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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动评优课ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动评优课ppt课件，共49页。PPT课件主要包含了新课导入，新课讲解，课堂总结，巩固提升，PART01，PART02，观察与分析，铝管实验，电磁阻尼，电磁驱动等内容，欢迎下载使用。
在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗?
2、感生电场应用实例---电子感应加速器
电子感应加速器:应用感生电场来加速电子的一种设备。
柱形电磁铁：产生变化的磁场；
环形真空管道：是电子运行的轨道；
工作过程：磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速。
(2)感生电场的电场线是闭合的
(1)感生电场位于与磁场垂直的平面上
(3)可根据楞次定律判断感生电场的方向
静电场和感生电场的区别
①如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象
根据麦克斯韦电磁场理论
电场对导体内自由电荷有力的作用（非静电力）
二、涡流：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时产生的在金属块内自成闭合回路的感应电流，叫涡电流，简称涡流。 ①涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。 ②由于整块金属的电阻通常很小，故涡流常常很大。
1、涡流的热效应：真空冶炼炉
冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化。
2、涡流的热效应：电磁炉
电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，
①当通上交替变化极快的交流电时，
②在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，
③当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。
3、涡流的磁效应：探雷器
这种探雷器可以用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
3、涡流的磁效应：金属探测器、安检门等
涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。
1、危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流:
用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施
1.增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。2.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
【易错辨析】(1)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。( )(2)涡流有热效应,但没有磁效应。( )(3)在硅钢中不能产生涡流。( )
(4)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象,都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。( )(5)电磁阻尼是由电磁感应中安培力阻碍导体与磁场的相对运动产生的,而电磁驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的。( )
（多选）下列器具的工作原理与涡流有关的是（ ） A．家用电磁炉 B．家用洗衣机 C．变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起 D．风扇转动时扇叶与空气摩擦发热
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】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组成部分产生交变磁场，当用含铁质锅具底部放置于炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生涡流，使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的，A错误，B正确．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金属导体，不能产生感应电流，C错误．由于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，D错误．
1.分析图中线圈中感应电流的方向和所受安培力的方向，并研究安培力对线圈的运动有何影响?
①当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动。
②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的运动——电磁阻尼。
2.应用：①磁电式仪表、②电气机车的电磁制动、③阻尼摆等。
问题1：磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？
1、假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？2、铝框由于转动产生感应电流，铝框会受安培力，安培力是沿什么方向的？3、安培力对铝框的转动产生什么影响？4、使用铝框做线圈骨架有什么好处？
取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同? 怎样解释这种差别? 为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起?
用导线把正负两个接线柱连在一起，构成一个闭合回路。这样如果它的指针摆动，就会在线圈中产生感应电流，接着出现电磁阻尼的现象，使指针很快的停止运动就不容易折断。
问题２：微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
③使指针迅速停止摆动，保护游丝，指针。
应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等
（1）内部有磁体，有线圈。
（2）①把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，
②这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，
[多选]位于光滑水平面的小车上水平固定一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v0穿入螺线管，并最终穿出，如图所示，在此过程中( )
A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动C．小车向右做加速运动 D．小车先加速后减速
【解析】 磁铁水平穿入螺线管时，螺线管中将产生感应电流，由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动；同理，磁铁穿出时，由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项A错误，B正确．对于小车上的螺线管来说，螺线管受到的安培力方向始终为水平向右，这个安培力使螺线管和小车向右运动，且一直做加速运动，选项C正确，D错误．
1. 如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——电磁驱动。
磁悬浮列车也是利用电磁驱动的原理工作的。
磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁驱动力引导，推动列车前行。
2.①当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，②感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。③线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。
3.交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。
连接到三相电源时能产生旋转的磁场
一种交流感应电动机的结构
六、电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系
安培力方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动
由于磁场相对于导体运动
导体受安培力方向与导体运动方向相同，推动导体运动
都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是阻碍导体与磁场间发生相对运动
如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动，有界磁场的方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动．如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？
没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动．如果在铜片上开有多条长缝，就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片可以摆动多次后才停止摆动．
无相对运动磁场随时间变化
利用：电磁炉、真空冶炼
防止：用层叠硅钢片制作铁芯
物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用．下面列举的四种器件中，在工作时利用了电磁感应现象的是( )
【解析】电磁炉利用电磁感应现象产生感应电流，从而产生焦耳热，D正确；A是利用带电粒子在磁场中的偏转，B、C是利用电流的热效应，A、B、C错误．
下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ）A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝融化焊接，要使焊接处产生的热量较大，下列措施不可采用是（ ）A．减小焊接缝的接触电阻B．增大焊接缝的接触电阻C．增大交变电流的电压D．增大交变电流的频率
涡流会使金属发热,人们利用这个原理制成了电磁灶。关于电磁灶,下列说法正确的是( )。A.电磁灶都是用高频交流电工作的B.高频电磁灶有加热线圈,可以通过热传导将热能传导给锅体及锅内食物C.电磁灶和微波炉是一个道理,工作原理是一样的D.无论哪种电磁灶,都是利用涡流原理工作的
如图所示,四根等长的铝管和铁块(其中C中铝管不闭合,其他两根铝管及铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内,分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放,忽略空气阻力,则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是( )。
A.tA>tB=tC=tD B.tC=tA=tB=tDC.tC>tA=tB=tD D.tC=tA>tB=tD
如图所示，在平行于地面的匀强磁场上方，有两个用相同金属材料制成的边长相同的正方形线圈a、b，其中a的导线比b粗，它们从同一高度自由落下，则（ ）A．它们同时落地 B．a先落地C．b先落地 D．无法判断
在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗?
