2017高中物理选修3-2第四章教学课件：4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动 共25张 精品
4．甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定 轴OO′旋转，当给以相同的初始角速度开 始转动后，由于阻力，经相同的时间后便 停止；若将环置于磁感应强度为B且大小 相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方 向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如 图所示，当甲、乙两环同时以相同的角速 度开始转动后，则下列判断正确的是
第4章 电磁感应
第7节 涡流、电磁阻尼和 电磁驱动
知识内 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
容 1.了解涡流产生的原因，知道涡 流的本质是感应电流
教学要 2．了解电磁阻尼和电磁驱动现象
求 3．了解涡流的应用和减小涡流危 害的方法 不要求解释电磁驱动和电磁阻尼
知识点一 涡流
1．定义：用整块金材料作铁芯绕制的
解析 乙环产生感应电流，机械能不断转 化为内能，而甲环不产生感应电流，故乙 环先停下来，选项B正确。 答案 B
名师点睛 部分同学在处理此题时误认为 金属最终停在O点，原因是没有认识到金 属块只在进出磁场时产生焦耳热，当金属 块整体在磁场中运动时，不产生涡流，所 以不损失机械能。
知识点二 电磁阻尼和电磁驱动
1．电磁阻尼
感应
(1)定义：当导体阻在碍磁场中运动时， 电 流会使导体受到安培力，安培力的方向总 是 导体的运动。
2．关于电磁驱动，下列说法正确的是 () A．磁场相对于导体转动时，导体中会产 生感应电流，感应电流使导体受到安培力 的作用，安培力使导体运动起来，这种作 用称为电磁驱动
B．在电磁驱动的过程中，通过安培力做 功使电能转化为导体的机械能
解析 根据电磁驱动的定义可知，选项A、 B、D正确；在电磁驱动中，主动部分与被 动部分的运动(或转动)方向相同，且被动 部分的速度(或角速度)较小，选项C错误。 答案 ABD
(2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指 针迅速停止，安便培力于读数。 2．电磁驱动
[要 点 精 讲] 要点1 电磁阻尼的产生原理和应用 (1)产生：闭合回路的部分导体在做切割磁 感线运动产生感应电流时，导体在磁场中 就要受到安培力的作用，根据楞次定律， 安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电
(2)应用举例：使用磁电式电表进行测量时， 总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地 稳定下来，以便读数。由于指针转轴的摩 擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及 指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳 定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合
【例2】 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
() 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
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的感应电流(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的 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
3．关于电磁阻尼，下列说法正确的是 () A．当导体在磁场中运动时，感应电流会 使导体受到安培力，安培力的方向总是阻 碍导体运动的现象称为电磁阻尼 B．磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理 使指针迅速停下来，从而便于读数
解析 根据电磁阻尼的定义知，选项A、B、 C正确；电磁阻尼现象实质上是电磁感应 现象，分析时不仅遵循楞次定律，同样也 遵循法拉第电磁感应定律，选项D错误。 答案 ABC
要点2 对电磁驱动原理的分析 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 始位置时，穿过线圈的磁通量为0，蹄形 磁铁一转动，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。线圈转动的方向与磁
【例 3】 如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴 OO′转动。
课堂自测 1．下列关于涡流的说法正确的是( ) A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都 是因为穿过导体的磁通量变化而产生的 B．涡流不是感应电流，而是一种有别于 感应电流的特殊电流
解析 涡流本质上是感应电流，是导体自 身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时 产生的，选项A正确，选项B错误；涡流不 仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应， 选项C错误；硅钢电阻率大，产生的涡流 较小，但仍能产生涡流，选项D错误。
A.mgb B.12mv2 C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋12mv2
解析 金属块进出磁场的过程由涡流产生，机械能转化为电能， 电能转化为内能，最终金属块只能在磁场内运动。由初状态到末 状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒。 初状态机械能 E1＝mgb＋12mv2 末状态机械能 E2＝mga 焦耳热 Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋12mv2 答案 D
变化
磁场
线铁圈芯，当线圈中通有 感应电流
的电流时，变化的电流会产生变化
的 ，变化的磁场穿过 ，整个铁芯
真空冶炼炉
会自成回路，产生
，这种电流看
探雷器
起来像水的旋涡，把这种电流叫做涡电流，
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。
电阻率
(1)途径一：增大铁硅芯钢片材料的
。
3．产生涡流时的能量转化：伴随着涡流 现象，其他形式的能转化成电能最终在金 属块中转化为内能。例如，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；如果是金属块进出磁场或
【例 1】光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物 线的方程为 y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁 场的上边界是 y＝a 的直线(如图中的虚线所示)。一个小金属块从 抛物线上 y＝b(b>a)处以速度 v 沿抛物线下滑，假设曲面足够长， 则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是 ( )
