第四章第7節(jié)渦流__電磁阻尼和電磁驅動

1、一、渦流一、渦流 如圖所示，線圈接入反復變化的電流，某段時間內，若電流變大，如圖所示，線圈接入反復變化的電流，某段時間內，若電流變大，則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場激發(fā)出感生電場。導體則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場激發(fā)出感生電場。導體可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應電流。生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應電流。 當線圈中的電流發(fā)生變化時，這個線圈附近的導體中就當線圈中的電流發(fā)生變化時，這個線圈附近的導體中就會產(chǎn)生感應電流。這種電流看起來很像水

2、的旋渦，所以叫做會產(chǎn)生感應電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流渦流。 渦流的應用渦流的應用 真空冶煉爐真空冶煉爐渦流的應用渦流的應用 高頻焊接高頻焊接渦流的應用渦流的應用 電磁爐電磁爐渦流的應用渦流的應用 金屬探測器金屬探測器交變電流交變電流交變電流交變電流怎樣減少渦流損耗？怎樣減少渦流損耗？整塊鐵心整塊鐵心彼此絕緣的薄片彼此絕緣的薄片思考與討論思考與討論變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施采用疊加起來的硅鋼片代替整塊鐵芯采用疊加起來的硅鋼片代替整塊鐵芯, ,并使硅鋼片平面與磁感應線平行。并使硅鋼片平面與磁感應線平行。變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施變壓器

3、鐵芯中的渦流損耗及改善措施 如圖，把銅片懸掛在電磁鐵的兩極間，形成一個擺。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。時間才會停下來。 一旦當電磁鐵通電之后，由于穿過運動導體的磁通量一旦當電磁鐵通電之后，由于穿過運動導體的磁通量發(fā)生變化，銅片內將產(chǎn)生感應電流。根據(jù)楞次定律，銅片發(fā)生變化，銅片內將產(chǎn)生感應電流。根據(jù)楞次定律，銅片擺錘的擺動便受到阻力而迅速停止。擺錘的擺動便受到阻力而迅速停止。演示實驗演示實驗1二、電磁阻尼二、電磁阻尼 導體在磁場中運動時，感應電流使導體受到安導體在

4、磁場中運動時，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導體的運動，培力的作用，安培力的方向總是阻礙導體的運動，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼電磁阻尼。演示實驗演示實驗2 取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況。擺動的情況。 用導線把靈敏電流計的兩個接線柱連在一起，再次晃用導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，動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況與上次有什么不同，怎樣解釋這種差別？怎樣解釋這種差別？演示實驗演示實驗3 如圖所示，彈簧下端懸掛一根磁如圖所示，彈簧下端

5、懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，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？停下來。這種現(xiàn)象說明了什么？ 演示實驗演示實驗4 如圖所示，如果使一金屬圓盤緊靠磁鐵的兩極而不如圖所示，如果使一金屬圓盤緊靠磁鐵的兩極而不接觸，當使磁鐵旋轉起來，在圓盤中產(chǎn)生渦流將阻礙它接觸，當使磁鐵旋轉起來，在圓盤中產(chǎn)生渦流將阻礙它與磁鐵的相對運動，因而使得圓盤跟隨磁鐵運動起來。與磁鐵的相對運動，因而使得圓盤跟隨磁鐵運動起來。在這里，渦流的機械效應表現(xiàn)為在這里，渦流

6、的機械效應表現(xiàn)為電磁驅動電磁驅動。三、電磁驅動三、電磁驅動 磁場相對于導體運動時，感應電流使導體受到磁場相對于導體運動時，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種現(xiàn)象安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種現(xiàn)象稱為稱為電磁驅動電磁驅動。電磁驅動的應用電磁驅動的應用 交流感應電動機交流感應電動機 例例1 1、如圖所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻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，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，感應變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，感應電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融

7、化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是 A A電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快 B B電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快 C C工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小 D D工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大 例例2 2、如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為h h的曲面滾下，沿曲面的另一的

8、曲面滾下，沿曲面的另一側上升，設閉合環(huán)初速度為零，不計摩擦，則側上升，設閉合環(huán)初速度為零，不計摩擦，則 A A若是勻強磁場，環(huán)上升的高度小于若是勻強磁場，環(huán)上升的高度小于h h B B若是勻強磁場，環(huán)上升的高度大于若是勻強磁場，環(huán)上升的高度大于h h C C若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度等于若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度等于h h D D若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度小于若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度小于h h 解析：解析：若是勻強磁場，閉合環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，無感應電流若是勻強磁場，閉合環(huán)的磁通量不發(fā)生變化，無感應電流產(chǎn)生，環(huán)也就受不到磁場力，所以環(huán)仍保持機械能守恒，上升的高度產(chǎn)生，環(huán)也就受不到磁

9、場力，所以環(huán)仍保持機械能守恒，上升的高度等于等于h h。若是非勻強磁場，閉合環(huán)的磁通量發(fā)生變化，有感應電流產(chǎn)。若是非勻強磁場，閉合環(huán)的磁通量發(fā)生變化，有感應電流產(chǎn)生，環(huán)受到磁場力作用去阻礙環(huán)與磁場間的相對運動，使環(huán)損失一部生，環(huán)受到磁場力作用去阻礙環(huán)與磁場間的相對運動，使環(huán)損失一部分機械能向電能轉化，所以環(huán)上升的高度小于分機械能向電能轉化，所以環(huán)上升的高度小于h h。因此答案。因此答案D D正確。正確。 例例3 3、如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運動，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動，球以一定的初速度向磁鐵方向運動，

