第四章第7節(jié)渦流-電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

§4.7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)一、渦流

如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時(shí)間內(nèi)，若電流變大，則其磁場(chǎng)變強(qiáng)，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場(chǎng)激發(fā)出感生電場(chǎng)。導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場(chǎng)作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流。

當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)線圈附近的導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來(lái)很像水的旋渦，所以叫做渦流。渦流的應(yīng)用真空冶煉爐1、如圖所示的高頻感應(yīng)爐，利用渦流的熱效應(yīng)來(lái)熔化金屬。2、高頻感應(yīng)爐優(yōu)點(diǎn)：

速度快，溫度易控制，整個(gè)過(guò)程在真空中進(jìn)行，能避免有害雜質(zhì)混入被冶煉的金屬中，適于冶煉特種合金和特種鋼。交流電的頻率越高，金屬熔爐中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，金屬材料的電阻率越小，產(chǎn)生的渦流熱效應(yīng)就越強(qiáng)。渦流的應(yīng)用高頻焊接機(jī)原理：線圈中通以高頻電流，內(nèi)部焊接工件由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，頻率越高，產(chǎn)生的感應(yīng)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熔化，焊接在一起。應(yīng)用于焊接自行車車架。

生活中的電磁爐，也是利用電磁感應(yīng)中的渦流的熱效應(yīng)來(lái)燒菜做飯的。線圈

探雷器的長(zhǎng)柄線圈中，通有變化的電流，在其周圍就產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，埋在地下的金屬物品，由于電磁感應(yīng)而形成渦流，渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又作用于線圈，使儀器報(bào)警。

機(jī)場(chǎng)、車站及重要場(chǎng)所的安檢門及工作人員手上的探測(cè)器，也是利用與探雷器類似的電磁感應(yīng)原理使儀器報(bào)警，來(lái)探測(cè)進(jìn)出人員身上攜帶的金屬物品。交變電流交變電流怎樣減少渦流損耗？整塊鐵心彼此絕緣的薄片思考與討論由于金屬塊電阻小產(chǎn)生渦流很強(qiáng)，使鐵芯發(fā)熱浪費(fèi)電能。薄硅鋼片使渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，使電阻增大，減弱渦流，減小損失。且硅鋼片比普通鋼片電阻率大，其渦流損失只有普通鋼的1/5~1/4。變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施采用疊加起來(lái)的硅鋼片代替整塊鐵芯,并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。思考與討論為什么磁電式電表的線圈要用鋁框做骨架呢？繞有線圈的鋁框

電學(xué)測(cè)量?jī)x器要求指針的擺動(dòng)很快停下來(lái)，也是利用了鋁框中產(chǎn)生的渦流，從而通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)渦流的作用力阻礙它們的擺動(dòng)，使指針能很快地指到示數(shù)的位置上。2、應(yīng)用：磁電式電表中安裝的使指針很快地停下的鋁框；電氣機(jī)車內(nèi)部可使機(jī)車快速停下的電磁制動(dòng)器等二.電磁阻尼(eletromagneticdamping)1、電磁阻尼現(xiàn)象：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。

電磁阻尼，使金屬盤，磁鐵和金屬球快速停下，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能以熱的形式散發(fā)到周圍的空氣中。電磁感應(yīng)的其他一些應(yīng)用vv思考與討論

用手晃動(dòng)微安表的表殼，發(fā)現(xiàn)指針來(lái)回振動(dòng)后，會(huì)因超出刻度所標(biāo)的偏轉(zhuǎn)范圍而卡住，而在車輛長(zhǎng)途運(yùn)輸微安表時(shí)，都要用導(dǎo)線把微安表兩個(gè)接線柱連在一起，這又是為什么？

