物理人教版（2019）选择性必修第二册2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（共37张ppt）

(共37张PPT)
第三节
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
第二章 电磁感应
学习目标
1
新课讲解
3
新课导入
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
学习目标
1.了解感生电场，知道感生电动势产生的原因，会判断感生电动势的方向。
2.知道涡流是如何产生的，知道涡流对我们有不利和有利两方面的影响，以及如何利用和防止涡流。
3.理解电磁阻尼和电磁驱动。
新课导入
两种炉具的工作原理一样吗？若不一样的话，两种炉具分别是怎样使锅具发热的呢？
思考
燃气燃烧→锅具
热传递
没有燃料燃烧产生热量，那么锅具为什么会发热呢？
新课导入
在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作的时候，它的炉盘表面并不发热，但在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热，你知道这是为什么吗？
电磁感应→感生电流→电流的热效应
新课导入
思考：电磁炉产生变化的磁场，使穿过铁锅（导体）的磁场发生变化，在铁锅（导体回路）中产生了感应电流，从而感应电流的热效应实现了铁锅发热，那么是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢？
涡流
电荷的定向移动形成电流
→铁锅中电流的产生
→铁锅中的电荷受到了电场力的作用
_____
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell），英国著名物理学家、数学家。除了奠定电磁理论、开创经典电动力学之外，他还是统计物理学的奠基人之一。
新课讲解
因为公式太复杂，人们更多地选择记住了牛顿和爱因斯坦
与牛爵爷、爱神平起平坐的麦克斯韦
形成
电流
形成
静电
电荷
激发
静电场
电场力
自由电荷
认为
变化的磁场
感生电场
电场力
自由电荷
激发
感生电场：由于磁场的变化而激发的电场
感生电动势：由感生电场产生的感应电动势
感生电场的方向应该如何判断？
思考
B
E
安培定则：右手握住通电螺线管，四指指向电流方向，大拇指所指一端为通电螺线管的N极
如图所示，当磁感应强度B增强时，
楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
↑
闭合
回路
E
由楞次定律可知回路中感应电流产生的磁场方向向下，由安培定则可判断出电流方向为顺时针方向（俯视）。B减弱呢？
B
静电场和感生电场的区别有什么？
由静止的电荷产生 由变化的磁场在周围空间激发
由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合 感应电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的
正电荷受力的方向 楞次定律＋右手螺旋定则
小结
电场对电荷做功不同
拓展
对电荷做功不同：电荷在静电场中沿闭合路径移动一周时，电场力所做的功为零，即静电力做功与路径无关；而电荷在感生电场中沿着闭合路径移动一周时，电场力所做的功不为零，即感生电场中的电场力做功与路径有关.
求试探电荷+q沿圆周AB从A点移动到B点时电场力所做的功
A
B
W=F|AB|-F|BA|=0
E
静电场
B
E
感生电场
W=F|AB|+F|BA|
B
A
感应电动势的应用
应用
电子感应加速器
电子感应加速器
平衡车
现将线圈与高频交流电源连接，几分钟后，让同学摸摸铁板，并说出感受
实验探究：涡流
实验装置：一个线圈和一块铁板，铁板位于线圈正下方。
如图所示
发现：铁板变热了。
实验探究：涡流
说明了什么？试着讨论一下。
线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若电流变大（变小），则磁场变强（变弱），根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场。
看作
电流在导体的电阻中流动时，就会产生电热这就是涡流的热效应
感生电场
导体
许多闭合线圈
感生电动势
涡旋状的感应电流
涡流
小结
导体附近的线圈中的电流随时间变化
发生改变
穿过导体的磁通量
导体内产生感应电流
涡流的热效应
(1)导体内产生的感应电流看起来像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。
(2)由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热。
为什么要在变压器中间插入铁芯？
思考
应用
冶炼炉
电磁炉
金属探测器
高频焊接
安检门
涡流的防止
为什么变压器的铁芯是用薄片叠合而成的？
涡流的防止：（1）增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率较大。（2）用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯
铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也就减少了。为了保护铁芯不被烧坏，减少涡流带来的电能损耗，所以铁芯用薄片叠合而成。
将磁铁托到某高度h释放，使磁铁竖直振动，记录磁铁振动的时间t1；
磁铁固定一线圈，仍将磁铁托到高度h后释放，记录磁铁振动的时间t2，试着比较t1与t2有何不同？为什么会产生这种现象？
实验探究：电磁阻尼
实验装置：固定好的弹簧、弹簧下端悬挂一根磁铁，以及线圈。
如图所示
发现：t2＞t1
实验探究：电磁阻尼
说明了什么？试着讨论一下。
磁场阻碍磁铁靠近（或远离）线圈
产生
磁铁
闭合线圈
感生电流
磁场
B
线圈
N
S
穿过
产生
将铝框安置在底座上，其中铝框位于蹄形磁铁的两个磁极间，且可以绕支点自由转动。
转动磁体，观察铝框的运动。
实验探究：电磁驱动
实验装置：铝框，蹄形磁铁，底座。
如图所示
发现：铝框会随着磁体转动起来，且铝框的转动方向与磁体的转动方向相同。
实验探究：电磁驱动
说明了什么？试着讨论一下。