从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则
()
A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同
B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小
C．线圈转动时将产生交变电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是 abcda
解析 当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁 不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈 中产生交变电流，故选项C正确，选项D错 误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将 与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小 于磁铁转动的角速度。如果两者的角速度 相同，磁感线与线圈处于相对静止，线圈 不切割磁感线，无感应电流产生，故选项
(2)途径二：用互相绝缘的
叠成的
铁芯代表整块硅钢
[要 点 精 讲] 1．对涡流的理解： (1)本质：电磁感应现象。 (2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化， 并且金属块本身构成闭合回路。
(3)特点：整个导体回路的电阻一般很小， 感应电流很大。故金属块的发热功率很大。
2．产生涡流的两种情况： (1)块状金属放在变化的磁场中；
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人教版高中物理选修(3-2)第4章第10讲《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》ppt课件
如两者的角速度相同，线圈不切割磁感线，无感应电流产生
对点练习
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流的应用
1．如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待 焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量， 将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分发热很少，以下说法正 确的是( ) A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
⑤磁铁下落的速度逐渐增大，最后匀速运动．
A．只有②正确
B．只有①④正确
C．只有①⑤正确 D．只有③⑤正确
刚烧断细线时，磁铁只受重力，向下加速运动
铜管中产生感应电流，对磁铁的下落产生阻力 故磁铁速度增大，加速度减小
当阻力和重力相等时，磁铁加速度为零，速度达到最大
课堂讲义
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
三、对电磁驱动的理解
课堂讲义
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
例2 如图所示，一磁铁用细线悬挂，一个很长的
铜管固定在磁铁的正下方，开始时磁铁上端与铜
管上端相平．烧断细线，磁铁落入铜管的过程中，
下列说法正确的是( )
①磁铁下落的加速度先增大，后减小；
②磁铁下落的加速度恒定；
③磁铁下落的加速度一直减小最后为零
④磁铁下落的速度先增大后减小；
线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流 涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来
对点练习
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流的应用
3. 如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质圆形金属球以一定的初 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
人教版高中物理选修3-2 4.7涡流电磁阻尼和电磁驱动(20张PPT)
二：电磁阻尼
1、电磁阻尼现象：当导体在磁场中运
动时，感应电流会使导体受到安培力，
安培力的方向总是阻碍导体的运动，
这种现象称为电磁阻尼。
v
2、应用：磁电式电表中安装的使指
针很快地停下的铝框；电气机车内部
可使机车快速停下的电磁制动器等
例题2.(多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通 常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样
涡流的利用
探雷器的长柄线
圈中，通有变化的电流，
在其周围就产生变化的
磁场，埋在地下的金属
物品，由于电磁感应而
线圈
形成涡流，涡流的磁场
反过来又作用于线圈，
使仪器报警。
涡流的利用
机场、车站及重 要场所的安检门及工 作人员手上的探测器， 也是利用与探雷器类 似的电磁感应原理使 仪器报警，来探测进 出人员身上携带的金 属物品。
C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
思考与讨论 怎样减少涡流损耗？
交变电流
交变电流
整块铁芯
彼此绝缘的薄片
涡流的防止
变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是由 许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成，目 的就是为了减弱铁芯中由于电磁感应而产生的涡流的 热效应，从而减少电能的损耗，同时避免破坏绝.如图所示,闭合导线环和条形磁
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,在此过程中,
圆环将(
)A
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
人教版高中物理选修3-2课件4-7《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》精品课件
三、电磁驱动
1、电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应 电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。 线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。
2、应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。
电磁驱动
三、电磁驱动
3、电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
区别：①电磁阻尼是导体相对于磁场运动; ②电磁驱动是磁场相对于导体运动。
第四章 电磁感应
7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
温故知炉
一、涡流
1.涡流：当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近 的任何导体中都会产生感应电流——涡流.
