2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件(共40张PPT)

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2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动
电磁感应中的感生电场
涡流
电磁阻尼
电磁阻尼
01
02
03
04
目录
CONTENTS
导体棒ab相
当于电源
非静电力是洛伦兹力
对感应电动势的思考
产生感应动动手的非静电力
线圈B相
当于电源
思考：这情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色？
非静电力是什么力？
电磁感应中的感生电场
PART 1
磁场
变化
激发
感生
电场
力
导体中
自由电荷
形成
感应
电流
静止电荷
激发
静电场
感生电动势
（非静电力）
产生
导体
闭合
麦克斯韦的解释
一、电磁感应中的感生电场
1.感生电场：变化的磁场在空间激发的电场
2.感生电动势：有感生电场产生的电
动势叫感生电动势。
3.感生电动势的非静电力是
感生电场对电荷的作用力。
4.感生电场的特点：
（1）感生电场位于与磁场垂直的平面上；
（3）感应电场方向与感应电流的方向相同
（4）通过判断感应电流的方向的方法判断感生电场—楞次定律+右手螺旋定则。
E感
真空室
i感
B
B感
增加
i
增大
增大
E感
B
（2）感生电场的电场线是闭合的。
如图所示，当磁感应强度B增强时，
↑
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
B
E
↓
5、感生电场应用实例---电子感应加速器
电子感应加速器:应用感生电场来加速电子的一种设备。
柱形电磁铁：产生变化的磁场；
环形真空管道：是电子运行的轨道
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的持续作用而不断加速。
真空室
i
i
电子感应加速器
感生电场的理解
涡流
PART 2
思考与讨论：
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？
1.涡流形成的原因：线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，靠近它的导体内会产生漩涡状电流，叫做涡电流，简称涡流。
涡流是整块导体发生的电磁感
应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。磁场变化越快（越大）、导体的横截面积S越大、导体材料的电阻率越小，则形成的涡流就越大。
二、涡流
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。
涡流冶炼的优点：
加热快、能耗少、易控温、无杂质
2.涡流的应用
冶炼炉
电磁炉
金属探测器
高频焊接
安检门
涡流的应用
3.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。
增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
例1.(多选题)(2024浙江绍兴会稽联盟期末联考)当线圈中的电流随时间变化时,由于电磁感应,附近的另一个线圈中会产生感应电流。实际上,这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流,看起来就像水中的漩涡,所以把它叫作涡电流,简称涡流。下列关于涡流的应用说法正确的是(　　)
图1
图2
图3
A.图1中炉外有线圈,线圈中通以高频交变电流,利用涡流产生的热量使金属熔化
B.图2中为了减小涡流,利用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
C.图3中,当探雷器遇见金属时,金属中涡流产生的磁场反过来影响线圈中电流,使仪器报警
D.图4中,两个磁性很强的小圆柱形永磁体同时从铝管上端管口落入,无论铝管有无裂缝,它
们都同时到达铝管下端管口
ABC
例2.（单选）(2023四川内江第六中学月考)如图所示是一种焊接方法的原理示意图。将圆形待焊接金属工件放在线圈中,然后在线圈中通以某种电流,待焊接工件中会产生感应电流,感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化,待焊接工件就焊接在一起了。我国生产的自行车车轮圈就是用这种方法焊接的。下列说法中正确的是(　　)
A.这种焊接方法的原理是电流的磁效应
B.线圈中通入的交流电频率越高,焊缝处温度升高得越快
C.线圈中的电流是很强的恒定电流
D.待焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反的
B
电磁阻尼
PART 3
思考与讨论
1.单匝线圈落入磁场，安培力对线圈的运动有什么影响？
× × × × ×B
× × × × ×
× × × × ×
v
感应电流方向：
安培力方向：
2.磁电式电流表线圈骨架的作用
铝框中感应电流方向：逆时针
线圈中电流方向：顺时针
逆时针
向上，阻碍线圈下落
线圈中安培力方向：如图所示
