1、2.3.1 涡流、电磁阻尼和电磁驱动涡流、电磁阻尼和电磁驱动问题思考问题思考1. 什么是感生电场，怎样产生感应电动势？2. 涡流是如何产生的？情境导入情境导入根据麦克斯韦电磁场理论，当如图所示的磁场变化时，导体中的自由电子就会在此电场力的作用下定向移动从而产生感应电流，这种感应电流是像旋涡一样的闭合的曲线，所以把它叫涡电流。BE新知探究新知探究 任务驱动在产生感生电动势的情况下,非静电力是怎么产生的? 提示:磁场变化时会在空间激发感生电场,非静电力就是感生电场对自由电荷的作用。(1)感生电动势:在磁场中_静止,由于_的变化,导体或导体回路中产生的_叫作_。一、电磁感应现象中的感生电场一、电磁感
2、应现象中的感生电场感生电动势导体或导体回路磁场强弱电动势汉武帝汉武帝(2)感生电场:定义:英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在周围空间激发一种电场,我们把这种电场叫作感生电场。特点:静电场静电场感生电场感生电场产生产生静止的电荷在它的周围产生静止的电荷在它的周围产生静电场静电场变化的磁场在空间激发感生变化的磁场在空间激发感生电场电场电场线电场线由正电荷出发到负电荷终止由正电荷出发到负电荷终止, ,电场线不闭合电场线不闭合是一种涡旋电场是一种涡旋电场, ,电场线闭电场线闭合合汉武帝汉武帝感应电流的产生:如果空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在感生电场力的作用下定向移动,从而产生感应电流,
3、或者说导体中产生感应电动势。如果没有闭合导体,就不会有感应电流,但是依然有感生电场。感生电场的方向也可以由_来判断。感应电流的方向与感生电场的方向_。楞次定律相同例例1.电磁炉采用感应电流(涡流)的加热原理,是通过电子线路产生交变磁场,把铁锅放在炉面上时,在铁锅底部产生交变的电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法中正确的是()A.电磁炉面板可采用陶瓷材料,发热部分为铁锅底部B.电磁炉面板可采用金属材料,通过面板发热加热锅内食品C.电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热D.可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率)AD解析：选A、D。电磁炉是利用电磁感应加热
4、原理制成的烹饪器具。由高频感应加热线圈(即励磁线圈)、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成。使用时,加热线圈中通入交变电流,线圈周围便产生一交变磁场,交变磁场的磁感线大部分通过金属锅体,在锅底中产生大量涡流,从而产生烹饪所需的热。所以电磁炉发热部分需要用铁锅底部,而不能用陶瓷材料;电磁炉面板如果用金属材料制成,使用时会发生电磁感应损失电能,故面板可采用陶瓷材料,锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关,故A、D正确,B、C错误。如图所示，闭合导线圆环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴OO自由转动，开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内若条形磁铁突然绕OO轴N极向纸里、S极向纸外转动，在此过
5、程中，圆环将()A产生逆时针方向的感应电流，圆环上端向里、下端向外随磁铁转动B产生顺时针方向的感应电流，圆环上端向外、下端向里转动C产生逆时针方向的感应电流，圆环并不转动D产生顺时针方向的感应电流，圆环并不转动长变式训练：变式训练：A解析：磁铁转动时，环中穿过环向里的磁通量增加，根据楞次定律，环中产生逆时针方向的感应电流磁铁转动时，为阻碍磁通量的变化，导线圆环与磁铁同向转动，所以选项A正确答案：A。理解电磁感应现象中的感生电场。技法点拨：技法点拨： 当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中可能会产生感应电流。实际上，这个线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体
6、内都会产生感应电流，如图2.3-2中的虚线所示。如果用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流（eddy current）。二、涡流二、涡流 金属块中的涡流会产生热量。用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（图 2.3-3），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。 变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。 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
7、应电流叫做涡流。实验1： 如图线圈接入220V交变电源，块状铁芯插入线圈中，让一名学生感知铁芯的变化。 现象：几分钟后学生感到铁芯变热。 解释：原来把块状的金属放在变化的磁场中或让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内自成闭合电路，很像水的漩涡，因此叫做涡电流，简称涡流。注意 （1）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）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。由于整块金属的电阻通常很小，故涡流常常很大。 （3）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。应用 （1）真空冶炼炉，高频焊接 冶炼金属的
8、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。抽真空 焊接原理： 线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起。 交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大.而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高焊接处放出的热量越多。生活中的物理：电磁灶的工作原理 电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大
9、的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，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。（2）探雷器 电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，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，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。探雷器例例2.如图所示,在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流,一段时间后,一个容器中水温升高,则通入的电流与水温升高的是()A.恒定直流、小铁锅B.恒定直流、玻璃杯C.变化的电流、小铁锅D.变化的电流、玻璃杯C解析：选C。通入恒定直流时,所产
10、生的磁场不变,不会产生感应电流,选项A、B错误;通入变化的电流,所产生的磁场发生变化,在空间产生感生电场,小铁锅是导体,感生电场在导体内产生涡流,电能转化为内能,使水温升高;涡流是由变化的磁场在导体内产生的,所以玻璃杯中的水不会升温,选项C正确,D错误。(多选)如图所示,在线圈正上方放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,几分钟后,杯中的水沸腾起来,t0时刻的电流方向已在图中标出,且此时电流正在增大,则下列关于把水烧开的过程中发生的电磁感应现象的说法正确的有()A.金属杯中产生涡流,涡流的热效应使水沸腾起来B.t0时刻,从上往下看,金属杯中的涡流沿顺时针方向C.t0时刻,从上往下看,金属杯中的
11、涡流沿逆时针方向D.断开电源,当线圈中没有电流时,金属杯中的涡流也会消失变式训练：变式训练：ACD解析:选A、C、D。由于交流电在线圈中产生变化的磁场,变化的磁场穿过金属杯可以在金属杯中产生变化的电场,从而产生涡流,使水沸腾,A正确;t0时刻电流从线圈的上端流入且电流正在增大,则穿过金属杯的磁场是向下增大的,所以根据楞次定律,感应电流的磁场方向一定是向上的,由安培定则可知,从上往下看,金属杯中的涡流沿逆时针方向,C正确,B错误;线圈中没有了变化的电流,就不会产生变化的磁场,金属杯中的涡流也会消失,D正确。 （1）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。 （
12、2）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。由于整块金属的电阻通常很小，故涡流常常很大。 （3）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。技法点拨：技法点拨：课堂小结课堂小结一、电磁感应现象中的感生电场 感生电动势:在磁场中导体或导体回路静止,由于磁场强弱的变化,导体或导体回路中产生的电动势叫作感生电动势。 英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在周围空间激发一种电场,我们把这种电场叫作感生电场。二、涡流 变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。 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。再见再见
