高中物理(新教材)選修二課件3：2-3-渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng) 人教版

第二章電磁感應(yīng)3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)電磁爐工作時(shí)，它的盤(pán)面并不發(fā)熱，在爐盤(pán)上面放置鐵鍋，鐵鍋會(huì)發(fā)熱。你知道這是為什么嗎?新課導(dǎo)入一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)一個(gè)閉合回路靜止于磁場(chǎng)中,由于磁場(chǎng)強(qiáng)弱的變化,閉合電路內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1.感生電場(chǎng):磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng),我們把它叫作感生電場(chǎng)。2.感生電動(dòng)勢(shì):由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3.感生電場(chǎng)的方向:與所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同,可根據(jù)楞次定律和安培定則判斷。課堂探究如圖所示,B增強(qiáng),那么就會(huì)在空間激發(fā)一個(gè)感生電場(chǎng)E。如果E處空間存在閉合導(dǎo)體,導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng),而產(chǎn)生感應(yīng)電流。(1)感生電場(chǎng)的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)系?如何判斷感生電場(chǎng)的方向?(2)上述情況下,哪種作用力扮演了電源中非靜電力的角色?(1)感應(yīng)電流的方向與正電荷移動(dòng)的方向相同,感生電場(chǎng)的方向與正電荷受力的方向相同,因此,感生電場(chǎng)的方向與感應(yīng)電流的方向相同,感生電場(chǎng)的方向可以用楞次定律判定。(2)感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用力。1.產(chǎn)生:如圖所示,當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí),產(chǎn)生感生電場(chǎng)。感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是與磁場(chǎng)垂直的曲線。2.方向:閉合環(huán)形回路(可假定存在)的電流方向就表示感生電場(chǎng)的電場(chǎng)方向。依據(jù)實(shí)際存在的或假定存在的回路結(jié)合楞次定律判定感生電場(chǎng)的方向。注意：感生電場(chǎng)力雖然是電場(chǎng)力但不是靜電力。它是一種非靜電力。SN真空室靶電子軌道電子槍電子感應(yīng)加速器當(dāng)電磁鐵線圈中電流方向與圖示一致時(shí)，電流大小怎么變化才能使電子加速？電子加速電子受力與電場(chǎng)方向相反電場(chǎng)順時(shí)針原磁場(chǎng)向上感應(yīng)電流順時(shí)針感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向下穿過(guò)真空室磁通量變大電磁鐵中電流變大例1

著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾設(shè)計(jì)過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置:一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉(zhuǎn)動(dòng),在圓板的中部有一個(gè)線圈,圓板的四周固定著一圈帶電的金屬小球,如圖所示。當(dāng)線圈接通電源后,將有圖示方向的電流流過(guò),則下列說(shuō)法正確的是(

)A.接通電源瞬間,圓板不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)B.線圈中電流的增大或減小都會(huì)引起圓板向與線圈中電流方向相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)C.接通電源后,保持線圈中電流不變,圓板轉(zhuǎn)動(dòng)方向與線圈中電流流向相同D.若金屬小球帶負(fù)電,接通電源瞬間圓板轉(zhuǎn)動(dòng)方向與線圈中電流流向相同典例精析解析

線圈接通電源瞬間,變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),從而導(dǎo)致帶電小球受到電場(chǎng)力,使其轉(zhuǎn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;線圈中電流增大或減小都會(huì)引起磁場(chǎng)的變化,從而產(chǎn)生電場(chǎng),使小球受到電場(chǎng)力,從而轉(zhuǎn)動(dòng),但由于電場(chǎng)力與電荷帶正負(fù)電有關(guān),故B錯(cuò)誤;接通電源后,保持線圈中電流不變,則磁場(chǎng)不變,則不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),小球不受到電場(chǎng)力,故C錯(cuò)誤;接通電源瞬間小球受到電場(chǎng)力作用而轉(zhuǎn)動(dòng),由于金屬小球帶負(fù)電,故圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向與線圈中電流流向相同,故D正確。答案

