第四章第7节涡流__电磁阻尼和电磁驱动

1、 一、涡流一、涡流 如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若电流变大，如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若电流变大， 则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场。导体则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场。导体 可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这些线圈中产可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这些线圈中产 生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流。生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流。 当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就 会产生感应电流。这种电流看

2、起来很像水的旋涡，所以叫做会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做 涡流涡流。 涡流的应用涡流的应用 真空冶炼炉真空冶炼炉 涡流的应用涡流的应用 高频焊接高频焊接 涡流的应用涡流的应用 涡流的应用涡流的应用 涡流的应用涡流的应用 金属探测器金属探测器 涡流的应用涡流的应用 涡流的防止涡流的防止 交变电流交变电流交变电流交变电流 怎样减少涡流损耗？怎样减少涡流损耗？ 整块铁心整块铁心 彼此绝缘的薄片彼此绝缘的薄片 思考与讨论思考与讨论 变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施 采用叠加起来的硅钢片代替整块铁芯采用叠加起来的硅钢片代替整块铁芯, ,并使硅钢片平面

3、与磁感应线平行。并使硅钢片平面与磁感应线平行。 变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施 如图，把铜片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个摆。如图，把铜片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个摆。 在电磁铁线圈未通电时，铜片可以自由摆动，要经过较长在电磁铁线圈未通电时，铜片可以自由摆动，要经过较长 时间才会停下来。时间才会停下来。 一旦当电磁铁通电之后，由于穿过运动导体的磁通量一旦当电磁铁通电之后，由于穿过运动导体的磁通量 发生变化，铜片内将产生感应电流。根据楞次定律，铜片发生变化，铜片内将产生感应电流。根据楞次定律，铜片 摆锤的摆动便受到阻力而迅速停止。摆锤的摆动便受到阻力而迅速停

4、止。 演示实验演示实验1 二、电磁阻尼二、电磁阻尼 导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安 培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动， 这种现象称为这种现象称为电磁阻尼电磁阻尼。 演示实验演示实验3 如图所示，弹簧下端悬挂一根磁如图所示，弹簧下端悬挂一根磁 铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁 铁能振动较长时间才停下来。如果在铁能振动较长时间才停下来。如果在 磁铁下端放一固定线圈，磁铁会很快磁铁下端放一固定线圈，磁铁会很快 停下来。这种现象说明了什么？停下来。这种现象说明了什么？

5、 演示实验演示实验4 演示实验演示实验4 如图所示，如果使一金属圆盘紧靠磁铁的两极而不如图所示，如果使一金属圆盘紧靠磁铁的两极而不 接触，当使磁铁旋转起来，在圆盘中产生涡流将阻碍它接触，当使磁铁旋转起来，在圆盘中产生涡流将阻碍它 与磁铁的相对运动，因而使得圆盘跟随磁铁运动起来。与磁铁的相对运动，因而使得圆盘跟随磁铁运动起来。 在这里，涡流的机械效应表现为在这里，涡流的机械效应表现为电磁驱动电磁驱动。 三、电磁驱动三、电磁驱动 磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到磁场相对于导体运动时，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，这种现象安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种现象

6、 称为称为电磁驱动电磁驱动。 电磁驱动的应用电磁驱动的应用 交流感应电动机交流感应电动机 例例1 1、如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频 变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应 电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一 起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是 A A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 B电流变化的频

7、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 C工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小 D D工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大 例例2 2、如图所示，闭合金属铜环从高为如图所示，闭合金属铜环从高为h h的曲面滚下，沿曲面的另一的曲面滚下，沿曲面的另一 侧上升，设闭合环初速度为零，不计摩擦，则侧上升，设闭合环初速度为零，不计摩擦，则 A 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h h B B若是匀强磁场，环上升的高度大于若

8、是匀强磁场，环上升的高度大于h h C C若是非匀强磁场，环上升的高度等于若是非匀强磁场，环上升的高度等于h h D D若是非匀强磁场，环上升的高度小于若是非匀强磁场，环上升的高度小于h h 解析：解析：若是匀强磁场，闭合环的磁通量不发生变化，无感应电流若是匀强磁场，闭合环的磁通量不发生变化，无感应电流 产生，环也就受不到磁场力，所以环仍保持机械能守恒，上升的高度产生，环也就受不到磁场力，所以环仍保持机械能守恒，上升的高度 等于等于h h。若是非匀强磁场，闭合环的磁通量发生变化，有感应电流产。若是非匀强磁场，闭合环的磁通量发生变化，有感应电流产 生，环受到磁场力作用去阻碍环与磁场间的相对运动，

9、使环损失一部生，环受到磁场力作用去阻碍环与磁场间的相对运动，使环损失一部 分机械能向电能转化，所以环上升的高度小于分机械能向电能转化，所以环上升的高度小于h h。因此答案。因此答案D D正确。正确。 例例3 3、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小 球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动， 则小球的材料可能是则小球的材料可能是 A A铁铁 B B木木 C C铜铜 D D铝铝 如图如图472所示，一金属球用绝缘细线悬挂于所示，一金属球用绝缘细线悬挂于O点，点， 将金属球

