渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動PPT通用課件

導入新課

上一節(jié)課我們學習了兩種特殊的電磁感應現(xiàn)象—互感和自感，現(xiàn)在我們繼續(xù)來學習另一種特殊的電磁感應現(xiàn)象—渦流。

渦流在實際生活中有許多應用，比如：發(fā)電機、電動機和變壓器等。當然渦流也有利和弊兩個方面，我們?nèi)绾稳ゼ右岳茫咳绾稳シ乐鼓?？這節(jié)課我們就學習這方面的知識第七節(jié)渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動1.知識與技能知道渦流是如何產(chǎn)生的。知道渦流的利與弊，以及如何利用和防止渦流。

教學目標2.過程與方法

用實驗的方法引入新課激發(fā)學生的求知欲。通過舊知識分析新問題弄清渦流的產(chǎn)生原因。利用理論聯(lián)系實際的方法加深理解渦流。3.情感態(tài)度與價值觀體驗實驗的樂趣，引發(fā)學生去分析問題，解決問題，提高其學習掌握知識的能力。通過理論與實際相結(jié)合，提高學習情趣，培養(yǎng)其用理論知識解決實際問題的能力。教學重、難點教學重點渦流的產(chǎn)生原因和渦流的作用。

教學難點渦流的產(chǎn)生原因。1.渦流2.電磁阻尼

3.電磁驅(qū)動

本節(jié)導航1.渦流

前面我們講過，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當如右圖所示的磁場變化時，導體中的自由電子就會在此電場力的作用下定向移動從而產(chǎn)生感應電流，這種感應電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流。BE定義

變壓器在工作時，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應電動勢外，變化的磁通量也會在鐵芯中產(chǎn)生感應電流。

一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導體就會產(chǎn)生感應電流，我們把這種感應電流叫做渦流。定義由來實驗1：如圖線圈接入220V交變電源，塊狀鐵芯插入線圈中，讓一名學生感知鐵芯的變化。

現(xiàn)象：幾分鐘后學生感到鐵芯變熱。解釋：原來把塊狀的金屬放在變化的磁場中或讓它在磁場中運動時，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合電路，很像水的漩渦，因此叫做渦電流，簡稱渦流。注意

（1）金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量,如果金屬的電阻率小，則渦流很強，產(chǎn)生的熱量也很多。

（2）渦流是整塊導體發(fā)生的電磁感應現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應定律。由于整塊金屬的電阻通常很小，故渦流常常很大。

（3）渦流是整塊導體發(fā)生的電磁感應現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應定律！應用（1）真空冶煉爐，高頻焊接

冶煉金屬的高頻感應電爐就是利用高頻交流電，通過線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。抽真空焊接原理：

線圈中通以高頻交流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，由于焊接縫處的接觸電阻很大，放出的焦耳熱很多，致使溫度升得很高，將金屬熔化，焊接在一起.電源焊接處待焊接元件線圈導線

，

交變電流的頻率越高，它產(chǎn)生的磁場的變化就越快，根據(jù)法拉第電磁感應定律，在待焊接工件中產(chǎn)生的感應電動勢就越大，感應電流就越大.而放出的電熱與電流的平方成正比，所以交變電流的頻率越高焊接處放出的熱量越多.生活中的物理：電磁灶的工作原理

電磁灶的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。（2）探雷器自制金屬探測器

這種探雷器可以用來探測金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。

探測地雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個長柄線圈在地面上掃過，線圈中有變化的電流。探雷器是利用渦流制成的探雷器

如果地下埋著金屬物品，金屬中感應渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。探雷器（3）安檢門門框~交流電報警電路線圈

機場的安檢門可以探測人身攜帶的金屬物品，道理和探雷器是一樣的。其它應用

新型爐灶——電磁爐。金屬探測器：飛機場、火車站安全檢查、掃雷、探礦。電磁爐危害

導體在產(chǎn)生渦流的過程中，渦流也會產(chǎn)生熱量這樣的話會造成很多的能源浪費，還可能燒壞電器?。ɡ缭陔妱訖C和變壓器里面）問題：里面鐵芯的作用？

變壓器、電機的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成的，以減少渦流和電能的損耗，同時避免破壞絕緣層。鐵芯的作用用硅鋼片做變壓器的鐵芯防止

原因：上面的實驗中，把塊狀鐵芯換成硅鋼片鐵芯，再接通電源，幾分鐘后，通過學生感知，溫度沒有明顯變化。

解釋：涂有絕緣的薄硅鋼片疊加的鐵芯，在變化的磁場中，產(chǎn)生的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，又因為硅鋼片比普通的電阻大，可以進一步減小渦流損失，電動機和變壓器的鐵芯都不是整塊金屬。線圈中流過變化的電流,在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱,浪費了能量,還可能損壞電器。（1）增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。減少渦流的途徑

