第二章

電磁感應(yīng)2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動

1.了解感生電場的概念，了解電子感應(yīng)加速器的工作原理。2.理解渦流的產(chǎn)生原理，了解渦流在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用(重點)。3.理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理，了解其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用(重難點)。學(xué)習(xí)目標(biāo)+++---+++++++++非靜電力每一種電動勢都對應(yīng)有一種非靜電力這種轉(zhuǎn)化的本領(lǐng)用電動勢來描述非靜電力做功其它形式的能電能電流的方向在電源內(nèi)部由負極→正極

復(fù)習(xí)與回顧：電源干電池：化學(xué)作用非靜電力部分導(dǎo)體切割磁感線導(dǎo)體棒AB相當(dāng)于電源動生電動勢由導(dǎo)體運動引起的電動勢：

復(fù)習(xí)與回顧：哪部分相當(dāng)于電源？想一想：上面兩種情況下，哪一種作用扮演了非靜電力的角色？開關(guān)閉合（斷開）,或改變滑片的位置線圈B相當(dāng)于電源感生電動勢由磁場變化引起的電動勢：動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力相關(guān)回顧：

通過前面的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道了，當(dāng)閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線時，回路中會出現(xiàn)感應(yīng)電流，這是因為導(dǎo)體中出現(xiàn)了動生電動勢，它是洛倫茲力導(dǎo)致的。

一個閉合電路靜止于磁場中,由于磁場強弱的變化，閉合電路內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。這種情況下,哪一種作用扮演了非靜電力的角色?電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場磁場變強電流的本質(zhì)是什么？自由電荷為什么會運動？使電荷運動的力難道是變化的磁場對其施加的嗎？猜想：使電荷運動的力可能是洛倫茲力或靜電力嗎？電荷定向移動形成電流受到力的作用磁場變化使閉合回路產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么使導(dǎo)體中自由電荷做定向移動的作用力是什么？電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場視頻：天才絕世的麥克斯韋詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（JamesClerkMaxwell）麥克斯韋認為磁場變化時會在周圍空間激發(fā)一種電場——感生電場閉合導(dǎo)體中的自由電荷在這種電場中做定向運動產(chǎn)生感應(yīng)電流（感生電動勢）感生電場的方向就是感生電流的方向。感生電動勢的非靜電力是感生電場對自由電荷的作用力。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(1)定義:變化的磁場在周圍空間激發(fā)的電場叫感生電場(渦旋電場)。(3)電場線:是閉合的曲線。（4）渦旋電場力充當(dāng)非靜電力1.感生電場（渦旋電場）(2)方向:就是感生電流的方向，用楞次定律判斷。2.感生電動勢：

（1）定義：由感生電場產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢。（2）公式：（3）方向：與感生電場方向（即感應(yīng)電流方向）一致一.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場靜電場和感生電場的區(qū)別靜電場感生電場產(chǎn)生由靜止的電荷產(chǎn)生由變化的磁場在周圍空間激發(fā)電場線特點由正電荷發(fā)出，到負電荷終止，電場線不閉合。感應(yīng)電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的。電場方向判斷正電荷受力的方向感生電流的方向（楞次定律）電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場應(yīng)用實例：電子感應(yīng)加速器

它的柱形電磁鐵在兩極間產(chǎn)生磁場。在磁場中安置一個環(huán)形真空管道作為電子運行的軌道。當(dāng)磁場發(fā)生變化時，就會沿管道方向產(chǎn)生感生電場。射入其中的電子就受到感生電場的持續(xù)作用而不斷加速。應(yīng)用實例：電子感應(yīng)加速器思考：當(dāng)電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一致時，電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子沿圖示方向加速運動？（俯視圖）穿過真空室內(nèi)磁場的方向？由圖知電子沿什么方向運動？要使電子沿此方向加速，感生電場的方向如何？豎直向上逆時針順時針原磁場在增強，即電流在增大。原磁場如何變化？電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場感應(yīng)電流順時針假設(shè)有閉合導(dǎo)體存在，感應(yīng)電流的方向如何？由感應(yīng)電流引起的磁場方向如何？向下『判一判』(1)如果空間不存在閉合電路，變化的磁場周圍不會產(chǎn)生感生電場。 (

