2.3.2涡流 电磁阻尼和电磁驱动 课件（25张PPT）

2.3.2 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、电磁感应现象中的感生电场
感生电动势:在磁场中导体或导体回路静止,由于磁场强弱的变化,导体或导体回路中产生的电动势叫作感生电动势。
英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在周围空间激发一种电场,我们把这种电场叫作感生电场。
二、涡流
变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。
一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流。
1. 什么是电磁阻尼？
2. 电磁驱动的工作原理是什么？
教师：出示电动机、变压器铁芯，引导学生仔细观察其铁芯有什么特点？
学生：它们的铁芯都不是整块金属，而是由许多薄片叠合而成的。
教师：为什么要这样做呢？用一个整块的金属做铁心不是更省事儿？学习了本节课的知识，同学们就会知道其中的奥秘。
任务驱动　电磁阻尼普遍应用于各种磁电式仪表中,可以使指针迅速地停下来,你能从力和能量的角度分别解释一下吗?
提示:从受力来看,感应电流受到的安培力要阻碍相对运动。从能量转化来看,在阻碍相对运动的过程中,机械能转化为电能,机械能损失得更快,所以可以让指针更快地停下来。
一、电磁阻尼
汉武帝
(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,安培力总是阻碍导体运动,这种现象称为电磁阻尼。
(2)应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来,便于读数。
汉武帝
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？
汉武帝
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（图 2.3-8）。 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？
例1.如图所示,在光滑水平桌面上放一条形磁铁,分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它们一个相同的初速度,让其向磁铁滚去,观察小球的运动情况是(　　)
A.都做匀速运动
B.甲、乙做加速运动
C.甲做加速运动,乙做减速运动,丙做匀速运动
D.甲做减速运动,乙做加速运动,丙做匀速运动
C
解析：选C。铁球将加速运动,其原因是铁球被磁化后与磁铁之间产生相互吸引的磁力;铝球将减速运动,其原因是铝球内产生了感应电流,感应电流产生的磁场阻碍其相对运动;木球将匀速运动,其原因是木球既不能被磁化,也不能产生感应电流,所以磁铁对木球不产生力的作用。
如图所示,在O点正下方有一个具有理想边界的磁场,铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B。不考虑空气阻力,则下列说法正确的是 (　　)
A.A、B两点在同一水平线
B.A点高于B点
C.A点低于B点
D.铜环将做等幅摆动
变式训练：
解析：选B。由于铜环刚进入和要离开磁场过程中,会产生感应电流,一部分机械能转化为电能,所以铜环运动不到与A点等高点,即B点低于A点,故B正确。
B
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,安培力总是阻碍导体运动,这种现象称为电磁阻尼。
技法点拨：
观察铝框的运动
如图 2.3-10 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？
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。
二、电磁驱动
任务驱动　日常生产生活中经常使用的交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的,在课本的演示实验中,随着蹄形磁铁转动的加快,铝框也转动得更快,那么铝框会不会跟磁铁转动得一样快呢?
提示:不会,如果跟磁铁转动得一样快,铝框中的磁通量就不变了,没有感应电流,也就不会受到安培力了。
(1)定义:磁场相对于导体转动时,导体中产生感应电流,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,这种作用称为电磁驱动。
(2)应用:交流感应电动机。
【实验情境】
　某同学做了一个如图所示的实验:一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间,可以绕支点O自由转动。
【问题探究】
转动磁铁,请你观察铝框的运动并思考:
(1)怎样解释铝框的运动?
提示:我们观察到铝框会跟随着磁铁转动。其原因是磁铁转动,穿过铝框的磁通量发生变化,根据楞次定律,铝框中会产生感应电流,从而铝框受到安培力的作用,在安培力的驱动下,铝框会跟随着磁铁转动。
(2)铝框转动的角速度能否等于磁铁转动的角速度?
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。
电磁阻尼和电磁驱动的区别与联系:(科学思维)
例2.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,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(俯视)的说法中正确的是(　　)
A.圆盘将逆时针转动
B.圆盘将顺时针转动
C.圆盘不会转动
D.无法确定圆盘是否会动
A
解析：选A。线圈接通电源瞬间,则变化的磁场产生变化的电场,从而导致带电小球受到电场力,使其转动。接通电源瞬间,由于金属小球带负电,再根据电磁场理论可知,变化的磁场会产生变化电场,因此向上磁场变大,则产生顺时针方向的电场,带负电的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,故圆盘将沿逆时针方向运动,A正确。
物理课上,老师做了一个“神奇”的实验:如图所示,将30 cm长的铜管竖直放置,一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放,观察到磁铁用较长时间才从下管口落出。对于这个实验现象同学们经分析讨论作出相关的判断,你认为正确的是(下落过程中不计空气阻力,磁铁与管壁没有接触)(　　)
A.如果磁铁的磁性足够强,磁铁会停留在铜管中,永远不落下来
B.磁铁在铜管中运动的过程中,由于不计空气阻力,所以机械能守恒
C.如果磁铁的磁性足够强,磁铁在铜管中运动时间更长,但一定会落下来
D.如果将铜管换成塑料管,磁铁从塑料管中出来也会用较长时间
变式训练：
C
解析：选C。如果磁铁的磁性足够强,磁铁在铜管中运动受到阻力更大,原因:当磁铁运动时才会导致铜管的磁通量发生变化,才出现感应磁场阻碍原磁场的变化,所以运动时间变长,但一定会落下,故A错误,C正确;磁铁在铜管中运动的过程中,虽不计空气阻力,但在过程中,出现安培力做功产生热能,所以机械能不守恒,故B错误;如果将铜管换成塑料管,磁铁不会受到安培力阻力,做自由落体运动,故D错误。
磁场相对于导体转动时,导体中产生感应电流,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,这种作用称为电磁驱动。
技法点拨：
一、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,安培力总是阻碍导体运动,这种现象称为电磁阻尼。
(2)应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来,便于读数。
二、电磁驱动
(1)定义:磁场相对于导体转动时,导体中产生感应电流,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,这种作用称为电磁驱动。
(2)应用:交流感应电动机。
电磁阻尼和电磁驱动的区别与联系:
再见