4.7渦流電磁阻尼和電磁驅動電磁感應第四章選修3—21精選ppt☆．回憶與思考……

根據麥克斯韋電磁場理論：

變化的磁場能在周圍空間激發電場，這種電場叫感生電場。BE

磁場變化產生感生電場，導體放在感生電場中，其中的自由電荷在感生電場力方向運動，產生感應電流，電流的分布與感生電場線分布類似。

這樣的感應電流，看起來就像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流。2精選ppt一、渦流〔eddycurrent〕

定義：塊狀金屬在變化的磁場中或在磁場中運動時，金屬塊內產生的自成閉合回路的感應電流，叫渦電流，簡稱渦流。

渦流是整塊導體發生的電磁感應現象，同樣遵守電磁感應定律．金屬塊中的渦流也要產生熱量，如果金屬的電阻率小，那么渦流很強，產生的熱量也很多。3精選ppt渦流的利用真空冶煉爐

高頻感應爐：利用渦流的熱效應來熔化金屬。交流電的頻率越高，金屬熔爐中的感應電動勢就越大，金屬材料的電阻率越小，產生的渦流熱效應就越強。高頻感應爐優點：速度快，溫度易控制，整個過程在真空中進行，能防止有害雜質混入被冶煉的金屬中，適于冶煉特種合金和特種鋼。4精選ppt渦流的利用高頻焊接

高頻焊接機原理：線圈中通以高頻電流，內部焊接工件由于電磁感應產生感應電流，頻率越高，產生的感應電流越大。由于焊接縫處接觸電阻很大，放出的熱量很多，致使溫度升高將金屬熔化，焊接在一起。應用于焊接自行車車架。5精選ppt電磁灶采用了磁場感應渦流的加熱原理。它利用陶瓷玻璃板下方的線圈產生交變磁場，這樣，鐵鍋的鍋底部就處在交變磁場中而產生環狀電流〔即渦流〕使鍋本身高速發熱，從而能將飯菜煮熟。渦流的應用6精選ppt探雷器7精選ppt門框~交流電報警電路線圈安檢門8精選ppt☆．思考與討論……

電動機和變壓器的工作原理都跟電磁感應現象有關，內部都有鐵芯結構，為什么電動機和變壓器等的鐵芯都不是整塊金屬，而是用許多相互絕緣的薄硅鋼片疊合而成？電動機的鐵芯變壓器的鐵芯

電動機、變壓器的線圈都繞在鐵芯上．線圈中流過變化的電流，在鐵芯中產生的渦流使鐵芯發熱，浪費了能量，還可能損壞電器．9精選ppt思考與討論

——怎樣減少渦流損耗？交變電流交變電流整塊鐵心彼此絕緣的薄片10精選ppt

變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施渦流的防止

硅鋼片平面與磁感應線平行。

變壓器、電動機的鐵芯不采用整塊金屬，由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成，目的就是為了減弱鐵芯中由于電磁感應而產生的渦流的熱效應，從而減少電能的損耗。11精選ppt思考與討論

一個單匝線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應電流的方向和所受安培力的方向。安培力對線圈的運動有什么影響？vIFA〔P27〕磁電式電流表使用鋁框做線圈骨架有什么好處？鋁框在磁場中轉動時產生感應電流，磁場對感應電流作用力阻礙鋁框的轉動，指針隨著鋁框很快就穩定地指在讀數位置上，到達能夠迅速讀出數據的功能。12精選ppt二、電磁阻尼

導體在磁場中運動時，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導體的運動，這種現象稱為電磁阻尼。

做一做：

取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況。用導線把靈敏電流計的兩個接線柱連在一起，再次晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況與上次有什么不同，怎樣解釋這種差異？13精選ppt思考如下圖，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵能振動較長時間才停下來。如果在磁鐵下端放一固定線圈，磁鐵會很快停下來。這種現象說明了什么？14精選ppt

