選修3-2的4.7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動

1、第七節(jié)第七節(jié)渦流渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動電磁阻尼和電磁驅(qū)動復(fù)習回顧復(fù)習回顧: “: “互感互感”和和“自感自感”互感和自感是兩種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象互感和自感是兩種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象, ,現(xiàn)在學現(xiàn)在學習另一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象習另一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象渦流渦流. .渦流在實渦流在實際生活中有許多應(yīng)用，如：發(fā)電機、電動機和變際生活中有許多應(yīng)用，如：發(fā)電機、電動機和變壓器等。當然渦流也有利和弊兩個方面，我們?nèi)鐗浩鞯?。當然渦流也有利和弊兩個方面，我們?nèi)绾稳ゼ右岳?？如何去防止呢何去加以利用？如何去防止? ?一、渦流：一、渦流：用整塊金屬材料做鐵芯繞制的線圈，當線圈中通用整塊金屬材料做鐵芯繞制的線圈，

2、當線圈中通有變化的電流時，變化的電流會產(chǎn)生變化的磁場，有變化的電流時，變化的電流會產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場穿過鐵芯，整個鐵芯會自成回路，產(chǎn)變化的磁場穿過鐵芯，整個鐵芯會自成回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流看起來像水中的旋渦，我生感應(yīng)電流，這種電流看起來像水中的旋渦，我們就把這種電流叫做們就把這種電流叫做渦電流渦電流，簡稱渦流，簡稱渦流這個線圈附近的任何導(dǎo)體都會產(chǎn)生感應(yīng)電流這個線圈附近的任何導(dǎo)體都會產(chǎn)生感應(yīng)電流渦流是在渦流是在整塊金屬整塊金屬內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的感應(yīng)電流渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守法拉磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守法拉第電磁感應(yīng)定律第電磁感應(yīng)定律1 1

3、渦流產(chǎn)生的條件：渦流產(chǎn)生的條件：渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，渦流產(chǎn)生的條件是渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，渦流產(chǎn)生的條件是穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路可自行構(gòu)成閉合回路同時因為整個導(dǎo)體回路的同時因為整個導(dǎo)體回路的電阻一般很小，所以感應(yīng)電流很大，就像水中的電阻一般很小，所以感應(yīng)電流很大，就像水中的旋渦旋渦2 2可以產(chǎn)生渦流的兩種情況：可以產(chǎn)生渦流的兩種情況：(1)(1)把塊狀金屬放在變化的磁場中把塊狀金屬放在變化的磁場中(2)(2)讓塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動讓塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動3 3能量轉(zhuǎn)化：能量轉(zhuǎn)

4、化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，最伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能如果金屬塊放在變化的磁場中，則如果金屬塊放在變化的磁場中，則磁場能磁場能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為為電能電能，最終轉(zhuǎn)化為，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功則由于克服安培力做功, ,金屬塊的金屬塊的機械能機械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能電能，最終轉(zhuǎn)化為，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能(1)(1)真空冶煉爐真空冶煉爐 (2)(2)電磁爐的工作原理電磁爐的工作原理電磁爐的臺面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當電磁爐的臺面下

5、布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，之間產(chǎn)生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，使鍋底產(chǎn)生強渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟就放出大量的熱量，將飯菜煮熟(2)(2)金屬探測器、探雷器、安檢門等金屬探測器、探雷器、安檢門等金屬探測器金屬探測器探雷器探雷器5.5.渦流的危害：渦流的危害： 發(fā)熱發(fā)熱浪費能量浪費能量減少渦流的方法：增大回路的電阻減少渦流的方法：增大回路的電阻. .變壓器、電機的鐵芯都不是整塊金屬，而

6、是由變壓器、電機的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成的，以減少渦流和電能的損耗，同時避免破壞絕的，以減少渦流和電能的損耗，同時避免破壞絕緣層緣層二、電磁驅(qū)動與電磁阻尼二、電磁驅(qū)動與電磁阻尼: :當蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量就發(fā)生變當蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量就發(fā)生變化，例如線圈處于如圖所示的初始狀態(tài)時，穿過化，例如線圈處于如圖所示的初始狀態(tài)時，穿過線圈的磁通量為零，當蹄形磁體轉(zhuǎn)動時，穿過線線圈的磁通量為零，當蹄形磁體轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此時線圈圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此

7、時線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會跟著一起轉(zhuǎn)動起來而線圈會跟著一起轉(zhuǎn)動起來1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導(dǎo)體導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對運動的現(xiàn)象。力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對運動的現(xiàn)象。 應(yīng)用應(yīng)用: :磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等擺等. .磁場磁場相對于導(dǎo)體運動相對于導(dǎo)體運動, ,在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流, ,感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用, ,安培力使導(dǎo)安培力使