（1）涡流是在整块金属内产生的感应电流。 （2）涡流的产生遵守法拉第电磁感应定律。
一、涡流
2.涡流的热效应：金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率
二、电磁阻尼
(2)、微安表的表头在运输时为何应该把两个接线柱连在一起？
构成闭合回路，防止指针摆动。
3
如图所示，磁电式仪表的线圈通常是 用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上， 这样做的目的是( )
A．防止涡流而设计的 B．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 线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流 涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来
小，则涡流很强，产生的热量也很多。
真空冶炼炉 线圈导线
交流电源
高频焊接
焊 接 处
待焊接元件
一、涡流
2.涡流的磁效应：涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报 警。
金属探测仪 探雷器
一、涡流
门框
金属块
线圈 安检门
报警电路
~ 交流电
一、涡流
人教版高二物理选修3-2第四章电磁感应第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件
2.电磁感应现象在生产、生活及科学研究中有着广泛的应用， 下列说法正确的是（ ） A.电磁炉利用变化的磁B场CD使食物中的水分子形成涡流来对食物 加热
B.当金属探测器在探测到金属时，会在金属内部产生涡流，涡 流的磁场反过来影响金属探测器中的电流，致使蜂鸣器发出蜂 鸣声
C.磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做是利用电磁阻尼让摆动 的指针快速停下来，微安表在运输时要把正负接线柱短接也 是利用电磁阻尼，防止指针摆动过大损坏
4.电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。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。 因此，我们要想
办法减小涡流。途径之一是增
大铁芯材料的电阻率，常用的
铁芯材料是硅钢，它的电阻率
比较大。另一个途径就是用互
相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
5.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 圈在地面扫过，线圈中有变化着的电流。如果地下埋着金属物 品，金属中会感应出涡流， 涡流的磁场反过来影响线圈中 的电流，使仪器报警。这种探 雷器可以用来探测金属壳的地 雷或有较大金属零件的地雷。 机场的安检门可以探测人身携带的金属物品，道理是一样的。
11.水平光滑的桌面内固定一足够长的直导线，并通入如下图 所示的恒定电流，两个相同的正方形线框abcd和efgh到导线 的距离相等，两个线框
间产生的电磁现象忽略不计，
现分别给两个线框竖直向下
和水平向右的速度v。
下列判断正确的是（ ACD） A.线框abcd做匀速直线运动，线框efgh做减速直线运动
C．铝管对桌面的压力大于铝管的重力
D．磁块动能的增加量小于于重力势能的减少量
10．两个完全相同的灵敏电流计A、B，按图所示的连接方式， 用导线连接起来，当把电流计A的指针向左边拨动的过程中， 电流计B的指针将（ ）
涡流、电磁阻尼和电磁驱动-ppt
涡流：随着能源转换和传输需求的增加，涡流效应在电气设备中的应用将更加广泛，同时涡流技术也将在节能减排、环保等领域发挥重要作用。
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感谢您的观看
涡流在磁场中受到的力与金属或导电材料的运动方向相反，从而产生阻碍运动的力，即电磁阻尼力。
电磁阻尼力的大小与磁场强度、金属或导电材料的性质、运动速度等因素有关。
当金属或导电材料在磁场中运动时，会产生感应电流，即涡流。
电磁阻尼的原理
电磁阻尼在许多领域都有应用，如机械工程、航空航天、交通运输等。
在航空航天领域，电磁阻尼技术可以用于控制飞行器的振动和噪声，提高飞行器的性能和安全性。
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
CATALOGUE
目录
涡流 电磁阻尼 电磁驱动 涡流、电磁阻尼和电磁驱动的比较
01
涡流
当导体在磁场中发生相对运动时，导体内部产生的感应电流。
涡流
涡流具有旋涡状的物理形态，其大小和方向随时间变化。
特点
涡流的定义
涡流的产生
产生条件
导体在磁场中作切割磁感线运动或导体中的磁通量发生变化。
利用涡流加热金属工件，可实现快速、均匀加热，提高生产效率和产品质量。
03
02
01
涡流的应用
02
电磁阻尼
电磁阻尼的定义
电磁阻尼是指利用磁场对金属或导电材料产生的作用力来减缓或阻止其运动的一种技术。
电磁阻尼器是一种利用电磁原理工作的阻尼器，它能够通过磁场对金属或导电材料的作用力来吸收或转化振动能量，从而达到减振降噪的目的。
电磁驱动具有结构简单、响应速度快、控制精度高等优点，因此在自动化、机器人、精密仪器等领域得到了广泛应用。
电磁驱动的定义
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涡流在磁场中受到的力与金属或导电材料的运动方向相反，从而产生阻碍运动的力，即电磁阻尼力。
电磁阻尼力的大小与磁场强度、金属或导电材料的性质、运动速度等因素有关。
当金属或导电材料在磁场中运动时，会产生感应电流，即涡流。
电磁阻尼的原理
电磁阻尼在许多领域都有应用，如机械工程、航空航天、交通运输等。
在航空航天领域，电磁阻尼技术可以用于控制飞行器的振动和噪声，提高飞行器的性能和安全性。