如圖，把銅片懸掛在電磁鐵的兩極間，形成一個擺。在電磁鐵線圈未通電時，銅片可以自由擺動，要經過較長時間才會停下來。一旦當電磁鐵通電之后，由于穿過運動導體的磁通量發生變化，銅片內將產生感應電流。根據楞次定律，銅片擺錘的擺動便受到阻力而迅速停止。15精選ppt三、電磁驅動

磁場相對于導體運動時，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種現象稱為電磁驅動。

線圈轉動與磁鐵同向，但轉速小于磁鐵，即同向異步。

應用：感應電動機、電能表、汽車上用的電磁式速度表等。安培力對以地為參照物來說，是動力。但對相對磁體的運動來說，是阻力。16精選ppt◆電磁阻尼與電磁驅動的比較電磁阻尼電磁驅動區別產生電流的原因由于導體在磁場中運動由于磁場相對于導體運動，導體中產生感應電流安培力方向安培力方向與導體運動方向相反，阻礙導體運動導體受安培力方向與導體運動方向相同，推動導體運動聯系

都屬于電磁感應現象，安培力的作用效果都是阻礙導體與磁場間發生相對運動17精選ppt如圖4－7－2所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于O點，將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動過程中經過有界的水平勻強磁場區域，A、B為該磁場的豎直邊界．假設不計空氣阻力，那么()類型一電磁阻尼的分析A．金屬球向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度B．在進入和離開磁場時，金屬球中均有感應電流C．金屬球進入磁場后離平衡位置越近速度越大，感應電流也越大D．金屬球最終將靜止在平衡位置18精選ppt【解析】如圖4－7－3所示，當金屬球從1位置開始下落，進入磁場時(即2和3位置)，由于金屬球內磁通量發生變化，所以有感應電流產生．同時，金屬球本身有內阻，必然有能量的轉化，即有能量的損失．圖4－7－319精選ppt1.如圖4－7－4所示，A、B為大小、形狀均相同且內壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度．兩個相同的磁性小球，同時從A、B管上端的管口無初速度釋放，穿過A管的小球比穿過B管的小球先落到地面．下面對于兩管的描述可能正確的選項是()變式訓練圖4－7－4A．A管是用塑料制成的，B管是用銅制成的B．A管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的C．A管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的D．A管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的20精選ppt位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖4－7－5所示，在此過程中(

)類型二電磁驅動的分析和應用圖4－7－5A．磁鐵做勻速直線運動B．磁鐵做減速運動C．小車向右做加速運動D．小車先加速后減速【思路點撥】此題為電磁驅動，可由楞次定律判斷作用力的方向，再由牛頓第二定律判斷運動情況．21精選ppt2.如圖4－7－6所示，把一個閉合線框放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉動，閉合線框也可以繞豎直軸轉動，當蹄形磁體逆時針(從上往下看)轉動時，有關線圈的運動以下說法正確的選項是()變式訓練圖4－7－6A．線圈將順時針方向轉動B．線圈仍保持靜止C．線圈將逆時針方向轉動，轉速與磁鐵相同D．線圈將逆時針方向轉動，轉速比磁鐵小解析：選D.根據電磁驅動，磁鐵轉動，線圈會產生感應電流和受到安培力作用，這個安培力驅動線圈運動，其轉動的效果是阻礙它們的相對運動，因此線圈轉動方向與磁鐵相同，但轉速比磁鐵小．22精選ppt光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖4－7－7所示，拋物線的方程是y＝x2，下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是y＝a的直線(圖中的虛線所示)，一個小金屬塊從拋物面上y＝b(b>a)處以速度v沿拋物面下滑，假設拋物面足夠長，小金屬塊沿拋物面下滑后產生的焦耳熱總量是(