为阻碍磁场的变化，铝框随磁体转动
磁体
变化磁场
铝框
感应电流
转动
产生
电磁阻尼和电磁驱动
小结
安培力总是阻碍导体的运动
导体在磁场中运动时
产生
感应电流（导体中）
安培力
电磁阻尼
电磁驱动
安培力使导体运动起来
磁场相对于导体运动
产生
感应电流（导体中）
安培力
应用
电动机
保护电流计
电磁驱动
经典例题
1.下列不属于利用涡流工作的是( )
C
A.图示真空冶炼炉，可以冶炼高质量的合金
B.电磁炉加热食物
C.超高压输电线上作业的工人穿戴包含金属丝的织物制成的工作服
D.安检门可以探测人身上携带的金属物品
答案：C
解析：真空冶炼炉冶炼高质量的合金，是使金属材料产生涡流而快速发热的，故A不符合题意；
电磁炉工作时线圈盘周围产生交变磁场，从而使铁锅底部产生涡流而快速发热，故B不符合题意；
工人穿上包含金属丝的织物织成的衣服进行高压带电作业是利用静电屏蔽原理，不属于利用涡流工作，故C符合题意；
安检门可以探测人身上是否携带金属物品是通过使金属物品内产生涡流而使报警器报警的，故D不符合题意。
经典例题
2.（多选）如图所示，磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是( )
BC
A.使线圈偏转角度更大
B.使线圈偏转后尽快停下来
C.起电磁阻尼的作用
D.起电磁驱动的作用
答案：BC
解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是起电磁阻尼的作用。
故选BC。
3.关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是( )
A.金属探测器、探测地雷的探雷器利用涡流工作
B.变压器中用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯利用涡流工作
C.磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用
D.用来冶炼合金钢的真空冶炼炉是利用涡流来产生热量
B
答案：B
解析：A.金属探测器、探雷器中辐射的变化磁场遇到金属物体，在金属物体上产生涡流，故是利用涡流工作，故A正确
B.变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯，是为了防止涡流，而不是利用涡流，故B错误；
C.铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，故C正确；
D.真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量，故D正确。
4.下列四个图都与涡流有关，其中说法正确的是( )
A
D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了增大涡流
当堂检测
A.真空冷炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B.自制金属探测器是利用地磁场来进行探测的
C.电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物
答案：A
解析：A.真空冷炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，故A正确；
B.金属探测器中变化电流遇到金属物体，在被测金属中上产生涡流来进行探测，故B错误；
C.家用电磁炉工作时，在锅体中产生涡流，加热食物，故C错误；
D.当变压器中的电流变化时，在其铁芯将产生涡流，使用相互绝缘的硅钢片叠合做成的铁芯可以尽可能减小涡流，故D错误。
故选A。
5.零刻度在表盘正中间的电流计非常灵敏，通入电流后，线圈受安培力和螺旋弹簧的弹力作用而达到平衡时，指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难。在指针转轴上装上扇形铝框或扇形铝板，并在合适区域加上磁场，可以解决此困难。下列方案合理的是( )
A. B. C. D.
D
答案：D
解析：A、C方案中，当指针向左偏转时，铝框或铝板可能会离开磁场，产生不了涡流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，AC错误；B方案中，磁场在铝框中间，当指针偏转角度较小时，铝框不能切割磁感线，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，B错误；
D方案中，磁场在铝板中间，无论指针偏转角度大小，都会在铝板上产生涡流，起到电磁阻尼的作用，指针会很快停下，便于读数，D正确。
6.某物理学家曾设计过一个实验，如图所示。在一块绝缘板的中部安装一个线圈，线圈接有电源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置支撑起来，忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关于圆盘的说法中正确的是( )
A.圆盘将沿逆时针方向转动
B.圆盘将沿顺时针方向转动
C.圆盘不会转动
D.无法确定圆盘是否会动
C
答案：A
解析：线圈接通电源瞬间，产生向上的磁场，向上增大的磁场产生顺时针方向的感生电场，因为小球带负电，小球受到的电场力与电场方向相反，则有逆时针方向的电场力，所以圆盘将沿逆时针方向转动。故A正确。
本课小结
1.感生电场是电磁感应现象中由于磁场的变化产生的，电场的方向可利用楞次定律来判断，其电场线是闭合的，与静电场的电场线不同。电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。
2.穿过导体的磁通量发生变化，导体内产生的看起来像水中漩涡一样的感应电流称为涡流。
由于涡流的热效应，在焊接金属、冶炼金属等方面有着重要的应用，但在用电设备中由于涡流的热效应也浪费了大量的能量。
本课小结
3.当导体在磁场中运动时，感应电流受到的安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。
4.磁场相对于导体转动时，在导体中产生的感应电流受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动。