F
F
铝框中安培力方向：与线圈中安培力相反
1. 概念：当闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动时，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运动的现象。
三、电磁阻尼
2. 应用：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
导体在磁场中运动
做一做：取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表的两个接线柱连在一起如图所示，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同？
参考答案：接线柱连接前，晃动表壳，表针相对表盘摆动剧烈，并且不容易停止摆动，接线柱连接后，再次晃动表壳，表针相对表盘摆动轻微，并且容易停止摆动。
连接两个接线柱的导线
例3.（单选）(2024广东清远期末)电磁阻尼现象演示装置如图所示,钢锯条上端固定在支架上,下端固定有强磁铁,将磁铁推开一个角度释放,它会在竖直面内摆动较长时间;若在其正下方固定一钢块(不与磁铁接触),则摆动很快停止。下列说法正确的是(　　)
A.如果将磁铁的磁极调换,重复实验将不能观察到电磁阻尼现象
B.用铜块替代钢块,重复实验将不能观察到电磁阻尼现象
C.在固定钢块的情况下,磁铁下摆和上摆过程中磁铁和钢锯条组成的系统机械能均减少
D.在固定钢块的情况下,磁铁在摆动过程中与钢块没有相互作用力
C
例4.（单选）(2024四川成都第七中学期中)2021年7月25日,台风
“烟花”登陆上海后,上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动,给大
楼进行减振。如图所示,该阻尼器首次采用了涡电流技术,带有永磁
铁的质量块附着在阻尼器的底部。质量块在摆动中通过导体板上方
时,导体板内产生涡电流。关于阻尼器,下列说法正确的是(　　)
A.阻尼器摆动时产生的涡电流源于电磁感应现象
B.阻尼器摆动时产生的涡电流源于外部电源供电
C.阻尼器将电能转化为机械能
D.质量块通过导体板上方时,导体板的涡电
流大小与质量块的速率无关
A
电磁驱动
PART 4
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？
说明了什么？
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
解释：当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
导体受到安培力的作用而运动起来的现象。线圈转动与磁铁同向，
但转速小于磁铁，即同向异步。
1.概念:磁场相对导体运动时,导体中产生感应电流,感应电流受到安培力的作用使导体运动起来,这种现象称为电磁驱动。
2.应用:感应电动机。
四、电磁驱动
v
F
v
F
导体在磁场中运动
磁铁相对导体运动
阻尼
驱动
情景 对导体的作用 表现 原因 能量观
导体在磁场中运动
磁铁相对导体运动
阻尼
驱动
阻碍相对运动
阻碍磁通量变化
电磁阻尼和电磁驱动
导体的机械能转化为电能
磁体的机械能转化为导体的机械能
3.电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系：
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
流的导体与磁场间的相对运动
例5.(多选)如图所示，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(　　)
BC
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
例6.（单选）(2024四川内江第三中学月考)如图甲所示为探究电磁
驱动的实验装置。某个铝框置于U形磁铁的两个磁极间,铝框可以绕
支点自由转动。开始时,铝框和磁铁均静止,转动磁铁,会发现铝框也
会跟着发生转动。下列说法正确的是(　　)
甲
A.铝框是因为受到安培力而转动的
B.铝框转动的速度大小和方向与磁铁转动的速度相同
C.磁铁从图乙位置开始转动时,铝框截面abcd中的感
应电流的方向为a→d→c→b→a
D.当磁铁停止转动后,如果忽略空气阻力和摩擦阻力,
铝框将保持匀速转动
乙
A
例7.（单选）(2023四川德阳广汉中学月考)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,如图所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
A
B
C
D
A
例7（单选）(2023四川内江第六中学期中)著名物理学家弗曼曾设计过一个实验,如图所示,在一块绝缘圆盘上中部安一个线圈,并接有电源,圆盘的四周固定有许多带负电的小球,将整个装置支撑起来。忽略各处的摩擦,当电源接通的瞬间,整个圆盘将(从上往下看)(　　)
A.顺时针转动
B.静止不动
C.电路稳定情况下,断开电源瞬间圆盘的转动方向与
开关接通瞬间圆盘转动方向相反
D.不管圆盘上小球的电性如何,接通电源瞬间,圆盘转动方向都是一样的
C
谢
谢
聆
听