10、如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動，則小球的材料可能是則小球的材料可能是 A A鐵鐵 B B木木 C C銅銅 D D鋁鋁如圖如圖472所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于O點，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，界的水平勻強磁場區(qū)域，A、B為該磁場的豎直邊界若不為該磁場的豎直邊界若不計空氣阻力，則計空氣阻力，則()電磁阻尼的分析電磁阻尼的分析A金屬球向右穿過磁場后，還能擺至金屬球向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度原來的高度B在進入和離開磁場時，金屬球中均在進入和離開磁場時，金屬球中均有感應電流

11、有感應電流C金屬球進入磁場后離平衡位置越近金屬球進入磁場后離平衡位置越近速度越大，感應電流也越大速度越大，感應電流也越大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【解析】【解析】如圖如圖473所示，當金屬球從所示，當金屬球從1位置開始下落，進入磁場時位置開始下落，進入磁場時(即即2和和3位置位置)，由，由于金屬球內磁通量發(fā)生變化，所以有感應電流于金屬球內磁通量發(fā)生變化，所以有感應電流產(chǎn)生同時，金屬球本身有內阻，必然有能量產(chǎn)生同時，金屬球本身有內阻，必然有能量的轉化，即有能量的損失的轉化，即有能量的損失圖圖4731.如圖如圖474所示，所示，A、B為大小、為大小、形狀均相同且內壁光滑

12、，但用不同材料制形狀均相同且內壁光滑，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，同時從同的磁性小球，同時從A、B管上端的管口管上端的管口無初速度釋放，穿過無初速度釋放，穿過A管的小球比穿過管的小球比穿過B管管的小球先落到地面下面對于兩管的描述的小球先落到地面下面對于兩管的描述可能正確的是可能正確的是()圖圖474AA管是用塑料制成的，管是用塑料制成的，B管是用銅制成的管是用銅制成的BA管是用鋁制成的，管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的管是用膠木制成的CA管是用膠木制成的，管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的管是用塑料制成的DA管是用膠木制成

13、的，管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的管是用鋁制成的位于光滑水平面的小車上放置一螺線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，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖管的軸線水平穿過，如圖475所示，所示，在此過程中在此過程中()電磁驅動的分析和應用電磁驅動的分析和應用圖圖475A磁鐵做勻速直線運動磁鐵做勻速直線運動B磁鐵做減速運動磁鐵做減速運動C小車向右做加速運動小車向右做加速運動D小車先加速后減速小車先加速后減速【思路點撥】【思路點撥】本題為電磁驅動，可由楞本題為電磁驅動，可由楞次定律判斷作用力的方向，再由牛頓第二定律次定律判斷作用力的方向，再由

14、牛頓第二定律判斷運動情況判斷運動情況2.如圖如圖476所示，把一個閉合線所示，把一個閉合線框放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體框放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉動，閉合線框也可以繞豎可以繞豎直軸轉動，閉合線框也可以繞豎直軸轉動，當蹄形磁體逆時針直軸轉動，當蹄形磁體逆時針(從上往下從上往下看看)轉動時，有關線圈的運動下列說法正轉動時，有關線圈的運動下列說法正確的是確的是()圖圖476A線圈將順時針方向轉動線圈將順時針方向轉動B線圈仍保持靜止線圈仍保持靜止C線圈將逆時針方向轉動，轉速與磁鐵相同線圈將逆時針方向轉動，轉速與磁鐵相同D線圈將逆時針方向轉動，轉速比磁鐵小線圈將逆時針方向轉

15、動，轉速比磁鐵小解析：解析：選選D.根據(jù)電磁驅動，磁鐵轉動，線圈會根據(jù)電磁驅動，磁鐵轉動，線圈會產(chǎn)生感應電流和受到安培力作用，這個安培力驅動產(chǎn)生感應電流和受到安培力作用，這個安培力驅動線圈運動，其轉動的效果是阻礙它們的相對運動，線圈運動，其轉動的效果是阻礙它們的相對運動，因此線圈轉動方向與磁鐵相同，但轉速比磁鐵小因此線圈轉動方向與磁鐵相同，但轉速比磁鐵小光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖477所所示，拋物線的方程是示，拋物線的方程是yx2，下半部處在一個水平方向的勻強，下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是磁場中，磁場的上邊界是ya的直線的

16、直線(圖中的虛線所示圖中的虛線所示)，一，一個小金屬塊從拋物面上個小金屬塊從拋物面上yb(ba)處以速度處以速度v沿拋物面下滑，沿拋物面下滑，假設拋物面足夠長，小金屬塊沿拋物面下滑后產(chǎn)生的焦耳熱假設拋物面足夠長，小金屬塊沿拋物面下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是總量是()電磁感應中的能量問題電磁感應中的能量問題【答案】【答案】D【點評】【點評】小金屬塊在進出磁場的過程中，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，機械能轉化為磁通量發(fā)生變化，會產(chǎn)生渦流，機械能轉化為內能但在勻強磁場中運動時，磁通量不變，內能但在勻強磁場中運動時，磁通量不變，不產(chǎn)生渦流，機械能守恒不產(chǎn)生渦流，機械能守恒3.如圖如圖478所示，光滑弧形軌道和所示，光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平軌道相連，水平軌道一足夠長的光滑水平軌道相連，水平軌道上方有一足夠長