人教版（2019）选择性必修二 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件17张
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）选择性必修二 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件17张 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 12.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-04-11 21:57:49 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
2.3 涡流 电磁阻尼和电磁驱动
在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗
一、电磁感应现象中的感生电场
沿图示方向的磁场增加时：
（1）在线圈内产生感应电流的方向如何？
（2)电流是自由电荷定向移动产生的，自由电荷定向移动的原因是什么？
1.感生电场：磁场变化时，在空间激发一种电场，
我们把它叫做感生电场。
2.感生电动势：这种由变化磁场产生的电动势叫感生电动势。
其方向可由楞次定律判断。
B
I
E
静止电荷
激发
静电场
感生电场应用实例---电子感应加速器
（1）电子感应加速器:应用感生电场来加速电子的一种设备。
（2）结构：柱形电磁铁—产生变化的磁场；
环形真空管道—电子运行的轨道；
（3）工作过程：磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场力而不断加速。
一、电磁感应现象中的感生电场
从图2.3-1甲中可以看到，磁场方向由下向上，如果从上向下看(2.3-1乙)，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反，为使电子加速。请思考以下问题：
（1）感生电场方向是顺时针还是逆时针？
（2）原磁场应该由强变弱还是由弱变强？
（3）电磁铁线圈中的电流应该由小变大还是由大变小？
顺时针
由弱变强
由小变大
如图把绝缘导线缠绕在块状的铁芯上。导线中通有交流电。过一会用手摸一下铁芯会感到什么？为什么？
参考答案：过一会用手摸一下铁芯会感到铁芯明显发热。因为当导线中通有交流电时，铁芯中就会产生一个变化的磁场，由于铁心可以看作是一个个独立的方形回路的导体，所以在这些回路中就会产生感应电流，放出热量。
二、涡流
1. 定义：
由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流，叫涡电流。如图中的虚线所示。
2. 特点：
若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。
∽
3. 应用
（1）涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉、高频焊接。
①真空冶炼炉原理：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（如图），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
真空冶炼炉
②电磁炉原理：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的（如图所示）。
二、涡流
3. 应用
二、涡流
（2）涡流磁效应：金属探测器，探雷器，安检门。
金属探测器：金属探测器的探测线圈中通有交流电，当靠近隐藏的金属物品时，会在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。
4. 涡流的危害与防止防止
二、涡流
危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流:
①使铁芯发热，
②浪费了能量，
③还可能损坏电器。
防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。
（1）途径一：增大铁芯材料的电阻率。
（2）途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。如图所示。
用硅钢片做变压器的铁芯
交变电流
交变电流
整块铁心
彼此绝缘的薄片
例2.如图,在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流,一段时间后,一个容器中水温升高,则通入的电流与水温升高的是( )
A.恒定直流、小铁锅
B.恒定直流、玻璃杯
C.变化的电流、小铁锅
D.变化的电流、玻璃杯
解析：变化的电流才能产生变化的磁场，变化的磁场才能产生感生电场，在金属内才能产生涡流，使水温升高。所以选C.
