2.3.1涡流、电磁阻尼和电磁驱动ppt课件-（2019） 新人教版高中物理高二下学期选择性必修二.pptx

1、动生电动势的产生动生电动势的产生与洛伦兹力相关与洛伦兹力相关p 回顾： 通过前面的学习，我们已经知道了，通过前面的学习，我们已经知道了，当闭合电路的部分导体切割磁感线时，回当闭合电路的部分导体切割磁感线时，回路中会出现感应电流，这是因为导体中出路中会出现感应电流，这是因为导体中出现了动生电动势，它是洛伦兹力导致的。现了动生电动势，它是洛伦兹力导致的。 一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化，闭合电路内产生了感应电动势。这种情况下,哪一种作用扮演了非静电力的角色?电磁感应现象中的感生电场磁场变强电流的本质是什么？自由电荷为什么会运动？使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的吗？猜想：使电荷

2、运动的力可能是洛伦兹力或静电力吗？电荷定向移动形成电流受到力的作用磁场变化使闭合回路产生感应电流，那么使导体中自由电荷做定向移动的作用力是什么？电磁感应现象中的感生电场詹姆斯克拉克麦克斯韦（James Clerk Maxwell）麦克斯韦认为磁场变化时会在周围空间激发一种电场感生电场闭合导体中的自由电荷在这种电场中做定向运动产生感应电流（感生电动势）感生电场的方向就是感生电流的方向。感生电动势的非静电力是感生电场对自由电荷的作用力。电磁感应现象中的感生电场(1)(1)定义定义: :变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场)。(3)(3)电场线电场线: :是闭合的曲线。1.1.感生电场

3、感生电场(2)(2)方向方向: :就是感生电流的方向，用楞次定律判断。 2.2.感生电动势：感生电动势： （1 1）定义：）定义：由感生电场产生的电动势叫感应电动势。（2 2）公式：）公式：（3 3）方向：）方向：与感生电场感生电场方向（即感应电流感应电流方向）一致电磁感应现象中的感生电场静电场和感生电场的区别静电场感生电场产生由静止的电荷产生由变化的磁场在周围空间激发电场线特点由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合。感应电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。电场方向判断正电荷受力的方向感生电流的方向感生电流的方向（楞次定律）电磁感应现象中的感生电场 电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种

4、设备。它的基本原理如图示，上下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？应用实例应用实例-电子感应加速器电子感应加速器电磁感应现象中的感生电场穿过真空室内磁场的方向？由图知电子沿什么方向运动？要使电子沿此方向加速，感生电场的方向如何？竖直向上逆时针顺时针原磁场在增强，即电流在增大。原磁场在增强，即电流在增大。原磁场如何变化？电磁感应现象中的感生电场感应电流顺时针假设有

5、闭合导体存在，感应电流假设有闭合导体存在，感应电流的方向如何？的方向如何？由感应电流感应电流引起的磁场方向如何？向下向下感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力与导体中自由电荷所受洛伦兹力有关回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体方向判断方法由楞次定律判断由右手定则或楞次定律判定大小计算方法由E=n/t计算由E=Blvsin或E=n/t计算BE 前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，导体中的自由电子理论，当磁场变化时，导体中的自由电子就会就会在感生在感生电场

6、的作用下定向移动从而产电场的作用下定向移动从而产生感应电流。生感应电流。涡流思考：思考：如果环不断增粗如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发直到变成一圆盘又会发生什么现象生什么现象? ?变成方盘呢？变成方盘呢？ 如果导体用整块铁代替，如图如果导体用整块铁代替，如图所示，电流变化时，铁块中有感应所示，电流变化时，铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状如何？电流吗？如果有，它的形状如何？（阅读P33面相关内容）涡流 根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，导体中的自由电子就会在感生电场的作用下定向移动从而产生感应电流，这种感应电流是像水中旋涡一样的闭合的曲线，我们把它叫涡电流涡电流，简称涡流涡流。1.涡流

7、的产生： 一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流。涡流思考：涡流产生原因？变化的电流产生变化的磁场闭合导体形成涡流电流磁效应根据麦克斯韦电磁场理论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）激发感生电场空间存在涡流（1）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。（2）涡流像其他电流一样通过导体也会产生热量。涡流像其他电流一样通过导体也会产生热量。即即金属块中的涡流也要产生热量。如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。2.涡流的特点：涡流3.应用：（1）涡流的热效应应用；（2）涡流的磁效应应用。涡

