71涡流电磁阻尼和电磁驱动.pptx

第1页/共54页第2页/共54页第3页/共54页一、涡流1概念：用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时变化的电流会产生变化的，变化的 穿过整个铁芯会自成回路产生这种电流看起来像水的旋涡，把这种电流叫做涡电流，简称涡流磁场磁场铁芯感应电流第4页/共54页2应用(1)涡流热效应的应用，如(2)涡流磁效应的应用，如3防止：电动机、变压器等设备中应防止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(2)途径二：用相互绝缘的 叠 成 的 铁 芯 代 替铁芯真空冶炼炉探雷器电阻率硅钢片整块硅钢第5页/共54页二、电磁阻尼1概念：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2应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数阻碍导体的运动第6页/共54页三、电磁驱动1概念：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到 的作用，起来2应用：交流感应电动机安培力使导体运动第7页/共54页第8页/共54页一、对涡流的成因及涡流中的能量转化1涡流产生的条件涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化并且金属块本身可自行构成闭合回路同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的漩涡2可以产生涡流的两种情况(1)把块状金属放在变化的磁场中(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动第9页/共54页3能量变化伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能并最终在金属块中转化为内能如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能第10页/共54页4涡流的利与弊(1)利：利用涡流原理可制成感应炉来冶炼金属；利用涡流可制成磁电式、感应式电工仪表；电能表中的阻尼器也是利用涡流原理制成的(2)弊：在电机、变压器等设备中，由于涡流存在，产生附加损耗，同时磁场减弱造成电器设备效率降低第11页/共54页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，将焊缝熔化焊接要使焊接处产生的热量较大，可采用()A减小交变电流的频率B增大交变电流的频率C增大焊接缝的接触电阻 D减小焊接缝的接触电阻第12页/共54页解析：答案：BC 第13页/共54页二、电磁阻尼与电磁驱动的理解1电磁驱动的原因分析第14页/共54页当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如线圈处于如图所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释第15页/共54页2电磁阻尼与电磁驱动的区别电磁阻尼电磁阻尼电磁驱动电磁驱动区区别别产生电流产生电流的原因的原因由于导体在磁场中由于导体在磁场中运动运动由于磁场相对于导体运动，由于磁场相对于导体运动，导体中产生感应电流导体中产生感应电流安培力方安培力方向向安培力方向与导体安培力方向与导体运动方向相反，阻运动方向相反，阻碍导体运动碍导体运动导体受安培力方向与导体导体受安培力方向与导体运动方向相同，推动导体运动方向相同，推动导体运动运动本质联系本质联系都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是阻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碍导体与磁场间发生相对运动第16页/共54页下列现象属电磁阻尼的是_，属电磁驱动的是_A磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做B微安表的表头在运输时要把两接线框短接C自制金属地雷探测器D交流感应电动机E当右图中B变大时，a、b在固定 光滑导轨上滑动第17页/共54页解析：电磁阻尼是指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；而电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动答案：ABDE第18页/共54页 教材资料分析思考与讨论教材P27分析电表线圈骨架的作用如图甲，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向安培力对线圈的运动有什么影响？第19页/共54页磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上图乙假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？第20页/共54页第21页/共54页【点拨】单匝线圈落入磁场中，图示位置时感应电流方向为逆时针，由左手定则可判断安培力方向向上，安培力阻碍线圈的下落仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流方向(从上往下看)沿铝框逆时针方向，铝框左边受向下的安培力，而右边受向上的安培力，安培力阻碍线圈的转动使用铝框做线圈骨架的目的是利用感应电流来起到电磁阻尼作用，使线圈偏转后尽快停下来第22页/共54页做一做教材P27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正、负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？【点拨】用导线把微安表的两个接线柱连在一起后，用手晃动表壳，表针的摆动幅度大大减小，因为用导线把微安表两接线柱连在一起，就形成了闭合回路，产生感应电流从而阻碍它们的相对运动第23页/共54页第24页/共54页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，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用()第25页/共54页A增大交变电流的电压B增大交变电流的频率C增大焊接缝的接触电阻 D减小焊接缝的接触电阻第26页/共54页解析：逐项分析如下第27页/共54页答案：ABC选项选项诊断诊断结论结论C在交变电压和频率相同的条件下，产生的在交变电压和频率相同的条件下，产生的感应电动势相同增大焊接缝处的接触电感应电动势相同增大焊接缝处的接触电阻，接触电阻处的电压、功率分配就越大，阻，接触电阻处的电压、功率分配就越大，产生的热量就会越大产生的热量就会越大.D减小焊接缝处的接触电阻，由减小焊接缝处的接触电阻，由C选项分析选项分析知热量不能增大知热量不能增大.