（2）用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。知識拓展渦流損耗

導體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，因渦流而導致能量損耗稱為渦流損耗。

渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導體的運動、導體的幾何形狀、導體的磁導率和電導率等因素有關(guān)。渦流損耗的計算需根據(jù)導體中的電磁場的方程式，結(jié)合具體問題的上述諸因素進行。渦流檢測

渦流檢測適用于導電材料探傷，常見的金屬材料可分為兩大類：非鐵磁性材料和鐵磁性材料。后者為銅、鋁、鈦及其合金和奧氏體不銹鋼；前者為鋼、鐵及其合金。它們的本質(zhì)差別是材質(zhì)磁導率μ約為1或遠大于1

。在發(fā)電廠，除復水器等少量管道使用銅、鈦、奧氏體不銹鋼非鐵磁性材料外，大量管道都采用鋼管等鐵磁性材料，典型的應用有省煤器、水冷壁等。新型技術(shù)脈沖渦流檢測

原理：脈沖渦流通常是以一定占空比的方波作為激勵信號施加于初級線圈，當載有方波電信號的初級線圈接近導電材料或試件時，在導體中感應產(chǎn)生瞬變的渦流和再生磁場。瞬時渦流的大小、衰減狀況與導體的電磁特性、幾何形狀及耦合狀況相關(guān)，次級線圈（或電磁傳感器）接收到的渦流再生磁場包含有被檢測對象導電率、磁導率及形狀尺寸的相關(guān)信息，據(jù)此可實現(xiàn)脈沖渦流的檢測與評價。原理圖：2.電磁阻尼分析電表線圈骨架的作用

如圖（圖一）所示，一個單匝線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應電流的方向和所受安培力的方向，安培力對線圈的運動有什么影響？圖一

磁電式儀表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上（圖二）。假定儀表工作時指針向右轉(zhuǎn)動，鋁框中感應電流沿什么方向？由于鋁框轉(zhuǎn)動時其中有感應電流，鋁框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力對鋁框的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生什么影響？使用鋁框做線圈骨架有什么好處？圖二

當導體在磁場中運動時,感應電流會使導體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導體的運動-----電磁阻尼。討論:(1)為什么用鋁框做線圈骨架？V

(2)微安表的表頭在運輸時為何應該把兩個接線柱連在一起？連接兩個接線柱的導線3.電磁驅(qū)動

如磁場相對于導體轉(zhuǎn)動,在導體中會產(chǎn)生感應電流,感應電流使導體受到安培力的作用,安培力使導體運動起來----電磁驅(qū)動。

交流感應電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。連接到三相電源時能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場一種交流感應電動機的結(jié)構(gòu)動畫：渦流動畫：電磁阻尼擺動畫：阻尼電子儀器課堂小結(jié)1.塊狀金屬放在變化磁場中，或者讓它在磁場中運動時，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的感應電流叫渦流。

2.渦流的防止①增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。②用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。

3.渦流的利用①真空冶煉爐，高頻焊接②探雷器和安檢門都是利用渦流制成的③電磁灶課堂練習1.用來冶煉合金鋼的真空__________

，爐外有_________

，線圈中通入___________________電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生______________

．渦流產(chǎn)生的________使金屬熔化并達到很高的溫度。

2.利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點是整個過程能在__________中進行，這樣就能防止__________________進入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的__________

。冶煉爐線圈周期性變化的渦流熱量真空空氣中的雜質(zhì)合金3.同樣大小的整塊金屬和疊合的硅鋼片鐵芯放在同一變化的磁場中相比較（）

A金屬塊中的渦流較大，熱功率也較大

B硅鋼片中渦流較大，熱功率也較大

C金屬塊中渦流較大，硅鋼片中熱功率較大

D硅鋼片中渦流較大，金屬塊中熱功率較大A課后習題答案1.解答：當銅盤在磁極間運動時，由于發(fā)生電磁感應現(xiàn)象在銅盤中產(chǎn)生感應電流，使銅盤受到安培力作用，而安培力方向阻礙導體的運動，所以銅盤很快就停了下來。

2.解答：當條形磁鐵的N極靠近線圈時，線圈中向下的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可得，線圈中感應電流的磁場應該向上，再根據(jù)右手螺旋定則，判斷出線圈中的感應電流的方向為逆時針方向（自上而下看）。感應電流的磁場對條形磁鐵N極的作用力向上，