D二、渦流1.渦流:由于電磁感應(yīng),在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中漩渦樣的感應(yīng)電流。2.特點(diǎn):若金屬電阻率很小,則渦流往往很強(qiáng),產(chǎn)生的熱量很多。課堂探究二、渦流1.渦流:由于電磁感應(yīng),在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中漩渦樣的感應(yīng)電流。2.特點(diǎn):若金屬電阻率很小,則渦流往往很強(qiáng),產(chǎn)生的熱量很多。課堂探究3.應(yīng)用:(1)熱效應(yīng):真空冶煉爐,電磁爐。3.應(yīng)用:(2)磁效應(yīng):探雷器,安檢門(mén)。4.防止:電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過(guò)大而導(dǎo)致浪費(fèi)能量,損壞電器。(1)途徑一:增大鐵芯材料的電阻率。(2)途徑二:用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。高考考場(chǎng)用的金屬探測(cè)器是一根長(zhǎng)的黑色扁棒,使用時(shí)監(jiān)考教師手持探測(cè)器,在考生前后左右和容易藏東西的部位劃過(guò),如藏有金屬物品,即便是一粒金屬紐扣,探測(cè)器也會(huì)鳴響。金屬探測(cè)器的原理是什么?金屬探測(cè)器通過(guò)其通有交流電的探測(cè)線圈,在隱蔽金屬中產(chǎn)生渦流,渦流的磁場(chǎng)又影響探測(cè)線圈,從而改變?cè)涣麟姷拇笮『拖辔?從而起到探測(cè)作用。1.對(duì)渦流的理解

本質(zhì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象條件穿過(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生變化,并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路特點(diǎn)整個(gè)導(dǎo)體回路的電阻一般很小,感應(yīng)電流很大能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能,最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能2.產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中。(2)塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。1.對(duì)渦流的理解

本質(zhì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象條件穿過(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生變化,并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路特點(diǎn)整個(gè)導(dǎo)體回路的電阻一般很小,感應(yīng)電流很大能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能,最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能2.產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中。(2)塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。

注意：例2(多選)高頻焊接原理示意圖如圖所示,線圈通以高頻交變電流,金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱,將焊縫熔化焊接,要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大可(

)A.增大交變電流的電壓B.增大交變電流的頻率C.增大焊接縫的接觸電阻D.減小焊接縫的接觸電阻

ABC典例精析三、電磁阻尼1.電磁阻尼:當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng),這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。2.應(yīng)用:磁電式電流表中利用電磁阻尼使指針迅速停止到某位置,便于讀數(shù)。課堂探究四、電磁驅(qū)動(dòng)1.電磁驅(qū)動(dòng):如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用,安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái),這種作用常常稱為電磁驅(qū)動(dòng)。2.應(yīng)用:交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。如圖所示,蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。(1)如果將磁鐵拿走,輕轉(zhuǎn)線圈,觀察線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),若安裝上磁鐵,用同樣的力轉(zhuǎn)動(dòng)線圈,你會(huì)觀察到兩次現(xiàn)象有什么不同,為什么?(2)先讓線圈靜止,轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵,觀察線圈有什么現(xiàn)象發(fā)生,為什么?(1)觀察到?jīng)]有磁鐵時(shí)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間比有磁鐵時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)很多。有磁鐵時(shí),線圈轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的安培力阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)觀察到線圈隨著磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的安培力阻礙線圈相對(duì)磁鐵的運(yùn)動(dòng),即使線圈慢慢隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較

