选修3-24.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动

1、第七节第七节涡流涡流 电磁阻尼和电磁驱动电磁阻尼和电磁驱动复习回顾复习回顾: “: “互感互感”和和“自感自感”互感和自感是两种特殊的电磁感应现象互感和自感是两种特殊的电磁感应现象, ,现在学现在学习另一种特殊的电磁感应现象习另一种特殊的电磁感应现象涡流涡流. .涡流在实涡流在实际生活中有许多应用，如：发电机、电动机和变际生活中有许多应用，如：发电机、电动机和变压器等。当然涡流也有利和弊两个方面，我们如压器等。当然涡流也有利和弊两个方面，我们如何去加以利用？如何去防止呢何去加以利用？如何去防止呢? ?一、涡流一、涡流：用整块金属材料做铁芯绕制的线圈，当线圈中通用整块金属材料做铁芯绕制的线圈，当

2、线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产生感应电流，这种电流看起来像水中的旋涡，我生感应电流，这种电流看起来像水中的旋涡，我们就把这种电流叫做们就把这种电流叫做涡电流涡电流，简称涡流，简称涡流这个线圈附近的任何导体都会产生感应电流这个线圈附近的任何导体都会产生感应电流涡流是在涡流是在整块金属整块金属内产生内产生的感应电流的感应电流涡流是整块导体发生的电涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守磁感应现象，同样遵守法拉法拉第第电磁感应定律电磁感应定律1 1涡

3、流产生的条件：涡流产生的条件：涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生的的条件是条件是穿过金属块的磁通量发生变化穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身并且金属块本身可自行构成闭合回路可自行构成闭合回路同时因为整个导体回路的同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡旋涡2 2可以产生涡流的两种情况可以产生涡流的两种情况：(1)(1)把块状金属放在变化的磁场中把块状金属放在变化的磁场中(2)(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动3 3能量转化：能量转化：伴

4、随着涡流现象，其他形式的能转化成电能，最伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能，最终在金属块中转化为内能终在金属块中转化为内能如果金属块放在变化的磁场中，则如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能磁场能转化转化为为电能电能，最终转化为，最终转化为内能内能如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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则由于克服安培力做功, ,金属块的金属块的机械能机械能转化为转化为电能电能，最终转化为，最终转化为内能内能(1)(1)真空冶炼炉真空冶炼炉 (2)(2)电磁灶的工作原理电磁灶的工作原理电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当电磁灶的台面下布满了

5、金属导线缠绕的线圈，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，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，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，将饭菜煮熟就放出大量的热量，将饭菜煮熟( (2 2) )金属探测器金属探测器、探雷器探雷器、安检门等安检门等金属探测器金属探测器探雷器探雷器安检门安检门门框门框交流电交流电报警电路报警电路线圈线圈5.5.涡流的危害：涡流的危害： 发热发热浪费能量浪费能量减少涡流的方法：增大回路的电阻减少涡流的方法：增大

6、回路的电阻. .变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成的，以减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝的，以减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层缘层二、电磁驱动与电磁阻尼二、电磁驱动与电磁阻尼: :当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如线圈处于如图所示的初始状态时，穿过化，例如线圈处于如图所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁体转动时，穿过线线圈的磁通量为零，当蹄形磁体转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞

7、次定律，此时线圈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，以阻碍磁通量的增加，因中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来而线圈会跟着一起转动起来1 1. .电磁阻尼：电磁阻尼：导体导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。 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. .磁场磁场相对于导体运动相对于导体运动, ,在导体中会产生感应电流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

8、用感应电流使导体受到安培力的作用, ,安培力使导安培力使导体运动起来体运动起来2.2.电磁驱动电磁驱动: :1 1. .电磁阻尼：电磁阻尼：导体导体在磁场中运动时，在磁场中运动时，感应电流使导体受到安感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍导体培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象的相对运动的现象主动主动被动被动磁场能磁场能转化为转化为电能电能，再转化为导体的，再转化为导体的机械能机械能导体的导体的机械能机械能转化为转化为电能，电能，再转化为导体的再转化为导体的内能内能所谓的阻尼和驱动都是针对所谓的阻尼和驱动都是针对导体导体而言的而言的交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的交流感应电动机就是利用

