高中物理第二章 电磁感应3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课文配套ppt课件

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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，并会计算它的大小。2.通过实验了解涡流现象，知道涡流市怎样产生的，了解涡流现象的利用和危害。3.通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生产生活中的应用。4.了解电磁阻尼和电磁驱动。
在电磁的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上放置铁锅，铁锅就会发热，你知道这是为什么吗？
一、电磁感应现象中的感应电场
1.感生电场：磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是电荷产生的，我们把它叫作感生电场。
2.感生电动势：如果感应电动势是由感生电场产生的，它也作感生电动势。
从图2.3-1甲中可以看到，磁场方向由下向上，如果从上向下看(2.3-1乙)，电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。为使电子加速请思考以下问题：
感生电场方向是顺时针还是逆时针？
磁场应该由强变弱还是由弱变强？
电磁铁线圈中的电流应该由小变大还是由大变小？
由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。如图中的虚线所示。
若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。
（1）涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉。（2）真空冶炼炉原理：金属块中的涡流会产生热量。用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（如图），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
（3）电磁炉原理：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的（如图所示）。
（4）涡流磁效应：探雷器，安检门。（5）探雷器原理：士兵手持一个长柄线圈在地面扫过（如图），线圈中有变化着的电流。如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。这种探雷器可以用来探测有金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。（1）途径一：增大铁芯材料的电阻率。（2）途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。如图所示。
用硅钢片做变压器的铁芯
答案：金属探测器的探测线圈中通有交流电，当靠近隐藏的金属物品时，会在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。
高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒，使用时监考教师手持探测器，在考生前后左右和容易藏东西的部位划过，如藏有金属物品，即便是一粒金属纽扣，探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么？
例. 如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是(　　　)　　A．恒定直流、小铁锅　　　　　B．恒定直流、玻璃杯　　C．变化的电流、小铁锅 　　D．变化的电流、玻璃杯
解析：通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温。故C正确。
当导体在磁场中运动时，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。
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。
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？
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。
交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。
4. 电磁阻尼与电磁驱动的理解
例 1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”．实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是（　　）
解析：A．圆盘上没有产生感应电动势B．圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动
1.如图所示，一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同。现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度v0，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度的大小跟时间成正比例增大，方向竖直向下。设小球在运动过程中电荷量保持不变，则（　　）A.小球的向心力大小不变B.小球的向心力大小不断增大C.磁场力对小球做了功D.小球受到的磁场力大小与时间成正比
【解析】A错，B对：当磁感应强度随时间均匀增大时，将产生一恒定的感生电场，由楞次定律知，电场方向和小球的初速度方向相同。因小球带正电，静电力对小球做正功，小球的速度逐渐增大，向心力也随之增大。C错：洛伦兹力对带电小球不做功。D错：带电小球所受的洛伦兹力F=qvB随着v、B的增大而增大，同时B∝t，则F和t不成正比。
2.下列关于涡流的说法中，正确的是（　　）A.涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B.涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C.涡流有热效应，但没有磁效应D.在硅钢片中不能产生涡流
【解析】　涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，又有磁效应。硅钢片中能产生涡流，但电流较小。
3. 电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（　　）A. 当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好B. 电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C. 电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差D. 在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用
解析：A错，B对：电磁炉就是采用涡流感应加热原理，其内部通过电子线路板产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，在锅具底部金属部分产生涡流，用电流热效应来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。C错：电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于导体，不能产生感应电流。D错：线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用。
4.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（　　）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.线圈转动时将产生交变电流D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
解析：A错，B对：由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。C对，D错：当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生交变电流。