1、7涡流、电磁阻尼和电磁驱动杨伟勤杨伟勤学习目标1.知道涡流的产生原因及涡流的防止和应用知道涡流的产生原因及涡流的防止和应用.2.知道电磁阻尼和电磁驱动的原理和应用知道电磁阻尼和电磁驱动的原理和应用.一、涡流一、涡流BE金金属属片片 当磁场变化时，在磁场周围会产生感生电当磁场变化时，在磁场周围会产生感生电场，使导体中的自由电子定向移动产生感应电流，场，使导体中的自由电子定向移动产生感应电流，闭合的曲线像旋涡一样，我们把它叫闭合的曲线像旋涡一样，我们把它叫涡电流涡电流涡流涡流。一、涡流一、涡流1.涡流：当线圈中的电流随时间变化时涡流：当线圈中的电流随时间变化时,这个线这个线圈附近的圈附近的任何导体
2、任何导体中都会产生感应电流中都会产生感应电流涡涡流流.（1）涡流是在整块金属内产生的感应电流。）涡流是在整块金属内产生的感应电流。（2）涡流的产生遵守法拉第电磁感应定律。）涡流的产生遵守法拉第电磁感应定律。2.涡流的热效应：金属块中的涡流也要产生涡流的热效应：金属块中的涡流也要产生热量热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。也很多。真空冶炼炉真空冶炼炉高频焊接高频焊接电磁炉电磁炉一、涡流一、涡流3.涡流的磁效应：涡流的磁场反过来影响线圈中的涡流的磁效应：涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。电流，使仪器报警。探雷器探雷器金属探测
3、仪金属探测仪一、涡流一、涡流一、涡流一、涡流门框门框报警电路报警电路线圈线圈安检门安检门金属块金属块3.危害：线圈中流过变化的电流危害：线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡在铁芯中产生的涡流使铁芯发热流使铁芯发热,浪费了能量浪费了能量,还可能损坏电器。还可能损坏电器。4.防止（减少涡流的途径）：防止（减少涡流的途径）：增大铁芯材料的电阻率增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。常用的材料是硅钢。一、涡流一、涡流用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。钢铁芯。一、涡流一、涡流1.涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任涡流：当线圈中的电流随
4、时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生何导体中都会产生 ，电流在导体中组成闭，电流在导体中组成闭合回路，很像合回路，很像 ，所以把它叫做涡电流，所以把它叫做涡电流，简称涡流简称涡流.2.涡流大小的决定因素：磁场变化越涡流大小的决定因素：磁场变化越 (越越 )，导体，导体的横截面积的横截面积S越越 ，导体材料的电阻率越，导体材料的电阻率越 ，形成的涡流就越，形成的涡流就越大大.3.应用：应用：、安检门等、安检门等.4.防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用电阻率较大的硅钢做材料，而且用 叠成铁芯来代替整块硅钢铁
5、芯叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯.感应电流感应电流水中的旋涡水中的旋涡快快大大大大小小真空冶炼炉真空冶炼炉 探雷器探雷器相互绝缘的硅钢片相互绝缘的硅钢片涡流（小结）涡流（小结）涡流的理解、利用和防止1.产生涡流的两种情况产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中块状金属放在变化的磁场中.(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动.2.产生涡流时的能量转化产生涡流时的能量转化(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能转化为内能.(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，由于克服金属块进出磁场或在非
6、匀强磁场中运动，由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能为内能.二、电磁阻尼二、电磁阻尼1.电磁阻尼：当导体在磁场中运动时电磁阻尼：当导体在磁场中运动时,感应电流会感应电流会使导体受到安培力使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的安培力的方向总是阻碍导体的运动运动电磁阻尼电磁阻尼。2.应用应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等摆等.(1)为什么用铝框做线圈骨架？为什么用铝框做线圈骨架？(2)微安表的表头在运输时为何应该把两个接线柱微安表的表头在运输时为何应该把两个接线柱连在一起？连
7、在一起？构成闭合回路，防止指针摆动。构成闭合回路，防止指针摆动。二、电磁阻尼二、电磁阻尼1.闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到磁场力的作用，根据电流时，导体在磁场中就要受到磁场力的作用，根据楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动，于是产生电楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼磁阻尼.2.电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用电磁阻尼作用.电磁阻尼的理
8、解三、电磁驱动三、电磁驱动1.电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，在导体电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。力的作用而运动起来的现象。线圈转动与磁铁线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。同向，但转速小于磁铁，即同向异步。2.应用：应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。式速度表等。电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系：电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系：(1)电磁阻尼：当导体在电磁阻尼：当导体在 运动时，导体中产生的感运动时，导体中产生的感应
9、电流会使导体受到安培力，安培力总是应电流会使导体受到安培力，安培力总是 导体的运导体的运动，这种现象称为电磁阻尼动，这种现象称为电磁阻尼.(2)电磁驱动：若磁场相对导体转动，在导体中会产生感应电磁驱动：若磁场相对导体转动，在导体中会产生感应电流，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，这种作用常常称为电磁驱动运动起来，这种作用常常称为电磁驱动.(3)电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向 ，导体运动；电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方导体运动；电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向向 ，
10、导体运动导体运动.(4)电磁阻尼中克服电磁阻尼中克服 安培力安培力做功，其他形式的能转化为电做功，其他形式的能转化为电能，最终转化能，最终转化为内能；电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，为内能；电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过通过 安培力安培力做功，电能转化为导体的机械能而对外做功做功，电能转化为导体的机械能而对外做功.磁场中磁场中阻碍阻碍相反相反阻碍阻碍相同相同推动推动请你比请你比较：较：【试题】弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁【试题】弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁.将磁铁托起将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间
11、才停下来.如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它动时穿过它(如图如图2所示所示)，磁铁就会很快停下来，解释这，磁铁就会很快停下来，解释这个现象个现象.【试题】一个闭合线圈放在蹄形磁铁的【试题】一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动合线圈都可以绕轴转动.当蹄形磁铁顺时当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；磁铁逆时针转动时线圈也顺时针转动；磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动针转动时线圈也逆时针转动.变变化化.(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通蹄形磁铁转动
