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第二章 電磁感應(yīng)
2.3 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動
——選修2——
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.了解感生電場，知道感生電動勢的產(chǎn)生原因。會判斷感生電動勢的方向，并會計算它的大小。
2.通過是實(shí)驗(yàn)了解渦流現(xiàn)象，知道渦流是怎樣產(chǎn)生的，了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。
3.通過對渦流實(shí)例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。
4.了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動。
情景引入
問題：
在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發(fā)熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發(fā)熱，你知道這是為什么嗎？
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
麥克斯韋認(rèn)為磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場。
這種電場與靜電場不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把它叫作感生電場。
如果此刻空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就是說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
靜電場由電荷產(chǎn)生
感生電場由變化的磁場產(chǎn)生
變化磁場
激發(fā)
感生
電場
力
導(dǎo)體中
自由電荷
感應(yīng)
電流
產(chǎn)生
感生電動勢
定向移動
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
現(xiàn)代科學(xué)研究都用到高速電子，電子感應(yīng)加速器是用感生電場來加速電子的一種設(shè)備。它的基本原理如圖示，上下為電磁鐵的兩個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動。
電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
從上往下看（俯視）時
問題1：請描述磁場的方向
由下向上
問題2：請說出電子的運(yùn)動情況
由于電子帶負(fù)電，所以電子沿逆時針方向運(yùn)動
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
問題3：判斷感生電場的方向
從上往下看（俯視）時
感生電場方向沿順時針方向
由楞次定律可知：原磁場應(yīng)該由弱變強(qiáng)
二、渦流
當(dāng)某線圈中的電流隨時間變化時，由于電磁感應(yīng)，這個線圈附近的任何導(dǎo)體，如果穿過它的磁通量發(fā)生變化，導(dǎo)體內(nèi)都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，
二、渦流
渦流：
如果用圖表示這樣的感應(yīng)電流，看起來就像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流，簡稱渦流。
二、渦流
渦流的應(yīng)用
（1）渦流熱效應(yīng)：
金屬塊中的渦流會產(chǎn)生熱量。用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐（如圖），爐外有線圈，線圈中通入迅速變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化。
二、渦流
渦流的應(yīng)用
利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是，整個過程可以在真空中進(jìn)行，能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。
（1）渦流熱效應(yīng)：
二、渦流
渦流的應(yīng)用
（2）渦流磁效應(yīng)：
線圈中有變化著的電流。如果遇到金屬物品，金屬中會感應(yīng)出渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流。
二、渦流
渦流的應(yīng)用
（2）渦流磁效應(yīng)：
線圈中有變化著的電流。如果遇到金屬物品，金屬中會感應(yīng)出渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流。
二、渦流
渦流的危害和防止
1、危害：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(fèi)了能量,還可能損壞電器。
2、防止（減少渦流的途徑）：
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。
三、渦流
三、電磁阻尼
如圖，一個單匝線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向。安培力對線圈的運(yùn)動有什么影響？
三、電磁阻尼
1.電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時,感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動。
2.應(yīng)用:磁電式儀表、電氣機(jī)車的電磁制動、阻尼擺等.
安培力做負(fù)功，把其他形式能（機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體內(nèi)的電能。
四、電磁驅(qū)動
四、電磁驅(qū)動
四、電磁驅(qū)動
電磁驅(qū)動
如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(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)動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動。
四、電磁驅(qū)動
電磁驅(qū)動
線圈轉(zhuǎn)動與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步
四、電磁驅(qū)動
應(yīng)用：感應(yīng)電動機(jī)、電能表、汽車上用的電磁式速度表等。
感應(yīng)電動機(jī)
電能表
電磁式速度表
四、電磁驅(qū)動
交流感應(yīng)電動機(jī)就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。配置的三個線圈連接到三相電源上，就能產(chǎn)生類似上面演示實(shí)驗(yàn)中的旋轉(zhuǎn)磁場，磁場中的導(dǎo)線框也就隨著轉(zhuǎn)動
四、電磁驅(qū)動
這樣，電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
四、電磁驅(qū)動
電磁阻尼與電磁驅(qū)動的區(qū)別和聯(lián)系
聯(lián)系：安培力的作用都是阻礙它們間的相對運(yùn)動。
區(qū)別：①電磁阻尼是導(dǎo)體相對于磁場運(yùn)動;
②電磁驅(qū)動是磁場相對于導(dǎo)體運(yùn)動。
五、課堂練習(xí)
1、如圖所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是(　　　)
　　A．恒定直流、小鐵鍋　　　
　　B．恒定直流、玻璃杯
　　C．變化的電流、小鐵鍋
　　D．變化的電流、玻璃杯
C
五、課堂練習(xí)
解析：
通入恒定直流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高；渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會升溫。
故C正確。
五、課堂練習(xí)
2、如圖所示，使一個銅盤繞其豎直的軸OO' 轉(zhuǎn)動，且假設(shè)摩擦等阻力不計，轉(zhuǎn)動是勻速的。現(xiàn)把一個蹄形磁鐵移近銅盤，則(　 )
　A．銅盤轉(zhuǎn)動將變慢
　B．銅盤轉(zhuǎn)動將變快
　C．銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動
　D．銅盤轉(zhuǎn)動速度是否變化，要根據(jù)磁鐵的上、下兩端的極性來決定
A
五、課堂練習(xí)
2．高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫融化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大，下列措施不可采用是（　　）
A．減小焊接縫的接觸電阻
B．增大焊接縫的接觸電阻
C．增大交變電流的電壓
D．增大交變電流的頻率
A
總結(jié)
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場
二、渦流
三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動
1、產(chǎn)生
2、防止
砥礪前行
不負(fù)韶華

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