7 涡流电磁阻尼和电磁驱动.docx

1、7 涡流电磁阻尼和电磁驱动7涡流、电磁阻尼和电磁驱动学 习 目 标知 识 脉 络1.了解涡流的产生过程2了解涡流现象的利用和危害3通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用(重点)4了解电磁阻尼、电磁驱动(难点)涡流1概念：由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流2特点：整块金属的电阻率很小，涡流往往很强，产生的热量很多3应用(1)涡流热效应的应用：如真空冶炼炉(2)涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门4防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量、损坏电器(1)途径一：增大铁芯材料的电阻率(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯1涡流是

2、由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律()2通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流()3变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流()北京奥运会期间，观众入场前都要接受安全检查，如图471是一种手持式安全检查报警器，一靠近金属体，它就会发出报警声，这是为什么呢？图471【提示】在报警器内有一线圈，线圈中通有高频电流，因此线圈周围有着高频的变化磁场当报警器靠近金属体时，线圈的磁场在金属体中感应出涡电流，涡电流的产生，又影响原线圈中的高频电流，从而使相关的电子线路产生报警声探讨1：在哪些情况下可以产生涡流？【提示】把金属块放在变化的磁场中让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动探讨2：涡流发生时

3、，伴随着哪些能量发生转化？【提示】其他形式的能转化为电能，最终转化为内能1涡流产生的条件(1)穿过金属块的磁通量发生变化(2)金属块自身构成闭合回路(3)金属块的电阻较小2涡流现象中的能量分析(1)金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能，就会产生电热3涡流的利用与防止(1)利用电磁炉：金属块内产生涡流时将会产生电热，因此可以用涡流来加热物体电磁炉就是利用了这一原理真空冶炼：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入周期性变化的电流，炉内的金属中产生涡流涡流产

4、生的热量使金属熔化并达到很高的温度，利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金(2)防止：增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少1(多选)如图472所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有() 【导学号：05002062】图472A增加线圈的匝数B提高交流电源的频率C将金属杯换为瓷杯D取走线圈中的铁芯【

5、解析】考查涡流现象、影响感应电动势大小的因素及分析问题的能力增大线圈的匝数，可以增大通过金属杯的磁通量及磁通量的变化率，从而增大金属杯中产生感应电流的大小，增大加热功率，缩短加热时间，A正确；提高交流电的频率，最大磁通量不变，但交替变化快也能提高磁通量的变化率，产生更大的感应电流，达到缩短加热时间的目的，B正确；瓷杯是绝缘体，不能产生感应电流，不能加热，C错误；取走铁芯，金属杯中的磁通量变小，磁通量的变化率也变小，从而导致加热功率变小，加热时间加长，D错误【答案】AB2高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图473所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电

6、流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适用于冶炼特种金属该炉的加热原理是()图473A利用线圈中电流产生的焦耳热B利用线圈中电流产生的磁场C利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电【解析】交变电流产生的交变磁场在炉内金属截面上引起磁通量变化，使金属内部出现感应电流，因金属的电阻很小，所以感应电流很强它在金属内自成回路时，形成旋涡状的电流，即涡流涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高，金属熔化【答案】C3(多选)如图474所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频交变电流时，待焊接的金属工件中就产生感

7、应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是() 【导学号：05002063】图474A交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快B交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小D工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大【解析】交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大，而放出的热量与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高，焊缝处放出的热量越多；焊缝处与其他地方的电流大小一样，根据QI2Rt，工件上只

8、有焊缝处温度升得高，是因为焊缝处电阻很大，故A、D选项正确【答案】AD解决涡流问题要掌握以下三个方面的知识1涡流的产生条件及能量转化情况；2涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律；3磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大电磁阻尼和电磁驱动1电磁阻尼(1)概念：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体运动的现象(2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止摆动，便于读数2电磁驱动(1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来的现象(2)应用：