10、拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程中经过有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，界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界若不为该磁场的竖直边界若不 计空气阻力，则计空气阻力，则() 电磁阻尼的分析电磁阻尼的分析 A金属球向右穿过磁场后，还能摆至金属球向右穿过磁场后，还能摆至 原来的高度原来的高度 B在进入和离开磁场时，金属球中均在进入和离开磁场时，金属球中均 有感应电流有感应电流 C金属球进入磁场后离平衡位置越近金属球进入磁场后离平衡位置越近 速度越大，感应电流也越大速度越大，感应电流也越大 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 【解

11、析【解析】如图如图473所示，当金属球从所示，当金属球从 1位置开始下落，进入磁场时位置开始下落，进入磁场时(即即2和和3位置位置)，由，由 于金属球内磁通量发生变化，所以有感应电流于金属球内磁通量发生变化，所以有感应电流 产生同时，金属球本身有内阻，必然有能量产生同时，金属球本身有内阻，必然有能量 的转化，即有能量的损失的转化，即有能量的损失 图图473 1.如图如图474所示，所示，A、B为大小、为大小、 形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制 成的圆管，竖直固定在相同高度两个相成的圆管，竖直固定在相同高度两个相 同的磁性小球，同时从同的磁性小球，同时从A

12、、B管上端的管口管上端的管口 无初速度释放，穿过无初速度释放，穿过A管的小球比穿过管的小球比穿过B管管 的小球先落到地面下面对于两管的描述的小球先落到地面下面对于两管的描述 可能正确的是可能正确的是() 图图474 AA管是用塑料制成的，管是用塑料制成的，B管是用铜制成的管是用铜制成的 BA管是用铝制成的，管是用铝制成的，B管是用胶木制成的管是用胶木制成的 CA管是用胶木制成的，管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的管是用塑料制成的 DA管是用胶木制成的，管是用胶木制成的，B管是用铝制成的管是用铝制成的 位于光滑水平面的小车上放置一螺线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

13、铁沿着螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线 管的轴线水平穿过，如图管的轴线水平穿过，如图475所示，所示， 在此过程中在此过程中() 电磁驱动的分析和应用电磁驱动的分析和应用 图图475 A磁铁做匀速直线运动磁铁做匀速直线运动 B磁铁做减速运动磁铁做减速运动 C小车向右做加速运动小车向右做加速运动 D小车先加速后减速小车先加速后减速 【思路点拨【思路点拨】本题为电磁驱动，可由楞本题为电磁驱动，可由楞 次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律 判断运动情况判断运动情况 2.如图如图476所示，把一个闭合线所示，把一个闭合线 框放在蹄形磁体的两磁极之间，

14、蹄形磁体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，闭合线框也可以绕竖可以绕竖直轴转动，闭合线框也可以绕竖 直轴转动，当蹄形磁体逆时针直轴转动，当蹄形磁体逆时针(从上往下从上往下 看看)转动时，有关线圈的运动下列说法正转动时，有关线圈的运动下列说法正 确的是确的是() 图图476 A线圈将顺时针方向转动线圈将顺时针方向转动 B线圈仍保持静止线圈仍保持静止 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 解析：解析：选选D.根据电磁驱动，磁铁转动，线圈会根据电磁驱动，磁铁转动，线圈会

15、产生感应电流和受到安培力作用，这个安培力驱动产生感应电流和受到安培力作用，这个安培力驱动 线圈运动，其转动的效果是阻碍它们的相对运动，线圈运动，其转动的效果是阻碍它们的相对运动， 因此线圈转动方向与磁铁相同，但转速比磁铁小因此线圈转动方向与磁铁相同，但转速比磁铁小 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图477所所 示，抛物线的方程是示，抛物线的方程是yx2，下半部处在一个水平方向的匀强，下半部处在一个水平方向的匀强 磁场中，磁场的上边界是磁场中，磁场的上边界是ya的直线的直线(图中的虚线所示图中的虚线所示)，一，一 个小金属块从抛物面上个小金属块从抛物面上

16、yb(ba)处以速度处以速度v沿抛物面下滑，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 总量是总量是() 电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题 【答案【答案】D 【点评【点评】小金属块在进出磁场的过程中，小金属块在进出磁场的过程中， 磁通量发生变化，会产生涡流，机械能转化为磁通量发生变化，会产生涡流，机械能转化为 内能但在匀强磁场中运动时，磁通量不变，内能但在匀强磁场中运动时，磁通量不变， 不产生涡流，机械能守恒不产生涡流，机械能守恒 3.如图如图478所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑 水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂水平轨道相连，水平轨道上