)(2)處于變化磁場中的導(dǎo)體，其內(nèi)部自由電荷定向移動，是由于受到感生電場的作用。 (

)(3)感生電場就是感應(yīng)電動勢。 (

)(4)動生電動勢(切割磁感線產(chǎn)生的電動勢)產(chǎn)生的原因是導(dǎo)體內(nèi)部的自由電荷受到洛倫茲力的作用。 (

)(5)產(chǎn)生動生電動勢時，洛倫茲力對自由電荷做了功。 (

)×

√×

√×

【課堂訓(xùn)練】1.關(guān)于感生電場，下列說法正確的是（）A.感生電場產(chǎn)生的原因是變化的磁場B.產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力是洛倫茲力C.感生電場產(chǎn)生的原因是變化的電場D.產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力是電場力AD2.現(xiàn)代科學(xué)研究中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的設(shè)備。如圖所示，圖甲為側(cè)視圖，上、下為電磁體的兩個磁極；圖乙為磁極之間真空室的俯視圖。若從上往下看電子在真空室中沿逆時針方向做圓周運動，改變電磁體線圈中電流的大小可使電子加速。則下列判斷正確的是A.真空室中產(chǎn)生的感生電場沿逆時針方向B.通入電磁體線圈的電流在增強C.電子在軌道中加速的驅(qū)動力是洛倫茲力D.電子在軌道中做圓周運動的向心力是由靜電力提供的√BE

前面我們講過，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當(dāng)磁場變化時，導(dǎo)體中的自由電子就會在感生電場的作用下定向移動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流。二.渦流思考：如果環(huán)不斷增粗直到變成一圓盤又會發(fā)生什么現(xiàn)象?變成方盤呢？

如果導(dǎo)體用整塊鐵代替，如圖所示，電流變化時，鐵塊中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀如何？（閱讀P33面相關(guān)內(nèi)容）

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當(dāng)磁場變化時，導(dǎo)體中的自由電子就會在感生電場的作用下定向移動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流是像水中旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流，簡稱渦流。1.渦流的產(chǎn)生：

一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流。思考：渦流產(chǎn)生原因？變化的電流產(chǎn)生變化的磁場閉合導(dǎo)體形成渦流電流磁效應(yīng)根據(jù)麥克斯韋電磁場理論電場對導(dǎo)體內(nèi)自由電荷有力的作用（非靜電力）激發(fā)感生電場空間存在渦流（1）渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律。（2）渦流像其他電流一樣通過導(dǎo)體也會產(chǎn)生熱量。即金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量。如果金屬的電阻率小，則渦流很強，產(chǎn)生的熱量也很多。2.渦流的特點：渦流3.應(yīng)用：（1）渦流的熱效應(yīng)應(yīng)用；（2）渦流的磁效應(yīng)應(yīng)用。3、應(yīng)用:1、渦流的熱效應(yīng)：真空冶煉爐

冶煉金屬的高頻感應(yīng)電爐就是利用高頻交流電，通過線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。抽真空2、渦流的熱效應(yīng)：電磁爐

電磁爐的臺面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，

①當(dāng)通上交替變化極快的交流電時，

②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)生強渦流，

③當(dāng)渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。3、應(yīng)用:IBBI’I’IBBI’I’2、渦流的熱效應(yīng)：電磁爐3、應(yīng)用:AC電阻率低具鐵磁性電磁爐熱效率高達90%，爐面無明火，無煙無廢氣，電磁“火力”強勁，安全可靠．如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是(