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(dòng)會(huì)產(chǎn)生搖擺，劇裂搖擺會(huì)使微安表造成指針打偏、降低靈敏度、或失靈等。故在運(yùn)輸中，用導(dǎo)線短路兩接線柱，使內(nèi)部表頭線圈閉合產(chǎn)生磁阻，大大降低因外界的搖擺、振動(dòng)對(duì)表頭的影響。實(shí)驗(yàn)演示三.電磁驅(qū)動(dòng)2、應(yīng)用：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，家用電度表，車內(nèi)的速度計(jì)等。1、電磁驅(qū)動(dòng)：磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力，安培力使導(dǎo)體跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動(dòng)。1、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B、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上C、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D、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層CD課堂練習(xí)2、在水平放置的光滑導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個(gè)條形磁鐵，如圖?，F(xiàn)有鐵、鋁和有機(jī)玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導(dǎo)軌上的A點(diǎn)以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運(yùn)動(dòng)情況是(

)A、都做勻速運(yùn)動(dòng)

B、甲做加速運(yùn)動(dòng)

C、乙做勻速運(yùn)動(dòng)

D、丙做勻速運(yùn)動(dòng)BD課堂練習(xí)注意：鐵磁化相吸，鋁電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，故鐵加速，鋁減速3、如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為h的曲面滾下，沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)閉合環(huán)初速度為零，不計(jì)摩擦，則

A．若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度小于hB．若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度大于hC．若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度等于hD．若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度小于h

解析：若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，閉合環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)也就受不到磁場(chǎng)力，所以環(huán)仍保持機(jī)械能守恒，上升的高度等于h。若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，閉合環(huán)的磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)受到磁場(chǎng)力作用去阻礙環(huán)與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使環(huán)損失一部分機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，所以環(huán)上升的高度小于h。因此答案D正確。4.如圖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(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過(guò)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(shuō)法正確的是

A．電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快

B．電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快

C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小

D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大1.如圖4－7－4所示，A、B為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度．兩個(gè)相同的磁性小球，同時(shí)從A、B管上端的管口無(wú)初速度釋放，穿過(guò)A管的小球比穿過(guò)B管的小球先落到地面．下面對(duì)于兩管的描述可能正確的是(

)變式訓(xùn)練圖4－7－4A．A管是用塑料制成的，B管是用銅制成的B．A管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的C．A管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的D．A管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個(gè)比螺線管長(zhǎng)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過(guò)，如圖4－7－5所示，在此過(guò)程中(

)類型二電磁驅(qū)動(dòng)的分析和應(yīng)用圖4－7－5A．磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)C．小車向右做加速運(yùn)動(dòng)D．小車先加速后減速【思路點(diǎn)撥】本題為電磁驅(qū)動(dòng)，可由楞次定律判斷作用力的方向，再由牛頓第二定律判斷運(yùn)動(dòng)情況．2.如圖4－7－6所示，把一個(gè)閉合線框放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)蹄形磁體逆時(shí)針(從上往下看)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有關(guān)線圈的運(yùn)動(dòng)下列說(shuō)法正確的是(

)變式訓(xùn)練圖4－7－6A．線圈將順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)B．線圈仍保持靜止C．線圈將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同D．線圈將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小解析：選D.根據(jù)電磁驅(qū)動(dòng)，磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流和受到安培力作用，這個(gè)安培力驅(qū)動(dòng)線圈運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的效果是阻礙它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁鐵相同，但轉(zhuǎn)速比磁鐵?。饣媾c豎直平面的交線是拋物線，如圖4－7－7所示，拋物線的方程是y＝x2，下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是y＝a的直線(圖中的虛線所示)，一個(gè)小金屬塊從拋物面上y＝b(b>a)處以速度v沿拋物面下滑，假設(shè)拋物面足夠長(zhǎng)，小金屬塊沿拋物面下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是(

)類型三電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題【答案】

D【點(diǎn)評(píng)】小金屬塊在進(jìn)出磁場(chǎng)的過(guò)程中，磁通量發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生渦流，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．但在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁通量不變，不產(chǎn)生渦流，機(jī)械能守恒．3.如圖4－7－8所示，光滑弧形軌道和一足夠長(zhǎng)的光滑水平軌道相連，水平軌道上方有一足夠長(zhǎng)的金屬