2、感生电场应用实例---电子感应加速器
电子感应加速器:应用感生电场来加速电子的一种设备。
柱形电磁铁：产生变化的磁场；
环形真空管道：是电子运行的轨道；
工作过程：磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速。
(2)感生电场的电场线是闭合的
(1)感生电场位于与磁场垂直的平面上
(3)可根据楞次定律判断感生电场的方向
静电场和感生电场的区别
①如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象
根据麦克斯韦电磁场理论
电场对导体内自由电荷有力的作用（非静电力）
二、涡流：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时产生的在金属块内自成闭合回路的感应电流，叫涡电流，简称涡流。 ①涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。 ②由于整块金属的电阻通常很小，故涡流常常很大。
1、涡流的热效应：真空冶炼炉
冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化。
2、涡流的热效应：电磁炉
电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，
①当通上交替变化极快的交流电时，
②在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，
③当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。
3、涡流的磁效应：探雷器
这种探雷器可以用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
3、涡流的磁效应：金属探测器、安检门等
涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。
1、危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流:
用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施
1.增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。2.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
【易错辨析】(1)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。( )(2)涡流有热效应,但没有磁效应。( )(3)在硅钢中不能产生涡流。( )
(4)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象,都遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。( )(5)电磁阻尼是由电磁感应中安培力阻碍导体与磁场的相对运动产生的,而电磁驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的。( )
（多选）下列器具的工作原理与涡流有关的是（ ） A．家用电磁炉 B．家用洗衣机 C．变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起 D．风扇转动时扇叶与空气摩擦发热
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】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组成部分产生交变磁场，当用含铁质锅具底部放置于炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生涡流，使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的，A错误，B正确．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金属导体，不能产生感应电流，C错误．由于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，D错误．
1.分析图中线圈中感应电流的方向和所受安培力的方向，并研究安培力对线圈的运动有何影响?
①当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动。
②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的运动——电磁阻尼。
2.应用：①磁电式仪表、②电气机车的电磁制动、③阻尼摆等。
问题1：磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？
1、假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？2、铝框由于转动产生感应电流，铝框会受安培力，安培力是沿什么方向的？3、安培力对铝框的转动产生什么影响？4、使用铝框做线圈骨架有什么好处？
取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同? 怎样解释这种差别? 为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起?
用导线把正负两个接线柱连在一起，构成一个闭合回路。这样如果它的指针摆动，就会在线圈中产生感应电流，接着出现电磁阻尼的现象，使指针很快的停止运动就不容易折断。
问题２：微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
③使指针迅速停止摆动，保护游丝，指针。
应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等
（1）内部有磁体，有线圈。
（2）①把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，
②这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，
[多选]位于光滑水平面的小车上水平固定一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v0穿入螺线管，并最终穿出，如图所示，在此过程中( )
A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动C．小车向右做加速运动 D．小车先加速后减速
【解析】 磁铁水平穿入螺线管时，螺线管中将产生感应电流，由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动；同理，磁铁穿出时，由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项A错误，B正确．对于小车上的螺线管来说，螺线管受到的安培力方向始终为水平向右，这个安培力使螺线管和小车向右运动，且一直做加速运动，选项C正确，D错误．
1. 如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——电磁驱动。
磁悬浮列车也是利用电磁驱动的原理工作的。
磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁驱动力引导，推动列车前行。
2.①当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，②感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。③线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。
3.交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。
连接到三相电源时能产生旋转的磁场
一种交流感应电动机的结构
六、电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系
安培力方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动
由于磁场相对于导体运动
导体受安培力方向与导体运动方向相同，推动导体运动
都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是阻碍导体与磁场间发生相对运动
如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动，有界磁场的方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动．如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？
没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动．如果在铜片上开有多条长缝，就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片可以摆动多次后才停止摆动．
无相对运动磁场随时间变化
利用：电磁炉、真空冶炼
防止：用层叠硅钢片制作铁芯
物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用．下面列举的四种器件中，在工作时利用了电磁感应现象的是( )
【解析】电磁炉利用电磁感应现象产生感应电流，从而产生焦耳热，D正确；A是利用带电粒子在磁场中的偏转，B、C是利用电流的热效应，A、B、C错误．
下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ）A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝融化焊接，要使焊接处产生的热量较大，下列措施不可采用是（ ）A．减小焊接缝的接触电阻B．增大焊接缝的接触电阻C．增大交变电流的电压D．增大交变电流的频率
涡流会使金属发热,人们利用这个原理制成了电磁灶。关于电磁灶,下列说法正确的是( )。A.电磁灶都是用高频交流电工作的B.高频电磁灶有加热线圈,可以通过热传导将热能传导给锅体及锅内食物C.电磁灶和微波炉是一个道理,工作原理是一样的D.无论哪种电磁灶,都是利用涡流原理工作的
如图所示,四根等长的铝管和铁块(其中C中铝管不闭合,其他两根铝管及铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内,分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放,忽略空气阻力,则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是( )。
A.tA>tB=tC=tD B.tC=tA=tB=tDC.tC>tA=tB=tD D.tC=tA>tB=tD
如图所示，在平行于地面的匀强磁场上方，有两个用相同金属材料制成的边长相同的正方形线圈a、b，其中a的导线比b粗，它们从同一高度自由落下，则（ ）A．它们同时落地 B．a先落地C．b先落地 D．无法判断
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