人教版 高二物理 選修3-2 第四章：4.7渦流電磁阻尼和電磁驅動(共32張PPT)

第七節(jié)第七節(jié) 渦流、電磁阻尼和電磁驅動渦流、電磁阻尼和電磁驅動 學習目標：學習目標： 1.知道渦流是如何產(chǎn)生的知道渦流是如何產(chǎn)生的 2知道渦流存在對我們的利與弊，以及知道渦流存在對我們的利與弊，以及如何利用和防止如何利用和防止 3知道電磁阻尼、電磁驅動的工作原知道電磁阻尼、電磁驅動的工作原理，以及在生產(chǎn)實際和技術中的應用理，以及在生產(chǎn)實際和技術中的應用 復習回顧復習回顧: “互感”和“自感”產(chǎn)生的感互感”和“自感”產(chǎn)生的感應電動勢是動生電動勢應電動勢是動生電動勢,還是感生電動勢還是感生電動勢? B E 金金屬屬片片 第四章 電磁感應 B E 根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當如圖所示的，當如圖所示的磁場變化時，周圍空間就會激發(fā)磁場變化時，周圍空間就會激發(fā)感應電場，放在其中的導體中的自由電子就會在此電放在其中的導體中的自由電子就會在此電場力的作用下，定向移動從而產(chǎn)生場力的作用下，定向移動從而產(chǎn)生感應電流，這種感應電流是像旋渦一樣的閉合的，這種感應電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫曲線，我們把它叫渦電流。 如圖所示，線圈接入反復變化的電流，某段時間如圖所示，線圈接入反復變化的電流，某段時間內(nèi)，若電流變大，則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理內(nèi)，若電流變大，則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場激發(fā)出感生電場。論，變化的磁場激發(fā)出感生電場。導體可以看作是導體可以看作是由許多閉合線圈組成的由許多閉合線圈組成的，在感生電場作用下，這些，在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應線圈中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應電流。電流。 當線圈中的電流隨時間變化時當線圈中的電流隨時間變化時, ,這個線圈附近這個線圈附近的的任何導體任何導體中都會產(chǎn)生感應電流中都會產(chǎn)生感應電流-渦流渦流. . 一一、渦流、渦流 1、定義：、定義：塊狀金屬塊狀金屬在變化的磁場中，或在磁場在變化的磁場中，或在磁場運動時，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應電流。這種電流在運動時，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應電流。這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的旋渦，故叫渦，很像水的旋渦，故叫渦電流，簡稱渦流。電流，簡稱渦流。 3.3.產(chǎn)生的產(chǎn)生的效果效果：若金屬電阻率：若金屬電阻率小，產(chǎn)生的渦流很大，從而產(chǎn)小，產(chǎn)生的渦流很大，從而產(chǎn)生的熱量就很多。生的熱量就很多。 第四章 電磁感應 1、如圖所示的真空冶煉爐，利用渦流的熱效應、如圖所示的真空冶煉爐，利用渦流的熱效應來熔化金屬。交流電的頻率越高，金屬熔爐中的來熔化金屬。交流電的頻率越高，金屬熔爐中的感應電動勢就越大，金屬材料的電阻率越小，產(chǎn)感應電動勢就越大，金屬材料的電阻率越小，產(chǎn)生的渦流熱效應就越強。生的渦流熱效應就越強。 2、真空冶煉爐優(yōu)點：、真空冶煉爐優(yōu)點： 速度快，溫度易控制，整速度快，溫度易控制，整個過程在真空中進行，能避個過程在真空中進行，能避免有害雜質混入被冶煉的金免有害雜質混入被冶煉的金屬中，適于冶煉特種合金和屬中，適于冶煉特種合金和特種鋼。特種鋼。 . .真空冶煉爐，高頻焊接爐，電磁爐真空冶煉爐，高頻焊接爐，電磁爐 第四章 電磁感應 二、渦流的應用一熱效應 3 3、高頻焊接機原理、高頻焊接機原理：線圈中通以高頻電流，內(nèi)：線圈中通以高頻電流，內(nèi)部焊接工件由于電磁感應產(chǎn)生感應電流，頻率越部焊接工件由于電磁感應產(chǎn)生感應電流，頻率越高，產(chǎn)生的感應電流越大。由于焊接縫處接觸電高，產(chǎn)生的感應電流越大。由于焊接縫處接觸電阻很大，放出的熱量很多，致使溫度升高將金屬阻很大，放出的熱量很多，致使溫度升高將金屬熔化，焊接在一起。應用于焊接自行車車架。熔化，焊接在一起。應用于焊接自行車車架。 