)類型三電磁感應中的能量問題23精選ppt【答案】

D【點評】小金屬塊在進出磁場的過程中，磁通量發生變化，會產生渦流，機械能轉化為內能．但在勻強磁場中運動時，磁通量不變，不產生渦流，機械能守恒．24精選ppt3.如圖4－7－8所示，光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平軌道相連，水平軌道上方有一足夠長的金屬桿，桿上掛有一光滑螺旋管A.在弧形軌道上高為h的地方，無初速釋放一磁鐵B(可視為質點)，B下滑至水平軌道時恰好沿螺旋管A的中心軸運動，設A、B的質量分別為M、m，假設最終A、B速度分別為vA、vB.變式訓練(1)螺旋管A將向哪個方向運動？(2)全過程中整個電路所消耗的電能．25精選ppt答案：見解析26精選ppt【習題1】：以下關于渦流的說法中正確的選項是〔〕A．渦流跟平時常見的感應電流一樣，都是因為穿過導體的磁通量變化而產生的B．渦流不是感應電流，而是一種有別于感應電流的特殊電流C．渦流有熱效應，但沒有磁效應D．在硅鋼中不能產生渦流【解析】：渦流本質上是感應電流，是自身構成回路，在穿過導體的磁通量變化時產生的，所以A對B錯。渦流不僅有熱效應，同其他電流一樣也有磁效應，C錯。硅鋼電阻率大，產生的渦流較小，但仍能產生渦流，D錯。A27精選ppt【習題2】：電磁爐是利用電磁感應現象產生的渦流，使鍋體發熱從而加熱食物．以下相關的說法中正確的選項是〔〕A．鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關B．電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作C．金屬或環保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物D．電磁爐的上外表一般都用金屬材料制成，以加快熱傳遞、減少熱損耗【解析】：渦流是高頻交流電產生的磁場引起的電磁感應現象，應選項A正確B錯誤；電磁爐外表一般用絕緣材料制成，防止產生渦流，鍋體用金屬制成利用渦流加熱物體，應選項CD錯誤．A題型一：關于渦流的利用和防止28精選ppt【變式2】：變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼，這是因為〔〕A．增大渦流，提高變壓器的效率B．減小渦流，提高變壓器的效率C．增大鐵芯中的電阻，以產生更多的熱量D．增大鐵芯中的電阻，以減少放出的熱量【解析】：不使用整塊硅鋼而采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻，來減少電能轉化成鐵芯的內能，提高效率，是防止渦流而采取的措施.BD題型一：關于渦流的利用和防止29精選ppt題型二：電磁阻尼的分析【習題2】：如如下圖，A、B為大小、形狀均相同且內壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度．兩個相同的磁性小球，同時從A、B管上端的管口無初速度釋放，穿過A管的小球比穿過B管的小球先落到地面．下面對于兩管的描述可能正確的選項是〔〕A．A管是用塑料制成的，B管是用銅制成的B．A管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的C．A管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的D．A管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的AD30精選ppt

【解析】：選AD.

磁性小球穿過金屬圓管過程中，將圓管看做由許多金屬圓環組成，小球的磁場使每個圓環中產生感應電流，據楞次定律，該電流阻礙磁性小球的下落，小球向下運動的加速度小于重力加速度；小球在塑料、膠木等非金屬材料圓管中不會產生感應電流，小球仍然做自由落體運動，穿過塑料、膠木圓管的時間比穿過金屬圓管的時間少．31精選ppt【變式訓練1】：在水平放置的光滑導軌上，沿導軌固定一個條形磁鐵，如圖?，F有鐵、鋁和有機玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導軌上的A點以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運動情況是〔〕A．都做勻速運動B．甲做加速運動C．乙做勻速運動D．丙做勻速運動鐵塊會被磁化，與磁鐵相互吸引

鋁塊不會被磁化，形成渦流，與磁鐵相互排斥BD32精選ppt【變式訓練2】：〔2021·福州模擬〕甲、乙兩個完全相同的銅環可繞固定軸OO′旋轉，當它們以相同的角速度