比較項(xiàng)目電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)不同點(diǎn)成因由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反,阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同,推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng),磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能,通過(guò)安培力做功,電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能,從而對(duì)外做功相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,都遵循楞次定律,都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與導(dǎo)體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(1)電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,都遵循楞次定律。(2)電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象中安培力的作用效果都是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng),應(yīng)注意電磁驅(qū)動(dòng)中阻礙的結(jié)果。若磁鐵運(yùn)動(dòng),線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的結(jié)果是安培力的方向與磁鐵運(yùn)動(dòng)方向相同,即電磁驅(qū)動(dòng);若磁場(chǎng)不動(dòng),線圈運(yùn)動(dòng),則產(chǎn)生感應(yīng)電流的結(jié)果是阻礙線圈運(yùn)動(dòng),即電磁阻尼。注意：例3

如圖所示,彈簧上端固定,下端掛一只條形磁鐵,使磁鐵上下振動(dòng),磁鐵的振動(dòng)幅度不變。若在振動(dòng)過(guò)程中把線圈靠近磁鐵,觀察磁鐵的振幅將會(huì)發(fā)現(xiàn)(

)A.S閉合時(shí)振幅逐漸減小,S斷開(kāi)時(shí)振幅不變B.S閉合時(shí)振幅逐漸增大,S斷開(kāi)時(shí)振幅不變C.S閉合或斷開(kāi),振幅變化相同D.S閉合或斷開(kāi),振幅都不發(fā)生變化解析

S斷開(kāi)時(shí),磁鐵振動(dòng),穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中無(wú)感應(yīng)電流,振幅不變;S閉合時(shí)有感應(yīng)電流,有電能產(chǎn)生,磁鐵的機(jī)械能越來(lái)越少,振幅逐漸減小。A電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙導(dǎo)體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。典例精析備用工具&資料(1)電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,都遵循楞次定律。(2)電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象中安培力的作用效果都是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng),應(yīng)注意電磁驅(qū)動(dòng)中阻礙的結(jié)果。若磁鐵運(yùn)動(dòng),線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的結(jié)果是安培力的方向與磁鐵運(yùn)動(dòng)方向相同,即電磁驅(qū)動(dòng);若磁場(chǎng)不動(dòng),線圈運(yùn)動(dòng),則產(chǎn)生感應(yīng)電流的結(jié)果是阻礙線圈運(yùn)動(dòng),即電磁阻尼。注意：如圖所示,蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。(1)如果將磁鐵拿走,輕轉(zhuǎn)線圈,觀察線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),若安裝上磁鐵,用同樣的力轉(zhuǎn)動(dòng)線圈,你會(huì)觀察到兩次現(xiàn)象有什么不同,為什么?(2)先讓線圈靜止,轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵,觀察線圈有什么現(xiàn)象發(fā)生,為什么?(1)觀察到?jīng)]有磁鐵時(shí)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間比有磁鐵時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)很多。有磁鐵時(shí),線圈轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的安培力阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)觀察到線圈隨著磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的安培力阻礙線圈相對(duì)磁鐵的運(yùn)動(dòng),即使線圈慢慢隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)一個(gè)閉合回路靜止于磁場(chǎng)中,由于磁場(chǎng)強(qiáng)弱的變化,閉合電路內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1.感生電場(chǎng):磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng),我們把它叫作感生電場(chǎng)。2.感生電動(dòng)勢(shì):由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3.感生電場(chǎng)的方向:與所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同,可根據(jù)楞次定律和安培定則判斷。課堂探究SN真空室靶電子軌道電子槍電子感應(yīng)加速器當(dāng)電磁鐵線圈中電流方向與圖示一致時(shí)，電流大小怎么變化才能使電子加速？電子加速電子受力與電場(chǎng)方向相反電場(chǎng)順時(shí)針原磁場(chǎng)向上感應(yīng)電流順時(shí)針感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向下穿過(guò)真空室磁通量變大電磁鐵中電流變大例1

著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾設(shè)計(jì)過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置:一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉(zhuǎn)動(dòng),在圓板的中部有一個(gè)線圈,圓板的四周固定著一圈帶電的金屬小球,如圖所示。當(dāng)線圈接通電源后,將有圖示方向的電流流過(guò),則下列說(shuō)法正確的是(