1、4.7 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动涡流、电磁阻尼和电磁驱动第四章第四章 电磁感应电磁感应新课标高中物理选修新课标高中物理选修3 32 2 根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的磁场变化磁场变化(可能是由于产生磁场的电流变化可能是由于产生磁场的电流变化)时，时，导体中的自由电子就会在此电场力的作用下定向导体中的自由电子就会在此电场力的作用下定向移动从而产生感应电流，这种感应电流是像旋涡移动从而产生感应电流，这种感应电流是像旋涡一样的闭合的曲线，我们把它叫一样的闭合的曲线，我们把它叫涡电流。涡电流。BE B变化导体环中发生的现象变化导体环中发生的现象?如
2、果如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象生什么现象?一一.涡流涡流1.1.当线圈中的电流随时间变化时当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近这个线圈附近的的任何导体任何导体中都会产生感应电流中都会产生感应电流-涡流涡流.涡流及应用2.2.金属块中的涡流也要产生金属块中的涡流也要产生热量热量,如果金属的电阻如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。率小，则涡流很强，产生的热量也很多。3.3.应用应用(1)(1)利用利用a.a.真空冶炼炉，高频焊接真空冶炼炉，高频焊接生活中的物理：电磁灶的工作原理生活中的物理：电磁灶的工作原理电磁灶的台面下布满了金属导线
3、缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。b.b.探雷器探雷器门框门框报警电路线圈线圈c.c.安检门安检门探雷器探雷器金属探测器金属探测器 线圈中流过变化的电流线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使在铁芯中产生的涡流使铁芯发热铁芯发热,浪费了能量浪费了能量,还可能损坏电器。还可能损坏电器。减少涡流的途径减少涡流的途径:a.a.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。(2)(2)减少涡流减少涡流b.b.用互相绝缘的硅钢片叠成的
4、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。二二.电磁阻尼电磁阻尼1.1.当导体在磁场中运动时当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体感应电流会使导体受到安培力受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运安培力的方向总是阻碍导体的运动动-电磁阻尼电磁阻尼2.2.讨论讨论:(1)(1)为什么用铝框做线圈骨架？为什么用铝框做线圈骨架？V(2)(2)、微安表的表头在运输时为何应该把、微安表的表头在运输时为何应该把 两个接线柱连在一起？两个接线柱连在一起？电学测量仪表要求指针的摆动很快停下来，以便可以迅速出读数。电流表的线圈要绕在铝框上，当被测电流通过线圈时，线圈带动指针和铝框一
5、起转动。铝框在磁场中转动时产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的摆动，于是使指针很快地稳定指到读数位置上。三三.电磁驱动电磁驱动1 1、如磁场相对于导体转动、如磁场相对于导体转动,在导体中会产在导体中会产生感应电流生感应电流,感应电流使导体受到安培力的感应电流使导体受到安培力的作用作用,安培力使导体运动起来安培力使导体运动起来-电磁驱动电磁驱动。2 2、交流感应电动机就是利用电磁驱动的、交流感应电动机就是利用电磁驱动的 原理工作的。原理工作的。v线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。向异步。v电磁阻尼是导体相对于磁场运动，电磁阻尼是导体相对
6、于磁场运动，v而电磁驱动是磁场相对于导体运动。而电磁驱动是磁场相对于导体运动。v安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。三三.电磁驱动电磁驱动 如右图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()AA、B两点在同一水平线 BA点高于B点 CA点低于B点 D铜环将做等幅摆动 解析：铜环在进入和穿出磁场的过程中，穿过环的磁通量发生变化，则环中有感应电流产生，故应损耗一定的机械能所以A点高于B点 答案：B变式迁移变式迁移 1.右图是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高
7、频交变电流的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化焊接起来 (1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系？(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件的其他部分并不很热？解析：(1)A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流热功率PI2R也越大，焊接得越快(2)B中各处电流大小相等，但接口a处电阻大，电流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，所以接口a处已被熔化而零件其他部分并不很热 磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，
8、这样做的目的是()A防止涡流B利用涡流C起电磁阻尼的作用 D起电磁驱动的作用解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用答案：BC变式迁移变式迁移 2如右图所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触使磁铁转动，圆盘也会跟着转动这种现象称为“电磁驱动”请你说明电磁驱动的原理 解析：当蹄形磁铁转动时，圆盘上不同位置的磁通量发生变化，因而圆盘中会有涡流形成，该涡流的磁场阻碍磁通量的变化，使圆盘随着磁铁一起转，但圆盘转动速度比磁铁慢1(2011年宁夏银川)电磁炉是利用电
9、磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物下列相关的说法中正确的是()A锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗解析：涡流是高频交流电产生的磁场引起的电磁感应现象，故选项A正确B错误；电磁炉表面一般用绝缘材料制成，避免产生涡流，锅体用金属制成利用涡流加热物体，故选项CD错误答案：A基础巩固基础巩固 5光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如下图所示，抛物线的方程是yx2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是ya的直线(图中的虚
10、线所示)，一个小金属块从抛物线上yb(ba)处以初速度v沿抛物线下滑假设抛物线足够长，金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是()Amgb B.mv2 Cmg(ba)Dmg(ba)mv2能力提升能力提升解析：金属块进出磁场时，由于涡流现象产生焦耳热而使机械能减少解答本题首先应明确金属块的初、末状态，然后根据金属块机械能的变化确定所产生的焦耳热总量金属块进出磁场时，会产生焦耳热，损失机械能而使金属块所能达到的最高位置越来越低，当金属块所能达到的最高位置为ya时，金属块不再进出磁场，不再产生焦耳热金属块机械能不再损失，在磁场中往复运动由于金属块减少的动能和重力势能全部转化为内能，所以Q|EpEk|mg(ba)mv2.答案：D祝您