第28页/共54页【反思总结】涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守发生电磁感应现象的规律第29页/共54页【跟踪发散】11：如图所示，光滑金属球从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，设金属球初速度为零，曲面光滑，则()第30页/共54页A若是匀强磁场，球滚上的高度小于hB若是匀强磁场，球滚上的高度等于hC若是非匀强磁场，球滚上的高度等于hD若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h解析：若是匀强磁场，则穿过球的磁通量不发生变化，球中无涡流，机械能没有损失，故球滚上的高度等于h，选项A错B对若是非匀强磁场，则穿过球的磁通量发生变化，球中有涡流产生，机械能转化为内能，故球滚上的高度小于h，选项C错D对答案：BD第31页/共54页如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触当磁铁绕轴转动时，铜盘将()第32页/共54页A以相同的转速与磁铁同向转动B以较小的转速与磁铁同向转动C以相同的转速与磁铁反向转动D静止不动第33页/共54页解析：因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，线圈中能产生电流的条件必须是磁通量发生变化故要求线圈转动方向与磁铁相同而转速小，不能同步转动，所以正确选项是B.答案：B第34页/共54页【跟踪发散】21：(2011潮州高二检测)如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点O点正下方固定一个水平放置的铝线圈让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是()第35页/共54页A磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力第36页/共54页解析：磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确答案：C第37页/共54页涡流在生活中的应用在现代家庭的厨房中，电磁炉如图甲是人们非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点利用以下材料并结合已学习的电磁学知识分析、讨论电磁炉的工作原理和使用过程中遇到的问题第38页/共54页如图乙所示是描述电磁炉工作原理的示意图炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会使放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热食物的作用因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用适合放在电磁炉上烹饪的器具有：不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有：陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等第39页/共54页甲乙第40页/共54页结合以上材料分析以下问题：(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有(回答三个即可)：_；_；_.第41页/共54页(2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是_；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是_(3)如果在锅和电磁炉中间放一纸板，电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？第42页/共54页解析：(1)电流的磁效应(或电生磁)；电磁感应现象(或磁生电)；电流的热效应(或焦耳定律)(2)陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生感应电流电阻率小，电热少，效率低(3)能起到加热作用，因为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.第43页/共54页第44页/共54页1(2011山东师大高二检测)下列应用与涡流有关的是()A家用电磁炉B家用微波炉C真空冶炼炉 D探雷器解析：家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流的热效应工作，探雷器利用涡流的磁效应工作，而微波炉利用高频电滋波工作答案：ACD第45页/共54页2磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是()A为防止涡流而设计的 B为利用涡流而设计的C起电磁阻尼的作用 D起电磁驱动的作用解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流，涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后较快停下来所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用B、C正确答案：BC第46页/共54页3如图所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后释放，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)()A做等幅振动 B做阻尼振动C振幅不断增大 D无法判定解析：小球在通电线圈的磁场中运动，小球中产生涡流，故小球要受到安培力作用阻碍它的相对运动，做阻尼振动答案：B第47页/共54页4.如右图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO轴转动，当磁铁按图示方向绕OO轴转动，线圈的运动情况是()A俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同B俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同C线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速D线圈静止不动第48页/共54页解析：当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁铁的转速答案：C第49页/共54页5如下图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球()第50页/共54页A整个过程都做匀速运动B进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程中球做加速运动C整个过程都做匀减速运动D穿出时的速度一定小于初速度第51页/共54页解析：小球的运动主要研究两个阶段：一是球进入磁场的过程，由于穿过小球的磁通量增加，在球内垂直磁场的平面上产生涡流，有电能产生，而小球在水平方向上又不受其他外力，所以产生的电能只能是由球的机械能转化而来，由能的转化与守恒可知，其速度减小；二是穿出磁场的过程，同理可得速度进一步减小，故选项D正确答案：D第52页/共54页练考题、验能力、轻巧夺冠课时作业第53页/共54页谢谢大家观赏！第54页/共54页