渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動

4.7渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動電磁感應(yīng)第四章選修3—21精選ppt☆．回憶與思考……

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論：

變化的磁場能在周圍空間激發(fā)電場，這種電場叫感生電場。BE

磁場變化產(chǎn)生感生電場，導(dǎo)體放在感生電場中，其中的自由電荷在感生電場力方向運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流的分布與感生電場線分布類似。

這樣的感應(yīng)電流，看起來就像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流。2精選ppt一、渦流〔eddycurrent〕

定義：塊狀金屬在變化的磁場中或在磁場中運動時，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，簡稱渦流。

渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律．金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量，如果金屬的電阻率小，那么渦流很強，產(chǎn)生的熱量也很多。3精選ppt渦流的利用真空冶煉爐

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)電動勢就越大，金屬材料的電阻率越小，產(chǎn)生的渦流熱效應(yīng)就越強。高頻感應(yīng)爐優(yōu)點：速度快，溫度易控制，整個過程在真空中進行，能防止有害雜質(zhì)混入被冶煉的金屬中，適于冶煉特種合金和特種鋼。4精選ppt渦流的利用高頻焊接

高頻焊接機原理：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。5精選ppt電磁灶采用了磁場感應(yīng)渦流的加熱原理。它利用陶瓷玻璃板下方的線圈產(chǎn)生交變磁場，這樣，鐵鍋的鍋底部就處在交變磁場中而產(chǎn)生環(huán)狀電流〔即渦流〕使鍋本身高速發(fā)熱，從而能將飯菜煮熟。渦流的應(yīng)用6精選ppt探雷器7精選ppt門框~交流電報警電路線圈安檢門8精選ppt☆．思考與討論……

電動機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)，為什么電動機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？電動機的鐵芯變壓器的鐵芯

電動機、變壓器的線圈都繞在鐵芯上．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．9精選ppt思考與討論

——怎樣減少渦流損耗？交變電流交變電流整塊鐵心彼此絕緣的薄片10精選ppt

變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施渦流的防止

硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。

變壓器、電動機的鐵芯不采用整塊金屬，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。11精選ppt思考與討論

一個單匝線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向。安培力對線圈的運動有什么影響？vIFA〔P27〕磁電式電流表使用鋁框做線圈骨架有什么好處？鋁框在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場對感應(yīng)電流作用力阻礙鋁框的轉(zhuǎn)動，指針隨著鋁框很快就穩(wěn)定地指在讀數(shù)位置上，到達能夠迅速讀出數(shù)據(jù)的功能。12精選ppt二、電磁阻尼

導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。

做一做：

取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況。用導(dǎo)線把靈敏電流計的兩個接線柱連在一起，再次晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況與上次有什么不同，怎樣解釋這種差異？13精選ppt思考如下圖，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵能振動較長時間才停下來。如果在磁鐵下端放一固定線圈，磁鐵會很快停下來。這種現(xiàn)象說明了什么？14精選ppt

如圖，把銅片懸掛在電磁鐵的兩極間，形成一個擺。在電磁鐵線圈未通電時，銅片可以自由擺動，要經(jīng)過較長時間才會停下來。一旦當電磁鐵通電之后，由于穿過運動導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化，銅片內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，銅片擺錘的擺動便受到阻力而迅速停止。15精選ppt三、電磁驅(qū)動

磁場相對于導(dǎo)體運動時，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，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動。

線圈轉(zhuǎn)動與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。

應(yīng)用：感應(yīng)電動機、電能表、汽車上用的電磁式速度表等。安培力對以地為參照物來說，是動力。但對相對磁體的運動來說，是阻力。16精選ppt◆電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動區(qū)別產(chǎn)生電流的原因由于導(dǎo)體在磁場中運動由于磁場相對于導(dǎo)體運動，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流安培力方向安培力方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(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)體運動聯(lián)系

都屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，安培力的作用效果都是阻礙導(dǎo)體與磁場間發(fā)生相對運動17精選ppt如圖4－7－2所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于O點，將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動過程中經(jīng)過有界的水平勻強磁場區(qū)域，A、B為該磁場的豎直邊界．假設(shè)不計空氣阻力，那么()類型一電磁阻尼的分析A．金屬球向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度B．在進入和離開磁場時，金屬球中均有感應(yīng)電流C．金屬球進入磁場后離平衡位置越近速度越大，感應(yīng)電流也越大D．金屬球最終將靜止在平衡位置18精選ppt【解析】如圖4－7－3所示，當金屬球從1位置開始下落，進入磁場時(即2和3位置)，由于金屬球內(nèi)磁通量發(fā)生變化，所以有感應(yīng)電流產(chǎn)生．同時，金屬球本身有內(nèi)阻，必然有能量的轉(zhuǎn)化，即有能量的損失．圖4－7－319精選ppt1.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．兩個相同的磁性小球，同時從A、B管上端的管口無初速度釋放，穿過A管的小球比穿過B管的小球先落到地面．下面對于兩管的描述可能正確的選項是()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20精選ppt位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖4－7－5所示，在此過程中(