9、交流感应电动机1在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同()2在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能，最终转化为内能()3交流感应电动机利用了电磁阻尼的原理()电磁驱动现象中，导体在安培力作用下的运动速度总要比磁场的运动速度慢一些，原因是什么？【提示】如果导体速度和磁场速度一样，则两者相对速度为零，感应电流便不会产生，这时的电磁驱动作用就会消失，所以导体速度总要比磁场速度慢一些如图475所示，弹簧的上端固定，下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到一定高度后释放，磁铁能振动较长的时间才停下来图475探讨1：若在磁铁下端固定一个闭合的塑料线圈，使磁铁振动起来后，其振动时

10、间是否变化？【提示】由于塑料线圈是绝缘的，磁铁穿过圆环时不能产生感应电流，线圈对磁铁没有作用力，所以磁铁的振动时间不变探讨2：若在磁铁下端固定一个闭合的金属铜线圈，使磁铁振动起来后，其振动时间是否变化？【提示】在磁铁穿过金属铜线圈的过程中，其磁通量不断变化，在线圈中产生感应电流，线圈与磁铁之间产生安培力作用，安培力对磁铁的振动起阻碍作用，所以磁铁的振动时间缩短1电磁驱动和电磁阻尼的形成原因图476(1)当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化例如，线圈处于如图476所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，

11、以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来(2)从动力学的观点来看，线圈中产生的感应电流受到的安培力是使线圈转动起来的动力，对线圈而言是电磁驱动；而线圈对磁铁的作用力是对磁铁的转动起阻碍作用，对磁铁而言是电磁阻尼，因此电磁驱动和电磁阻尼是矛盾的两个方面，不可分割2电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力效果安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍物体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内

12、能由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，而对外做功相同点两者都是电磁感应现象，都遵守楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动.4(多选)如图477所示，是电表中的指针和电磁阻器，下列说法中正确的是()图477A2是磁铁，在1中产生涡流B1是磁铁，在2中产生涡流C该装置的作用是使指针能够转动D该装置的作用是使指针能很快地稳定【解析】当电表的指针摆动时，金属框1在蹄形磁铁2中同时转动，则1中产生感应电流即涡流，磁场对涡流产生安培力阻碍其间的相对运动，使指针很快稳定下来，故A、D正确【答案】AD5如图478所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈ab

13、cd，磁铁和线圈都可以绕OO轴转动，当磁铁按图示方向绕OO轴转动时，线圈的运动情况是() 【导学号：05002064】图478A俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同B俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同C线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速D线圈静止不动【解析】当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即线圈将与磁铁的转动方向相同，以阻碍磁通量的增加但转速一定小于磁铁的转速，如果两者转速相同，则线圈与磁铁处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生【答案】C6在水平面上放置两个完全相同的带中心轴的金属圆盘，它们彼此用导线把中心轴和对方圆盘的边缘相连接，组成

14、电路如图479所示，一匀强磁场穿过两圆盘垂直向外，若不计一切摩擦，当a盘在外力作用下做逆时针转动时，转盘b() 【导学号：05002065】图479A沿与a盘相同的方向转动B沿与a盘相反的方向转动C转动的角速度可能大于a盘的角速度D转动的角速度可能等于a盘的角速度【解析】如图所示，金属圆盘可看做由多根金属辐条组成，a盘在外力作用下逆时针转动时，圆盘切割磁感线，由右手定则判知，电动势方向为由O1A，在闭合电路中有方向为O1AO2BO1的感应电流，而对b盘，由左手定则和能的转化和守恒定律判知，b盘顺时针转动且其转动的角速度一定小于a盘的角速度，选项B正确【答案】B对电磁阻尼和电磁驱动的理解1电磁阻尼是感应电流所受的安培力对导体做负功，阻碍导体运动；而电磁驱动是感应电流所受的安培力对导体做正功，推动导体的运动2在两种情况下，安培力均是阻碍导体与磁场之间的相对运动3在电磁驱动中，主动部分的速度(或角速度)大于被动部分的速度(或角速度)4电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，均可以根据楞次定律和左手定则分析导体的受力情况