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
CATALOGUE
目录
涡流 电磁阻尼 电磁驱动 涡流、电磁阻尼和电磁驱动的比较
01
涡流
当导体在磁场中发生相对运动时，导体内部产生的感应电流。
涡流
涡流具有旋涡状的物理形态，其大小和方向随时间变化。
特点
涡流的定义
涡流的产生
产生条件
导体在磁场中作切割磁感线运动或导体中的磁通量发生变化。
利用涡流加热金属工件，可实现快速、均匀加热，提高生产效率和产品质量。
03
02
01
涡流的应用
02
电磁阻尼
电磁阻尼的定义
电磁阻尼是指利用磁场对金属或导电材料产生的作用力来减缓或阻止其运动的一种技术。
电磁阻尼器是一种利用电磁原理工作的阻尼器，它能够通过磁场对金属或导电材料的作用力来吸收或转化振动能量，从而达到减振降噪的目的。
电磁驱动具有结构简单、响应速度快、控制精度高等优点，因此在自动化、机器人、精密仪器等领域得到了广泛应用。
电磁驱动的定义
人教版高中物理选修(3-2)第四章 第7节《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》ppt课件
A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C．线圈转动时将产生交流电 D．线圈转动时感应电流的方向始终是 abcda
[思路探究] (1)线圈转动方向及感应电流方向的判定需用楞次定律。 (2)线圈的转速与磁铁的转速的关系。
[解析] 当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切 割磁感线，线圈中产生交流电，故 C 正确，D 错误；由楞次定律的推广含 义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角 速度，如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止，线圈不切 割磁感线，无感应电流产生，A 错误，B 正确。
[答案] BC
【总结提能】 (1)电磁阻尼是感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动， 而电磁驱动是感应电流受到的安培力对导体做正功，推动导体运动。 (2)在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向一致，被 动部分的速度(或角速度)较小。 (3)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，在这两种现象中可以运用 楞次定律分析导体的受力情况，运用力学知识和能量守恒定律分析导体的 运动情况和能量转化情况。
导体克服安培力做功，其 他形式能转化为电能，最
由于电磁感应，磁场能转化为电 能，通过安培力做功，电能转化
终转化为内能
为导体的机械能，而对外做功
相同点
两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍 引起感应电流的导体与磁场间的相对运动
[典例 2] [多选]如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴 OO′ 转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则( )
3．电磁驱动 (1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流，感应电 流使导体受到 安培力 的作用， 安培力 使导体 运动起来 。 (2)应用：交流感应电动机。
[思路探究] (1)线圈转动方向及感应电流方向的判定需用楞次定律。 (2)线圈的转速与磁铁的转速的关系。
[解析] 当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切 割磁感线，线圈中产生交流电，故 C 正确，D 错误；由楞次定律的推广含 义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角 速度，如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止，线圈不切 割磁感线，无感应电流产生，A 错误，B 正确。
[答案] BC
【总结提能】 (1)电磁阻尼是感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动， 而电磁驱动是感应电流受到的安培力对导体做正功，推动导体运动。 (2)在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向一致，被 动部分的速度(或角速度)较小。 (3)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，在这两种现象中可以运用 楞次定律分析导体的受力情况，运用力学知识和能量守恒定律分析导体的 运动情况和能量转化情况。
导体克服安培力做功，其 他形式能转化为电能，最
由于电磁感应，磁场能转化为电 能，通过安培力做功，电能转化
终转化为内能
为导体的机械能，而对外做功
相同点
两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍 引起感应电流的导体与磁场间的相对运动
[典例 2] [多选]如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴 OO′ 转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则( )
3．电磁驱动 (1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流，感应电 流使导体受到 安培力 的作用， 安培力 使导体 运动起来 。 (2)应用：交流感应电动机。