)類型二電磁驅(qū)動的分析和應(yīng)用圖4－7－5A．磁鐵做勻速直線運動B．磁鐵做減速運動C．小車向右做加速運動D．小車先加速后減速【思路點撥】此題為電磁驅(qū)動，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動情況．21精選ppt2.如圖4－7－6所示，把一個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，閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，當蹄形磁體逆時針(從上往下看)轉(zhuǎn)動時，有關(guān)線圈的運動以下說法正確的選項是()變式訓(xùn)練圖4－7－6A．線圈將順時針方向轉(zhuǎn)動B．線圈仍保持靜止C．線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同D．線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小解析：選D.根據(jù)電磁驅(qū)動，磁鐵轉(zhuǎn)動，線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電流和受到安培力作用，這個安培力驅(qū)動線圈運動，其轉(zhuǎn)動的效果是阻礙它們的相對運動，因此線圈轉(zhuǎn)動方向與磁鐵相同，但轉(zhuǎn)速比磁鐵?。?2精選ppt光滑曲面與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，下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是y＝a的直線(圖中的虛線所示)，一個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，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)中的能量問題23精選ppt【答案】

D【點評】小金屬塊在進出磁場的過程中，磁通量發(fā)生變化，會產(chǎn)生渦流，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．但在勻強磁場中運動時，磁通量不變，不產(chǎn)生渦流，機械能守恒．24精選ppt3.如圖4－7－8所示，光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平軌道相連，水平軌道上方有一足夠長的金屬桿，桿上掛有一光滑螺旋管A.在弧形軌道上高為h的地方，無初速釋放一磁鐵B(可視為質(zhì)點)，B下滑至水平軌道時恰好沿螺旋管A的中心軸運動，設(shè)A、B的質(zhì)量分別為M、m，假設(shè)最終A、B速度分別為vA、vB.變式訓(xùn)練(1)螺旋管A將向哪個方向運動？(2)全過程中整個電路所消耗的電能．25精選ppt答案：見解析26精選ppt【習(xí)題1】：以下關(guān)于渦流的說法中正確的選項是〔〕A．渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B．渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C．渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)D．在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流【解析】：渦流本質(zhì)上是感應(yīng)電流，是自身構(gòu)成回路，在穿過導(dǎo)體的磁通量變化時產(chǎn)生的，所以A對B錯。渦流不僅有熱效應(yīng)，同其他電流一樣也有磁效應(yīng)，C錯。硅鋼電阻率大，產(chǎn)生的渦流較小，但仍能產(chǎn)生渦流，D錯。A27精選ppt【習(xí)題2】：電磁爐是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物．以下相關(guān)的說法中正確的選項是〔〕A．鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關(guān)B．電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作C．金屬或環(huán)保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物D．電磁爐的上外表一般都用金屬材料制成，以加快熱傳遞、減少熱損耗【解析】：渦流是高頻交流電產(chǎn)生的磁場引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)選項A正確B錯誤；電磁爐外表一般用絕緣材料制成，防止產(chǎn)生渦流，鍋體用金屬制成利用渦流加熱物體，應(yīng)選項CD錯誤．A題型一：關(guān)于渦流的利用和防止28精選ppt【變式2】：變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼，這是因為〔〕A．增大渦流，提高變壓器的效率B．減小渦流，提高變壓器的效率C．增大鐵芯中的電阻，以產(chǎn)生更多的熱量D．增大鐵芯中的電阻，以減少放出的熱量【解析】：不使用整塊硅鋼而采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻，來減少電能轉(zhuǎn)化成鐵芯的內(nèi)能，提高效率，是防止渦流而采取的措施.BD題型一：關(guān)于渦流的利用和防止29精選ppt題型二：電磁阻尼的分析【習(xí)題2】：如如下圖，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．兩個相同的磁性小球，同時從A、B管上端的管口無初速度釋放，穿過A管的小球比穿過B管的小球先落到地面．下面對于兩管的描述可能正確的選項是〔〕A．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AD30精選ppt

【解析】：選AD.

磁性小球穿過金屬圓管過程中，將圓管看做由許多金屬圓環(huán)組成，小球的磁場使每個圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，據(jù)楞次定律，該電流阻礙磁性小球的下落，小球向下運動的加速度小于重力加速度；小球在塑料、膠木等非金屬材料圓管中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，小球仍然做自由落體運動，穿過塑料、膠木圓管的時間比穿過金屬圓管的時間少．31精選ppt【變式訓(xùn)練1】：在水平放置的光滑導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個條形磁鐵，如圖?，F(xiàn)有鐵、鋁和有機玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導(dǎo)軌上的A點以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運動情況是〔〕A．都做勻速運動B．甲做加速運動C．乙做勻速運動D．丙做勻速運動鐵塊會被磁化，與磁鐵相互吸引

鋁塊不會被磁化，形成渦流，與磁鐵相互排斥BD32精選ppt【變式訓(xùn)練2】：〔2021·福州模擬〕甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO′旋轉(zhuǎn)，當它們以相同的角速度