渦流的利用渦流的利用 第四章 電磁感應 渦流的利用渦流的利用 第四章 電磁感應 4、電磁爐，爐盤下的線圈中通入交流電，、電磁爐，爐盤下的線圈中通入交流電，使爐盤上的金屬中產(chǎn)生渦流，從而生熱。使爐盤上的金屬中產(chǎn)生渦流，從而生熱。 生活中的物理：電磁爐的工作原理生活中的物理：電磁爐的工作原理 電磁灶的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上電磁灶的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上 交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生 強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強 渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱 量，將飯菜煮熟。量，將飯菜煮熟。 5、危害：發(fā)熱浪費能量 減少渦流的方法：減少渦流的方法： 1.增大回路的電阻增大回路的電阻 2.相互絕緣的薄硅鋼片疊合的鐵芯來代替整塊相互絕緣的薄硅鋼片疊合的鐵芯來代替整塊鐵芯鐵芯 交變電流 交變電流 怎樣減少渦流損耗？ 整塊鐵芯 彼此絕緣的薄片 思考與討論 第四章 電磁感應 渦流的防止 變壓器和電動機的鐵芯不采用整塊金屬，而是變壓器和電動機的鐵芯不采用整塊金屬，而是由許多相互絕緣的由許多相互絕緣的電阻率很大電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成，的薄硅鋼片疊合而成，目的就是為了目的就是為了減弱減弱鐵芯中由于電磁感應而產(chǎn)生的鐵芯中由于電磁感應而產(chǎn)生的渦渦流的熱效應流的熱效應，從而減少電能的損耗，同時避免破壞，從而減少電能的損耗，同時避免破壞絕緣層，對電器起到了保護的作用。絕緣層，對電器起到了保護的作用。 第四章 電磁感應 探雷器、安檢門、金屬探測儀 三、渦流的應用一磁效應 渦流的利用渦流的利用 線圈 探雷器的長柄線圈中，通有變化的電流，在其周圍就產(chǎn)生變化的磁場，埋在地下的金屬物品，由于電磁感應而形成渦流，渦流的磁場反過來又作用于線圈，使儀器報警。 第四章 電磁感應 渦流的利用渦流的利用 機場、車站及機場、車站及重要場所的重要場所的安檢門安檢門及工作人員手上的及工作人員手上的探測器探測器，也是利用，也是利用與探雷器類似的電與探雷器類似的電磁感應原理使儀器磁感應原理使儀器報警，來探測進出報警，來探測進出人員身上攜帶的金人員身上攜帶的金屬物品。屬物品。 第四章 電磁感應 門框門框 交流電交流電 報警電路 線圈線圈 c.安檢門安檢門 演示實驗演示實驗 如圖所示，彈簧下端懸掛一根磁如圖所示，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵能振動較長時間才停下來。如果在鐵能振動較長時間才停下來。如果在磁鐵下端放一固定線圈，會有什么現(xiàn)磁鐵下端放一固定線圈，會有什么現(xiàn)象？象？ 1、電磁阻尼：、電磁阻尼：導體在磁場中運動時，感應電流導體在磁場中運動時，感應電流使導體受到安培力而總是要阻礙導體的相對運使導體受到安培力而總是要阻礙導體的相對運動的現(xiàn)象。動的現(xiàn)象。 應用應用: :磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等. . 四、渦流的應用-機械效應 思考與討論思考與討論 為什么磁電式電表的線圈要用鋁框做骨架呢？為什么磁電式電表的線圈要用鋁框做骨架呢？ 電學測量儀器要求指針的擺動很快停下來，也是電學測量儀器要求指針的擺動很快停下來，也是利用了鋁框中產(chǎn)生的渦流，從而通過磁場對這個渦流利用了鋁框中產(chǎn)生的渦流，從而通過磁場對這個渦流的作用力阻礙它們的擺動，使指針能很快地指到示數(shù)的作用力阻礙它們的擺動，使指針能很快地指到示數(shù)的位置上。的位置上。 第四章 電磁感應 (2)、微安表的表頭在運輸時為何應該、微安表的表頭在運輸時為何應該 把兩個接線柱連在一起？把兩個接線柱連在一起？ 思考與討論 微安表是一種高靈敏度，高精度電流表，表內(nèi)的指針因振動會產(chǎn)生搖擺，劇裂搖擺會使微安表造成指針打偏、降低靈敏度、或失靈等。故在運輸中，用導線短路兩接線柱，使表頭線圈閉合產(chǎn)生電磁阻尼，大大降低因外界的搖擺、振動對表頭的影響。 第四章 電磁感應 磁鐵的旋轉使線圈跟著轉動： 第四章 電磁感應 2.電磁驅動：電磁驅動：磁場相對于導體運磁場相對于導體運動時，感應電流使導體受到安培力的作動時，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來的現(xiàn)象用，安培力使導體運動起來的現(xiàn)象 四、渦流的應用-機械效應 2 2、交流感應電動機就是利用電磁驅動的、交流感應電動機就是利用電磁驅動的 原理工作的。