8、流电磁炉3.应用：（1）涡流的热效应：电磁炉涡流 这个视频里的现象说明了两件事：这个视频里的现象说明了两件事：第一，电磁炉不是直接将热量传导给不第一，电磁炉不是直接将热量传导给不锈钢锅和烧杯的，否则，烧杯里的水温锈钢锅和烧杯的，否则，烧杯里的水温度也应该明显地升高。实际上，电磁炉度也应该明显地升高。实际上，电磁炉工作时，用手触摸面板，会发现面板并工作时，用手触摸面板，会发现面板并不烫。第二，电磁炉也不是通过电磁感不烫。第二，电磁炉也不是通过电磁感应直接加热水的，否则烧杯中的水也会应直接加热水的，否则烧杯中的水也会沸腾。这是因为水没有铁磁性，电阻率沸腾。这是因为水没有铁磁性，电阻率也很高。所以可

9、以推出，电磁炉确实是也很高。所以可以推出，电磁炉确实是通过电磁感应，使不锈钢锅内部产生大通过电磁感应，使不锈钢锅内部产生大量涡流来实现加热的目的的。量涡流来实现加热的目的的。涡流 电磁炉工作时，线圈中通有大小和方向电磁炉工作时，线圈中通有大小和方向都随时间快速变化的电流，这样就在电磁炉都随时间快速变化的电流，这样就在电磁炉上方形成了变化的磁场，当我们把铁锅放在上方形成了变化的磁场，当我们把铁锅放在电磁炉上，铁锅中就会产生涡流并大量生热，电磁炉上，铁锅中就会产生涡流并大量生热，铁锅再把热量传递给锅内的食物。这就是电铁锅再把热量传递给锅内的食物。这就是电磁炉的工作原理。正因为要利用电磁感应，磁炉的

10、工作原理。正因为要利用电磁感应，所以在选材上，电磁炉的锅应该用铁磁性金所以在选材上，电磁炉的锅应该用铁磁性金属制造（比如铁、不锈钢和搪瓷等），这样属制造（比如铁、不锈钢和搪瓷等），这样磁感线在锅体内更为集中。另外，锅的电阻磁感线在锅体内更为集中。另外，锅的电阻率应较低，这样，感生电动势不变的情况下，率应较低，这样，感生电动势不变的情况下，涡电流更大，加热效果更好。涡电流更大，加热效果更好。（2）涡流的热效应：真空冶炼炉 冶炼金属的高频感应电炉就是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，冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，

11、从而产生大量的热使金属熔化。从而产生大量的热使金属熔化。3.应用：涡流冶炼炉涡流（3）涡流的磁效应：探雷器这种探雷器可以用来探这种探雷器可以用来探测金属壳的地雷或有较测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。大金属零件的地雷。 探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈在地面上扫过，士兵手持一个长柄线圈在地面上扫过，线圈中有变化的电流。线圈中有变化的电流。如果地下埋着金属物品，金属中感如果地下埋着金属物品，金属中感应涡流，涡流的磁场反过来影响线应涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。圈中的电流，使仪器报警。 3.应用：涡流涡流 拆开探测器

12、的外壳，就可以看到，它的内部拆开探测器的外壳，就可以看到，它的内部感应区的内部，藏着很多匝线圈。感应区的内部，藏着很多匝线圈。B1B2ACi1涡流涡流i2探雷器感应电流感应电流i2 正常工作时，线圈中通有变化的电流正常工作时，线圈中通有变化的电流i1，在空间中激发了变化的磁场在空间中激发了变化的磁场B1，当金属物靠近，当金属物靠近线圈时，线圈时，B1在金属物中激发了涡流在金属物中激发了涡流i2。当。当i1的变的变化满足一定规律时，涡流化满足一定规律时，涡流i2也是变化电流，这也是变化电流，这样，样，i2也在空间中激发了一个变化磁场也在空间中激发了一个变化磁场B2，变，变化的化的B2反过来又在探

13、测器的线圈中激发了一个反过来又在探测器的线圈中激发了一个感应电流感应电流i2，这样，线圈中的电流就与没有金，这样，线圈中的电流就与没有金属物时不同。探测器感应到电流的变化，就知属物时不同。探测器感应到电流的变化，就知道附近存在金属物，然后发出报警。道附近存在金属物，然后发出报警。（4）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。3.应用：涡流（1）危害：线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。（2）防止（减少涡流的途径）：增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。4.4.危害与防止：危害与防止：涡流涡流小结电磁感应的两类现象磁场和导体相对运动无相对运动磁场随时间变化动生：感生：感生电场涡流涡流的热效应利用：电磁炉、真空冶炼防止：用层叠硅钢片制作铁芯