8、導(dǎo)體運動起來體運動起來2.2.電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動: :1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導(dǎo)體導(dǎo)體在磁場中運動時，在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力而總是要阻礙導(dǎo)體培力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對運動的現(xiàn)象的相對運動的現(xiàn)象磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能電能，再轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的，再轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能機械能導(dǎo)體的導(dǎo)體的機械能機械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能，電能，再轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的再轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能內(nèi)能交流感應(yīng)電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的交流感應(yīng)電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的3.從從動力學動力學的觀點來看的觀點來看線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到的安培力是使線圈轉(zhuǎn)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到的安培力是使線圈轉(zhuǎn)

9、動起來的動力，對線圈而言是動起來的動力，對線圈而言是電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動；而線圈；而線圈對磁鐵的作用力對磁鐵的轉(zhuǎn)動起阻礙作用，對磁對磁鐵的作用力對磁鐵的轉(zhuǎn)動起阻礙作用，對磁鐵而言是鐵而言是電磁阻尼電磁阻尼，因此電磁驅(qū)動和電磁阻尼是，因此電磁驅(qū)動和電磁阻尼是矛盾的兩個方面，不可分割矛盾的兩個方面，不可分割1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導(dǎo)體導(dǎo)體在磁場中運動在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對運動的而總是要阻礙導(dǎo)體的相對運動的現(xiàn)象現(xiàn)象 2.2.電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動: :磁場磁場相對于導(dǎo)體運相對于導(dǎo)體運動動, ,在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,

10、 ,感感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用, ,安培力使導(dǎo)體運動起來安培力使導(dǎo)體運動起來4.從從能量能量角度來看角度來看電磁阻尼電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為為電能電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動中由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，中由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，通過安培力做功，電能電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能而對轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能而對外做功外做功l44電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁阻尼電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動不不同同點點成因成因由于導(dǎo)體在磁場中運動而由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生

11、感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變由于磁場運動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力體受到安培力效果效果安培力的方向與導(dǎo)體運動安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙物體運動方向相反，阻礙物體運動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動動方向相同，推動導(dǎo)體運動能量能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能電

12、能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能，從而對轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能，從而對外做功外做功相同點相同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運動礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運動例：如圖所示，兩個相等的輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水例：如圖所示，兩個相等的輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上，當一條形磁鐵向左運動靠近兩平光滑絕緣桿上，當一條形磁鐵向左運動靠近兩環(huán)時，兩環(huán)的運動情況是環(huán)時，兩環(huán)的運動情況是( )( )A A同時向左運動，間距變大同時向左運動，間距變大B B同時向左運動，間距變小同時向左運動，間距變小

13、C C同時向右運動，間距變小同時向右運動，間距變小D D同時向右運動，間距變小同時向右運動，間距變小B B例：在水平放置的光滑導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個例：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)軌上的滑塊甲、乙、丙，使它們從導(dǎo)軌上的A A點以某一點以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運動初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運動情況是情況是( )( ) A. A.都做勻速運動都做勻速運動 B. B.甲做加速運動甲做加速運動 C. C.乙做勻速運動乙做勻速運動 D. D.丙做勻速運動

14、丙做勻速運動BD例：如圖所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于例：如圖所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于O O點，點，將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動過程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，中經(jīng)過有界的水平勻強磁場區(qū)域，A A、B B為該磁場為該磁場的豎直邊界若不計空氣阻力，則的豎直邊界若不計空氣阻力，則( () )A.A.金屬球向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度金屬球向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度B.B.在進入和離開磁場時，金屬球中均有感應(yīng)電流在進入和離開磁場時，金屬球中均有感應(yīng)電流C.C.金屬球進入磁場后離最低點越近速度越大，感金屬球進入磁場后離最低點越近

15、速度越大，感應(yīng)電流也越大應(yīng)電流也越大D.D.金屬球最終將靜止在平衡位置金屬球最終將靜止在平衡位置B B例：位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一例：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，如圖所示，在此過程中穿過，如圖所示，在此過程中( () )A A磁鐵做勻速直線運動磁鐵做勻速直線運動B B磁鐵做減速運動磁鐵做減速運動C C小車向右做加速運動小車向右做加速運動D D小車先加速后減速小車先加速后減速BCBC例：如圖所示，把一個閉合線框放在蹄形磁體例：如圖所示，把一個閉合線框放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體

16、可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，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，當蹄形磁體逆閉合線框也可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，當蹄形磁體逆時針時針( (從上往下看從上往下看) )轉(zhuǎn)動時，有關(guān)線圈的運動下轉(zhuǎn)動時，有關(guān)線圈的運動下列說法正確的是列說法正確的是( () )A A線圈將順時針方向轉(zhuǎn)動線圈將順時針方向轉(zhuǎn)動B B線圈仍保持靜止線圈仍保持靜止C C線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同D D線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小線圈將逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小D D例：如圖所示，例：如圖所示，A A、B B為大小、形狀為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料均相同且內(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，同時從兩個相同的磁性小球，同時從A A、B B管上端的管口無初速度釋放，穿過管上