原理工作的。 電磁阻尼是電磁阻尼是安培力充當阻力安培力充當阻力; ; 電磁驅動是電磁驅動是安培力充當動力安培力充當動力 安培力的作用都是安培力的作用都是阻礙阻礙它們間的它們間的相對運動相對運動。 電磁阻尼與電磁驅動的電磁阻尼與電磁驅動的區(qū)別和聯(lián)系：區(qū)別和聯(lián)系： 1 1、在水平放置的光滑導軌上，沿導軌固定在水平放置的光滑導軌上，沿導軌固定一個條形磁鐵，如圖。現(xiàn)有銅、鋁和有機一個條形磁鐵，如圖?，F(xiàn)有銅、鋁和有機玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導軌上的軌上的A點以某一初速度向磁鐵滑去。各物點以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運動情況是塊在碰上磁鐵前的運動情況是( ) A、都做勻速運動、都做勻速運動 B、甲做加速運動、甲做加速運動 C、乙做勻速運動、乙做勻速運動 D、丙做勻速運動、丙做勻速運動 練習練習 D 2.下列哪些措施是為了防止渦流的危害下列哪些措施是為了防止渦流的危害（ ） A、電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋、電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋 B、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上架，把線圈繞在鋁框上 C、變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用、變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成 D、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導電的氧化層導電的氧化層 CD 3.3.如圖所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻變?nèi)鐖D所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，感應電化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，感應電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是 A A電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快 B B電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快 C C工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小 D D工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大 4、如圖所示，、如圖所示，abcd是一閉合的小金屬線框，用一是一閉合的小金屬線框，用一根絕緣的細桿掛在固定點根絕緣的細桿掛在固定點O，使金屬塊在豎直平面，使金屬塊在豎直平面內(nèi)來回擺動的過程穿過水平方向的勻強磁場區(qū)域，內(nèi)來回擺動的過程穿過水平方向的勻強磁場區(qū)域，磁感線方向跟線框平面垂直，若懸點摩擦和空氣阻磁感線方向跟線框平面垂直，若懸點摩擦和空氣阻力不計，則力不計，則( ) A.線框進入或離開磁場區(qū)域時，都產(chǎn)生感應電流，而且電流線框進入或離開磁場區(qū)域時，都產(chǎn)生感應電流，而且電流的方向相反的方向相反 B.線框進入磁場區(qū)域后，越靠近線框進入磁場區(qū)域后，越靠近OO線時速度越大，因而產(chǎn)線時速度越大，因而產(chǎn)生的感應電流也越大生的感應電流也越大 C.線框開始擺動后，擺角會越來越小，擺角線框開始擺動后，擺角會越來越小，擺角 小到某一值后將不再減小小到某一值后將不再減小 D.線框擺動過程中，機械能完全轉化為線線框擺動過程中，機械能完全轉化為線 框電路中的電能框電路中的電能 AC 5、著名物理學家弗曼曾設計過一個實驗，如圖、著名物理學家弗曼曾設計過一個實驗，如圖所示所示.在一塊絕緣板上中部安一個線圈，并接有電在一塊絕緣板上中部安一個線圈，并接有電源，板的四周有許多帶負電的小球，整個裝置支源，板的四周有許多帶負電的小球，整個裝置支撐起來撐起來.忽略各處的摩擦，當電源接通的瞬間，下忽略各處的摩擦，當電源接通的瞬間，下列關于圓盤的說法中正確的是（列關于圓盤的說法中正確的是（ ） A.圓盤將逆時針轉動圓盤將逆時針轉動 B.圓盤將順時針轉動圓盤將順時針轉動 C.圓盤不會轉動圓盤不會轉動 D.無法確定圓盤是否會動無法確定圓盤是否會動 A