)A．當(dāng)恒定電流通過線圈時，會產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場越強，電磁爐加熱效果越好B．電磁爐通電線圈加交流電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱工作C．電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導(dǎo)熱性能較差D．在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐不能起到加熱作用【解析】電磁爐就是采用渦流感應(yīng)加熱原理，其內(nèi)部通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置于爐面時，鍋具即切割交變磁感線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運動，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，用來加熱和烹飪食物，從而達到煮食的目的，A錯誤，B正確．電磁爐工作時需要在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋不屬于金屬導(dǎo)體，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，C錯誤．由于線圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用電流的熱效應(yīng)起到加熱作用，D錯誤．B3、渦流的磁效應(yīng)：探雷器3、應(yīng)用:報警器變化電流變化電流渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。（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。4.危害與防止：問題：為什么鋁片通過磁鐵時速度會減??？1.分析圖中線圈中感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向，并研究安培力對線圈的運動有何影響?v三、電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力總是阻礙導(dǎo)體的運動。三、電磁阻尼：1.電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，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)體的運動2.應(yīng)用：①磁電式儀表、②電氣機車的電磁制動、③阻尼擺等。問題：微安表的表頭在運輸時為何把兩個接線柱連在一起？③使指針迅速停止擺動，保護游絲，指針。應(yīng)用:磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等（1）內(nèi)部有磁體，有線圈。（2）①把接線柱連在一起，組成閉合回路，線圈在擺動的時候就產(chǎn)生感應(yīng)電流，②這個感應(yīng)電流可以阻礙線圈的擺動，拓展學(xué)習(xí)：電磁阻尼擺鋁管中電磁阻尼觀察鋁框的運動如圖所示，一個鋁框放在蹄形磁體的兩個磁極間，可以繞支點自由轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動磁體，觀察鋁框的運動。怎樣解釋鋁框的運動？演示實驗：四、電磁驅(qū)動(1)概念：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)體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動。（2）應(yīng)用：交流感應(yīng)電動機、電能表、汽車上用的電磁式速度表等。2.①當(dāng)磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，②感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用而運動起來的現(xiàn)象。③線圈轉(zhuǎn)動與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。3.交流感應(yīng)電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。連接到三相電源時能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場一種交流感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)電磁驅(qū)動演示儀五、電磁阻尼與電磁驅(qū)動的區(qū)別與聯(lián)系電磁阻尼電磁驅(qū)動區(qū)別安培力方向本質(zhì)聯(lián)系導(dǎo)體相對磁場運動安培力方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動磁場相對于導(dǎo)體運動導(dǎo)體受安培力方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動都屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，安培力的作用效果是阻礙導(dǎo)體與磁場間發(fā)生相對運動產(chǎn)生電流的原因思考與討論(1)如圖甲所示，將兩磁體在同一高度釋放，下方放有閉合線圈的磁體很快停止振動，而下方不放閉合線圈的磁體能振動較長時間，如何解釋這個現(xiàn)象？答案圖甲中下方放有閉合線圈的磁體振動時除了受空氣阻力外，還受到線圈的磁場阻力，所以很快停下來。(2)如圖乙所示，當(dāng)順時針或逆時針轉(zhuǎn)動蹄形磁體時線圈怎樣轉(zhuǎn)動？使線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什么？答案當(dāng)蹄形磁體順時針轉(zhuǎn)動時，線圈也順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)蹄形磁體逆時針轉(zhuǎn)動時，線圈也逆時針轉(zhuǎn)動。線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來。

某同學(xué)搬運如圖所示的磁電式電流表時，發(fā)現(xiàn)表針晃動劇烈且不易停止。按照老師建議，該同學(xué)在兩接線柱間接一根導(dǎo)線后再次搬運，發(fā)現(xiàn)表針晃動明顯減弱且能很快停止。下列說法正確的是A.未接導(dǎo)線時，表針晃動過程中表內(nèi)線圈不產(chǎn)生感應(yīng)

電動勢B.未接導(dǎo)線時，表針晃動劇烈是因為表內(nèi)線圈受到安

培力的作用C.接上導(dǎo)線后，表針晃動過程中表內(nèi)線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢D.接上導(dǎo)線后，表針晃動減弱是因為表內(nèi)線圈受到安培力的作用√

如圖所示，蹄形磁體和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動。從上向下看，當(dāng)蹄形磁體逆時針轉(zhuǎn)動時A.線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁體相同B.線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁體小C.線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁體大D.線圈靜止不動√課堂小結(jié)1.感生電場：變化的