中的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。
2.特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的________很多。
3.应用 (1)涡流________的应用：如真空冶炼炉。
(2)涡流________的应用：如探雷器、安检门。
4.防止：电动机、变压器等设备中为防止铁芯中__________而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施。
感应电流
热量
热效应
磁效应
第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流过大
4.防止：电动机、变压器等设备中为防止铁芯中__________而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施。
(1)途径一：增大铁芯材料的________。
(2)途径二：用相互绝缘的________________的铁芯代替整块硅钢铁芯。
涡流过大
电阻率
硅钢片叠成
思考判断
(1)涡流也是一种感应电流。( )
(2)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。( )
(3)利用涡流制成的探测器也可探测毒品。( )
(4)涡流是一种有害的电磁感应现象。( )
√
×
×
×
v
F安
v
F安
电磁阻尼
电磁驱动
F安
F安
电磁阻尼
F安
F安
电磁驱动
①磁电式仪表
②电气机车的电磁制动
电磁阻尼
应用：
磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？
1、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？
2、铝框由于转动产生感应电流，铝框会受安培力，安培力是沿什么方向的？
3、安培力对铝框的转动产生什么影响？
4、使用铝框做线圈骨架有什么好处？
电磁阻尼
微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
内部有磁体，有线圈。
把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，使指针迅速停止摆动，保护游丝，指针。
电磁阻尼
电磁驱动
交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。
二、电磁阻尼和电磁驱动
1.电磁阻尼 (1)定义：当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是_______导体运动的现象。
(2)应用：磁电式仪表中利用____________使指针迅速停下来，便于读数。
2.电磁驱动 (1)定义：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________的作用，________使导体运动起来的现象。(2)应用：交流感应电动机。
阻碍
电磁阻尼
安培力
安培力
电磁阻尼是导体相对于磁场运动，而电磁驱动是磁场相对于导体运动。安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。
注意：
1、如果是金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能。
2、如果是金属块进出磁场或在非强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。
产生涡流时的能量转化：
伴随着涡流现象，其他形式的能转化为电能最终在金属块中转化为内能。
例3.如图，金属球从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设球的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则( )
A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于h
B．若是匀强磁场，球滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h
BD
金属球在磁场中运动时，若磁通量改变，则会产生涡流
金属球机械能减小，转化为涡流的内能。
金属球机就会受到一种阻碍作用。
[例4] (多选)如图3所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则( )
A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同
B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小
C.线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流
D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
BC
[例5] 扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图4所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是( )
A
第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，闭合线圈中的自由电子就会在感生电场的作用下定向移动从而产生感应电流。
思考：如果闭合线圈不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象
B
I
这种电流就像水中的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。
第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流的应用
涡流的热效应:
电磁炉通过往炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而产生热量，加热食物。
电磁炉
涡流的应用
电磁炉通过往炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而产生热量，加热食物。
涡流的热效应:
电磁炉
[例1] 电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列相关的说法中正确的是( )
A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
B.电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
C.金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D.电磁炉的上表面一般都是用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗
A
真空冶炼炉
抽真空
冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化。
利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
涡流的应用
涡流的热效应:
交流电源
焊
接
处
待焊接元件
线圈导线
涡流的应用
高频焊接
线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，焊缝处电阻很大，感应电流通过焊缝处会产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起。
涡流的热效应:
[例2] (多选)如图2所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( )
A.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快
B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快
C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小
D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大
AD
金属探测器
探雷器的长柄线圈中，通有变化的电流，在其周围就产生变化的磁场
埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流
涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警
涡流的应用
涡流的磁效应:
安检门
金属探测仪
金属检测仪、安检门可以探测人身携带的金属物品，道理是一样的。（涡流）
涡流的应用
涡流的热效应:
金属探测器
涡流的防止
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。
涡流的危害:
烧坏的电机：
变压器
涡流
左边线圈电流变化时，通过铁芯，右边线圈也感应出了电流，改变了电压。
但是铁芯里也会感应出涡流，浪费了能量
怎样减少涡流损耗？
1、增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢
涡流的防止
用硅钢片做变压器的铁芯
怎样减少涡流损耗？
1、增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢
涡流的防止
2、用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢片
交变电流
交变电流
整块铁芯
彼此绝缘的硅钢片
一、涡流
1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的___________，就像水中的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。
2.特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的________很多。
3.应用 (1)涡流________的应用：如真空冶炼炉。
(2)涡流________的应用：如探雷器、安检门。
4.防止：电动机、变压器等设备中为防止铁芯中__________而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施。
感应电流
热量
热效应
磁效应
第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流过大
4.防止：电动机、变压器等设备中为防止铁芯中__________而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施。
(1)途径一：增大铁芯材料的________。
(2)途径二：用相互绝缘的________________的铁芯代替整块硅钢铁芯。
涡流过大
电阻率
硅钢片叠成
思考判断
(1)涡流也是一种感应电流。( )
(2)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。( )
(3)利用涡流制成的探测器也可探测毒品。( )
(4)涡流是一种有害的电磁感应现象。( )
√
×
×
×
v
F安
v
F安
电磁阻尼
电磁驱动
F安
F安
电磁阻尼
F安
F安
电磁驱动
①磁电式仪表
②电气机车的电磁制动
电磁阻尼
应用：
磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？
1、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？
2、铝框由于转动产生感应电流，铝框会受安培力，安培力是沿什么方向的？
3、安培力对铝框的转动产生什么影响？
4、使用铝框做线圈骨架有什么好处？
电磁阻尼
微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
内部有磁体，有线圈。
把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，使指针迅速停止摆动，保护游丝，指针。
电磁阻尼
电磁驱动
交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。
二、电磁阻尼和电磁驱动
1.电磁阻尼 (1)定义：当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是_______导体运动的现象。
(2)应用：磁电式仪表中利用____________使指针迅速停下来，便于读数。
2.电磁驱动 (1)定义：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________的作用，________使导体运动起来的现象。(2)应用：交流感应电动机。
阻碍
电磁阻尼
安培力
安培力
电磁阻尼是导体相对于磁场运动，而电磁驱动是磁场相对于导体运动。安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。
注意：
1、如果是金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能。
2、如果是金属块进出磁场或在非强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。
产生涡流时的能量转化：
伴随着涡流现象，其他形式的能转化为电能最终在金属块中转化为内能。
例3.如图，金属球从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设球的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则( )
A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于h
B．若是匀强磁场，球滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h
BD
金属球在磁场中运动时，若磁通量改变，则会产生涡流
金属球机械能减小，转化为涡流的内能。
金属球机就会受到一种阻碍作用。
[例4] (多选)如图3所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则( )
A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同
B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小
C.线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流
D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
BC
[例5] 扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图4所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是( )
A