新人教版選修3-24.7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

思考與討論

電動(dòng)機(jī)和變壓器的工作原理都跟電磁感應(yīng)現(xiàn)象有關(guān)，內(nèi)部都有鐵芯結(jié)構(gòu)，為什么電動(dòng)機(jī)和變壓器等的鐵芯都不是整塊金屬，而是用許多相互絕緣的薄硅鋼片疊合而成？一、渦流(eddycurrent)1、定義：塊狀金屬在變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的自成閉合回路的感應(yīng)電流，叫渦電流，簡(jiǎn)稱渦流。2、如圖所示，絕緣導(dǎo)線繞在金屬塊上，當(dāng)通以交變電流時(shí)，磁通量不斷變化，將產(chǎn)生渦流，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。3、如圖所示，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。二、渦流的利用1、如圖所示的高頻感應(yīng)爐，利用渦流的熱效應(yīng)來熔化金屬。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)。2、高頻感應(yīng)爐優(yōu)點(diǎn)：

速度快，溫度易控制，整個(gè)過程在真空中進(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。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。二、渦流的利用二、渦流的利用

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)來燒菜做飯的。二、渦流的利用線圈

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)反過來又作用于線圈，使儀器報(bào)警。二、渦流的利用

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，來探測(cè)進(jìn)出人員身上攜帶的金屬物品。三、渦流的防止

變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯不采用整塊金屬，而是由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成，目的就是為了減弱鐵芯中由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的渦流的熱效應(yīng)，從而減少電能的損耗，同時(shí)避免破壞絕緣層，對(duì)電器起到了保護(hù)的作用。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，也是利用了鋁框中產(chǎn)生的渦流，從而通過磁場(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)器等四、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。思考與討論

用手晃動(dòng)微安表的表殼，發(fā)現(xiàn)指針來回振動(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。五、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

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動(dòng)圈式話筒

話筒就是利用電磁感應(yīng)，把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。磁帶錄音機(jī)

錄音：聲音使話筒中產(chǎn)生隨聲音變化原感應(yīng)電流——音頻電流，經(jīng)放大后，進(jìn)入錄音磁頭的線圈中，在磁頭的縫隙產(chǎn)生隨音頻電流變化的磁場(chǎng)，磁帶在緊貼磁頭縫隙運(yùn)動(dòng)，磁帶上的磁粉層被磁化，從而錄下聲音的磁信號(hào)。延時(shí)繼電器原理：合上S時(shí)，電流恒定，A中線圈磁極上端為N極，吸住銜鐵D，使D與觸頭C接通；當(dāng)S斷開時(shí)，電流減小，B線圈電磁感應(yīng)，阻礙電流減小，產(chǎn)生順時(shí)針電流，再吸住D一段時(shí)間后才使D與C斷開。電磁流量計(jì)圓管的正視圖左視圖1、流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過的液體的體積。2、原理：流動(dòng)液體切割磁感線，在ab兩端形成電勢(shì)差為Uab=Bdv可得流量Q為Q=πd2v/4即Q=πdUab/4B

超導(dǎo)材料由于它的抗磁性，已被應(yīng)用于磁懸浮高速列車。如圖是磁懸浮的原理，圖中P是圓柱形磁鐵，Q是用高溫超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)圓環(huán)，將Q水平放在磁鐵P上，它就能在磁力作用下懸浮在磁鐵P的上方空中。（1）在Q放入磁場(chǎng)過程中，Q中有無感應(yīng)電流？（2）根據(jù)題中提供的信息，Q的N極指向如何？（3）根據(jù)（2）的結(jié)論，Q中的電流方向如何？（4）穩(wěn)定后，感應(yīng)電流消失嗎？磁懸浮的原理NPQ

如果把永磁體圓片置于超導(dǎo)體上方，靠近超導(dǎo)體時(shí)，下方的超導(dǎo)體如同一塊和上方的永磁體同極相對(duì)的磁鐵一樣，使永磁體受到向上的斥力。當(dāng)斥力和重力平衡時(shí)，永磁體便懸浮在超導(dǎo)體上方某一高度不動(dòng)了。磁懸浮列車

與此相似，若在車輛底部安裝超導(dǎo)磁體，在軌道兩旁埋設(shè)一系列閉合鋁環(huán)，整個(gè)列車由埋在底下的線性同步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。運(yùn)行時(shí)，列車凌空浮起，使車與軌道間的摩擦減為零。2、到1979年，磁懸浮列車已經(jīng)創(chuàng)造517km/h的速度記錄，每小時(shí)的能耗僅為飛機(jī)的1/3。1