12、时，穿过线圈的磁通量是否变化？量是否变化？(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度什么关系？磁铁的转动速度什么关系？线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来圈转动起来.线圈的转速小于磁铁的转速线圈的转速小于磁铁的转速.【试题】【试题】(多选多选)如图所示，蹄形磁铁和如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴矩形线圈均可绕竖直轴OO转动转动.从上从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则向下看，当磁铁逆时针转动时，则A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同线圈将逆时
13、针转动，转速与磁铁相同B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小线圈将逆时针转动，转速比磁铁小C.线圈转动时将产生大小、方向周期性线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流变化的电流D.线圈转动时感应电流的方向始终是线圈转动时感应电流的方向始终是abcda【试题】【试题】(多选多选)如图所示，闭合金属环从光滑曲面上如图所示，闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则（为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则（）A.若是匀强磁场，环上升的高度小于若是匀强磁场，环上升的高度小于hB.若是匀强磁场，环上
14、升的高度等于若是匀强磁场，环上升的高度等于hC.若是非匀强磁场，环上升的高度等若是非匀强磁场，环上升的高度等于于hD.若是非匀强磁场，环上升的高度小若是非匀强磁场，环上升的高度小于于hA.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小电阻小D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大电阻大【试题】【试题】(多选多选)如图如图4所
15、示是高频焊接所示是高频焊接原理示意图原理示意图.线圈中通以高频变化的线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝产生生感应电流，感应电流通过焊缝产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（以下说法正确的是（）A.A管是用塑料制成的，管是用塑料制成的，B管是用铜管是用铜制成的制成的B.A管是用铝制成的，管是用铝制成的，B管是用胶木管是用胶木制成的制成的C.A管是用胶木制成的，管是用胶木制成的，B管是用塑管是用塑料制成的料制成
16、的D.A管是用胶木制成的，管是用胶木制成的，B管是用铝管是用铝制成的制成的【试题】【试题】(多选多选)如图所示，如图所示，A、B为大小、形状均相同为大小、形状均相同且内壁光滑、但用不同材料制成的圆管，竖直固定在且内壁光滑、但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度相同高度.两个相同的磁性小球，同时从两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端管上端距管口等高处无初速度释放，穿过距管口等高处无初速度释放，穿过A管比穿过管比穿过B管的管的小球先落到地面小球先落到地面.下面对于两管的描述中可能正确的是下面对于两管的描述中可能正确的是（）【试题】【试题】(多选多选)如图如图9所示是用涡流金属所示是用涡流金属
17、探测器探测地下金属物的示意图，下列探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是（说法中正确的是（）A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场探测器内的探测线圈会产生交变磁场B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测只有有磁性的金属物才会被探测器探测到到C.探测到地下的金属物是因为探头中产生探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流了涡流D.探测到地下的金属物是因为金属物中产探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流生了涡流【试题】（多选）下列哪些措施是为了防止涡流【试题】（多选）下列哪些措施是为了防止涡流的危害的危害（）A.电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B.磁电式电表的线
18、圈常常用铝框做骨架，把线圈磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上绕在铝框上C.变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成很大的硅钢片叠合而成D.变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层层【试题】如图所示，一金属球用绝缘细线悬挂于【试题】如图所示，一金属球用绝缘细线悬挂于O点，点，将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程中经过将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边为该磁场的竖直边界若不计空气阻力，则界若不
19、计空气阻力，则()A金属球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度金属球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度 B在进入和离开磁场时，金属球中均有感应电流在进入和离开磁场时，金属球中均有感应电流 C金属球进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感金属球进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大应电流也越大 D金属球最终将静止在平衡位置金属球最终将静止在平衡位置A.圆盘上产生了感应电动势圆盘上产生了感应电动势B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化通量发生了变化
20、D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动产生的磁场导致磁针转动【试题】【试题】(多选多选)1824年，法国科学家阿拉年，法国科学家阿拉果完成了著名的果完成了著名的“圆盘实验圆盘实验”.实验中将实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示如图所示.实验中发现，当圆盘在磁针的实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后磁针也随着
21、一起转动起来，但略有滞后.下列说法正确的是下列说法正确的是【试题】光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如【试题】光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是图所示，抛物线的方程是y yx x2 2，下半部处在一个水平，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y ya a的直线的直线(图中图中的虚线所示的虚线所示)，一个小金属块从抛物面上，一个小金属块从抛物面上y yb b(b b a a)处以处以速度速度v v沿抛物面下滑，假设抛物面足够长，小金属块沿沿抛物面下滑，假设抛物面足够长，小金属块沿抛物面下滑后产生的焦耳热总量是抛物面下滑后产生的焦耳热总量是()【试题】在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定【试题】在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃一个条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动情况是铁前的运动情况是()A.都做匀速运动都做匀速运动 B.甲做加速运动甲做加速运动 C.乙做匀速运动乙做匀速运动 D.丙做匀速运动丙做匀速运动