三、电磁阻尼
1. 概念
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相对运动的现象。
2. 应用
1.如图 2.3-7 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？
应用:阻尼摆、磁电式仪表、电气机车的电磁制动等
磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。
磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。 假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的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？
三、电磁阻尼
为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起
灵敏电流计的指针太过灵活，很容易在运输时由于摆动而折断。用导线把正负两个接线柱连在一起，构成一个闭合回路。这样如果它的指针摆动，就会在线圈中产生感应电流，接着出现电磁阻尼的现象，使指针很快的停止运动就不容易折断。
四、电磁驱动
观察铝框的运动
如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁体，观察铝框的运动。怎样解释铝框的运动？
铝框的运动
B
N
S
N
S
B
I
F
F
产生旋转磁场的装置
2. 应用
交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。
电动机
四、电磁驱动
如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。（运动特点：同向异步）
1. 电磁驱动：
磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁驱动力引导，推动列车前行。
磁悬浮列车也是利用电磁驱动的原理工作的。
2.3 涡流 电磁阻尼和电磁驱动
在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗
一、电磁感应现象中的感生电场
沿图示方向的磁场增加时：
（1）在线圈内产生感应电流的方向如何？
（2)电流是自由电荷定向移动产生的，自由电荷定向移动的原因是什么？
1.感生电场：磁场变化时，在空间激发一种电场，
我们把它叫做感生电场。
2.感生电动势：这种由变化磁场产生的电动势叫感生电动势。
其方向可由楞次定律判断。
B
I
E
静止电荷
激发
静电场
感生电场应用实例---电子感应加速器
（1）电子感应加速器:应用感生电场来加速电子的一种设备。
（2）结构：柱形电磁铁—产生变化的磁场；
环形真空管道—电子运行的轨道；
（3）工作过程：磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场力而不断加速。
一、电磁感应现象中的感生电场
从图2.3-1甲中可以看到，磁场方向由下向上，如果从上向下看(2.3-1乙)，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反，为使电子加速。请思考以下问题：
（1）感生电场方向是顺时针还是逆时针？
（2）原磁场应该由强变弱还是由弱变强？
（3）电磁铁线圈中的电流应该由小变大还是由大变小？
顺时针
由弱变强
由小变大
如图把绝缘导线缠绕在块状的铁芯上。导线中通有交流电。过一会用手摸一下铁芯会感到什么？为什么？
参考答案：过一会用手摸一下铁芯会感到铁芯明显发热。因为当导线中通有交流电时，铁芯中就会产生一个变化的磁场，由于铁心可以看作是一个个独立的方形回路的导体，所以在这些回路中就会产生感应电流，放出热量。
二、涡流
1. 定义：
由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流，叫涡电流。如图中的虚线所示。
2. 特点：
若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。
∽
3. 应用
（1）涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉、高频焊接。
①真空冶炼炉原理：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（如图），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
真空冶炼炉
②电磁炉原理：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的（如图所示）。
二、涡流
3. 应用
二、涡流
（2）涡流磁效应：金属探测器，探雷器，安检门。
金属探测器：金属探测器的探测线圈中通有交流电，当靠近隐藏的金属物品时，会在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。
4. 涡流的危害与防止防止
二、涡流
危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流:
①使铁芯发热，
②浪费了能量，
③还可能损坏电器。
防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。
（1）途径一：增大铁芯材料的电阻率。
（2）途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。如图所示。
用硅钢片做变压器的铁芯
交变电流
交变电流
整块铁心
彼此绝缘的薄片
例2.如图,在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流,一段时间后,一个容器中水温升高,则通入的电流与水温升高的是( )
A.恒定直流、小铁锅
B.恒定直流、玻璃杯
C.变化的电流、小铁锅
D.变化的电流、玻璃杯
解析：变化的电流才能产生变化的磁场，变化的磁场才能产生感生电场，在金属内才能产生涡流，使水温升高。所以选C.
三、电磁阻尼
1. 概念
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相对运动的现象。
2. 应用
1.如图 2.3-7 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？
应用:阻尼摆、磁电式仪表、电气机车的电磁制动等
磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。
磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。 假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的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？
三、电磁阻尼
为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起
灵敏电流计的指针太过灵活，很容易在运输时由于摆动而折断。用导线把正负两个接线柱连在一起，构成一个闭合回路。这样如果它的指针摆动，就会在线圈中产生感应电流，接着出现电磁阻尼的现象，使指针很快的停止运动就不容易折断。
四、电磁驱动
观察铝框的运动
如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁体，观察铝框的运动。怎样解释铝框的运动？
铝框的运动
B
N
S
N
S
B
I
F
F
产生旋转磁场的装置
2. 应用
交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。
电动机
四、电磁驱动
如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。（运动特点：同向异步）
1. 电磁驱动：
磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁驱动力引导，推动列车前行。
磁悬浮列车也是利用电磁驱动的原理工作的。