電磁阻尼和電磁驅(qū)動課件

4.7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1一、渦流如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時間內(nèi)，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(dǎo)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)生了感生電動勢，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，這個線圈附近的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流。一、渦流如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時間2渦流的應(yīng)用（1）真空冶煉爐：交流電的頻率越高，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。

速度快，溫度易控制，整個過程在真空中進行，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。渦流的應(yīng)用（1）真空冶煉爐：速度快，溫度易控制，整3渦流的應(yīng)用高頻焊接（2）高頻焊接機：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。渦流的應(yīng)用高頻焊接（2）高頻焊接機：由于焊接縫處接觸電阻很4渦流的應(yīng)用（3）電磁爐：利用電磁感應(yīng)中的渦流的熱效應(yīng)來燒菜做飯渦流的應(yīng)用（3）電磁爐：5渦流的應(yīng)用金屬探測器（4）探雷器：長柄線圈中，通有變化的電流，在其周圍就產(chǎn)生變化的磁場，埋在地下的金屬物品，由于電磁感應(yīng)而形成渦流，渦流的磁場反過來又作用于線圈，使儀器報警。渦流的應(yīng)用金屬探測器（4）探雷器：6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7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,并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。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8變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施減小渦流熱效應(yīng)：（1）化整為零（2）電阻率大變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施減小渦流熱效應(yīng)：（1）化整為9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(dāng)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。演示實驗1如圖，把銅片懸掛在電磁鐵的兩極間，形成一個擺。在電磁10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

鋁框產(chǎn)生渦流，通過磁場對這個渦流的作用力阻礙它們的擺動，使指針能很快地指到示數(shù)的位置上。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11二、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。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12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，怎樣解釋這種差別？演示實驗2取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對13演示實驗3如圖所示，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？演示實驗3如圖所示，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起14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接觸，當(dāng)使磁鐵旋轉(zhuǎn)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。在這里，渦流的機械效應(yīng)表現(xiàn)為電磁驅(qū)動。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15三、電磁驅(qū)動2、應(yīng)用：

交流感應(yīng)電動機，家用電度表，車內(nèi)的速度計等。1、電磁驅(qū)動：磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，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)體跟著磁場轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動。三、電磁驅(qū)動2、應(yīng)用：1、電磁驅(qū)動：16

例1、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(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是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為焊縫處的電阻小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例1、如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變17

例2、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，不計摩擦，則A．若是勻強磁場，環(huán)上升的高度小于hB．若是勻強磁場，環(huán)上升的高度大于hC．若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度等于hD．若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度小于h

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(yīng)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，上升的高度等于h。若是非勻強磁場，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(zhuǎn)化，所以環(huán)上升的高度小于h。因此答案D正確。例2、如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為h的曲面滾下，沿曲面的18

例3、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，則小球的材料可能是A．鐵B．木C．銅D．鋁例3、如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小19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．若不計空氣阻力，則()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20【解析】如圖4－7－3所示，當(dāng)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4－7－3【解析】如圖4－7－3所示，當(dāng)金屬球從1位置開始下落，進入211.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1.如圖4－7－4所示，A、B為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，22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】本題為電磁驅(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．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232.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(dāng)蹄形磁體逆時針(從上往下看)轉(zhuǎn)動時，有關(guān)線圈的運動下列說法正確的是()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?。?.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24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25【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．【答案】D263.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，若最終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．3.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27答案：見解析答案：見解析284.7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29一、渦流如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時間內(nèi)，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(dǎo)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)生了感生電動勢，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，這個線圈附近的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流。一、渦流如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時間30渦流的應(yīng)用（1）真空冶煉爐：交流電的頻率越高，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。

速度快，溫度易控制，整個過程在真空中進行，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。渦流的應(yīng)用（1）真空冶煉爐：速度快，溫度易控制，整31渦流的應(yīng)用高頻焊接（2）高頻焊接機：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。渦流的應(yīng)用高頻焊接（2）高頻焊接機：由于焊接縫處接觸電阻很32渦流的應(yīng)用（3）電磁爐：利用電磁感應(yīng)中的渦流的熱效應(yīng)來燒菜做飯渦流的應(yīng)用（3）電磁爐：33渦流的應(yīng)用金屬探測器（4）探雷器：長柄線圈中，通有變化的電流，在其周圍就產(chǎn)生變化的磁場，埋在地下的金屬物品，由于電磁感應(yīng)而形成渦流，渦流的磁場反過來又作用于線圈，使儀器報警。渦流的應(yīng)用金屬探測器（4）探雷器：34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35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,并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行。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36變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施減小渦流熱效應(yīng)：（1）化整為零（2）電阻率大變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施減小渦流熱效應(yīng)：（1）化整為37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(dāng)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。演示實驗1如圖，把銅片懸掛在電磁鐵的兩極間，形成一個擺。在電磁38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

鋁框產(chǎn)生渦流，通過磁場對這個渦流的作用力阻礙它們的擺動，使指針能很快地指到示數(shù)的位置上。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39二、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。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40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，怎樣解釋這種差別？演示實驗2取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對41演示實驗3如圖所示，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？演示實驗3如圖所示，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起42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接觸，當(dāng)使磁鐵旋轉(zhuǎn)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。在這里，渦流的機械效應(yīng)表現(xiàn)為電磁驅(qū)動。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43三、電磁驅(qū)動2、應(yīng)用：

交流感應(yīng)電動機，家用電度表，車內(nèi)的速度計等。1、電磁驅(qū)動：磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，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)體跟著磁場轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動。三、電磁驅(qū)動2、應(yīng)用：1、電磁驅(qū)動：44

例1、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(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是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為焊縫處的電阻小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例1、如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變45

例2、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，不計摩擦，則A．若是勻強磁場，環(huán)上升的高度小于hB．若是勻強磁場，環(huán)上升的高度大于hC．若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度等于hD．若是非勻強磁場，環(huán)上升的高度小于h

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(yīng)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，上升的高度等于h。若是非勻強磁場，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(zhuǎn)化，所以環(huán)上升的高度小于h。因此答案D正確。例2、如圖所示，閉合金屬銅環(huán)從高為h的曲面滾下，沿曲面的46

例3、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，則小球的材料可能是A．鐵B．木C．銅D．鋁例3、如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小47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．若不計空氣阻力，則()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48【解析】如圖4－7－3所示，當(dāng)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4－7－3【解析】如圖4－7－3所示，當(dāng)金屬球從1位置開始下落，進入491.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1.如圖4－7－4所示，A、B為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，50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】本題為電磁驅(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．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512.如圖4－7－6所示