9、电磁驱动的原理工作的3.从从动力学动力学的观点来看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，对线圈而言是动起来的动力，对线圈而言是电磁驱动电磁驱动；而线圈；而线圈对磁铁的作用力对磁铁的转动起阻碍作用，对磁对磁铁的作用力对磁铁的转动起阻碍作用，对磁铁而言是铁而言是电磁阻尼电磁阻尼，因此电磁驱动和电磁阻尼是，因此电磁驱动和电磁阻尼是矛盾的两个方面，不可分割矛盾的两个方面，不可分割1 1. .电磁阻尼：电磁阻尼：导体导体在磁场中运动在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力时，感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的而总是要

10、阻碍导体的相对运动的现象现象 2.2.电磁驱动电磁驱动: :磁场磁场相对于导体运相对于导体运动动, ,在导体中会产生感应电流在导体中会产生感应电流, ,感感应电流使导体受到安培力的作用应电流使导体受到安培力的作用, ,安培力使导体运动起来安培力使导体运动起来4.从从能量能量角度来看角度来看电磁阻尼电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化中克服安培力做功，其他形式的能转化为为电能电能最终转化为内能最终转化为内能电磁驱动电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，中由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，通过安培力做功，电能电能转化为导体的机械能而对转化为导体的机械能而对外做功外做功例：例

11、：如图所示，两个相等的轻质铝环套在一根水如图所示，两个相等的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是环时，两环的运动情况是( )( )A A同时向左运动，间距变大同时向左运动，间距变大B B同时向左运动，间距变小同时向左运动，间距变小C C同时向右运动，间距变小同时向右运动，间距变小D D同时向右运动，间距变小同时向右运动，间距变小B B例：例：在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个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、铝和有机玻璃制成的条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、

12、乙、丙，使它们从导轨上的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A A点以某一点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动情况是情况是( ( ) ) A A. .都做匀速运动都做匀速运动 B B. .甲做加速运动甲做加速运动 C C. .乙做匀速运动乙做匀速运动 D D. .丙做匀速运动丙做匀速运动BD例：例：如图所示，一金属球用绝缘细线悬挂于如图所示，一金属球用绝缘细线悬挂于O O点，点，将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程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，中经过有界的水平匀强磁场区域，A A、B B为该磁场

13、为该磁场的竖直边界若不计空气阻力，则的竖直边界若不计空气阻力，则( () )A 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 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 C. .金属球进入磁场后离金属球进入磁场后离最低点最低点越近速度越大，感越近速度越大，感应电流也越大应电流也越大D 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B B例：例：位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平个比螺线管长的条形磁铁沿着螺

14、线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中穿过，如图所示，在此过程中( () )A A磁铁做匀速直线运动磁铁做匀速直线运动B B磁铁做减速运动磁铁做减速运动C C小车向右做加速运动小车向右做加速运动D D小车先加速后减速小车先加速后减速BCBC例：例：如图所示，把一个闭合线框放在蹄形磁体如图所示，把一个闭合线框放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体可以绕竖直轴转动，的两磁极之间，蹄形磁体可以绕竖直轴转动，闭合线框也可以绕竖直轴转动，当蹄形磁体逆闭合线框也可以绕竖直轴转动，当蹄形磁体逆时针时针( (从上往下看从上往下看) )转动时，有关线圈的运动下转动时，有关线圈的运动下列说法正确的是列说法正确的是(

15、 () )A A线圈将顺时针方向转动线圈将顺时针方向转动B B线圈仍保持静止线圈仍保持静止C C线圈将逆时针方向转动，转速与磁铁相同线圈将逆时针方向转动，转速与磁铁相同D D线圈将逆时针方向转动，转速比磁铁小线圈将逆时针方向转动，转速比磁铁小D D例：例：如图所示，如图所示，A A、B B为大小、形状为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度制成的圆管，竖直固定在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 A、B B管上端的管口无初速度释放，穿过管上端的管口无初速度释放，穿过A A管的小球比穿过管的小球比穿过B B