第四章第7节,涡流、电磁阻尼和电磁驱动

第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动第四章电磁感应第一篇模块同步导学篇知识一涡流[基础梳理]1．定义由于________，在导体中产生的像水中旋涡样的_____电流．2．特点若金属的电阻率小，涡流往往_____，产生的热量_________.3．应用(1)涡流热效应：如______________.(2)涡流磁效应：如________、_________.电磁感应感应很强如真空冶炼炉安检门很多探雷器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________.(2)途径二：用相互绝缘的________叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯．判断：(1)涡流也是一种感应电流．(

)(2)导体中有涡流时，导体本身会产热．(

)(3)利用涡流制成的探雷器无法探出“石雷”．(

)答案(1)√

(2)√

(3)√电阻率硅钢片[释疑解难]1．涡流的产生涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象．当导体处在变化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可以等效成许许多多的闭合电路．当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流，即导体内部产生了涡流．2．涡流的特点当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大．3．涡流的防止电动机、变压器的线圈中有变化的电流，因而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费了能量，还可能损坏电器，因此，要想办法减小涡流．为了达到减小涡流的目的，采用了电阻率大的硅钢做铁芯的材料，并把硅钢做成彼此绝缘的薄片，这样，就大大减小了涡流．4．涡流的利用用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中就产生涡流．涡流产生的热量使金属达到很高的温度并熔化．利用涡流冶炼金属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．特别提醒(1)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．(2)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．[学后自测]1．下列做法中可能产生涡流的是(

)A．把金属块放在匀强磁场中B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动C．让金属块在匀强磁场中做变速运动D．把金属块放在变化的磁场中D

[涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化．而A、B、C中磁通量不变化，所以A、B、C错误，把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确．]知识二电磁阻尼和电磁驱动[基础梳理]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______，_______________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到某位置，便于读数．2．电磁驱动(1)概念：磁场相对导体转动时，导体中产生_________，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．安培力安培力的方向感应电流(2)应用：交流感应电动机．判断：(1)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律．(

)(2)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化．(

)(3)电磁驱动时，被驱动的导体中有感应电流．(

)答案(1)√

(2)√

(3)√[释疑解难]电磁阻尼与电磁驱动的比较特别提醒电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中，导体的运动速度要小于磁场的运动速度．相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，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[学后自测]2.如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动．从上向下看，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B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁大C．线圈转动时将产生感应电流D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcdaC

[本题考查电磁驱动和楞次定律．当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生感应电流，故C对；当线圈相对磁铁转过90°时电流方向不再是abcda，D错；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度．如两者的角速度相同，磁感线与线圈处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，故A、B错．]1．线圈中的电流变化时，线圈附近的导体中会产生涡流，涡流会产生热量，因此在日常生活中，既要防止有害涡流，又要利用有益涡流．2．导体在磁场中运动，感应电流会使导体受到安培力阻碍其运动，即为电磁阻尼．3．磁场运动时，在磁场中的导体内会产生感应电流，使导体受到安培力的作用而运动起来，即为电磁驱动.命题一对涡流的理解及应用[经典例题][例1]

光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(如图中的虚线所示)．一个小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是(

)命题二电磁阻尼与电磁驱动[经典例题][例2]

弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．将磁铁托到某一高度后放开，磁铁能振动较长一段时间才停下来．如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图所示)，磁铁就会很快停下来．解释这个现象，并说明此现象中的能量转化情况．【思路点拨】【尝试自解】解析】

当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了受空气阻力外，还有线圈受到的安培力阻碍，克服阻力需要做的功增多，振动时机械能的损失增快，因而会很快停下来．机械能的转化情况可表示如下：【答案】

见解析从能量转化的情况看，电磁驱动过程是电能转化为机械能，而电磁阻尼过程是其他形式的能转化成电能，最终转化为内能．[应用演练]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，组成电路如图所示，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(

)A．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B

[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O1→A，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．]1.下列现象属于电磁阻尼的是(

)A．磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做B．微安表的表头在运输时要把两接线柱短接C．自制金属地雷探测器D．交流感应电动机AB

[电磁阻尼是指导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动，而电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动．]2．如图所示，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(

)A．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AB

[利用法拉第电磁感应定律和涡电流解题．当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热，使水温升高．要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻．增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势．瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱．所以选项A、B正确，选项C、D错误．]3．如图所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后释放，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)(

)A．做等幅振动B．做阻尼振动C．振幅不断增大D．无法判定B

[小球在通电线圈的磁场中运动，小球中产生涡流，故小球要受到安培力作用阻碍它与线圈的相对运动，做阻尼振动．]4．如图所示，光滑金属球从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，设金属球初速度为零，曲面光滑，则(

)A．若是匀强磁场，