高中物理《涡流-电磁阻尼和电磁驱动》

一.涡流
1.当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近 的任何导体中都会产生感应电流-----涡流.
涡流及应用
2.金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻 率小，则涡流很强，产生的热量也很多。 3.应用 (1)利用
a.真空冶炼炉，高频焊接
焊
线圈导线
接
处
电源
待焊接元件
生活中的物理：电磁灶的工作原理
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
能力提升
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y＝x2，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(图中的虚线所示)，一 个小金属块从抛物线上y＝b(b>a)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( )
电磁灶的台面下布满了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.探雷器
c.安检门
线圈
门框
报警电路 ~ 交流电
探雷器 金属探测器
(2) 减少涡流
线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使 铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。 减少涡流的途径: a.增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。
新课标高中物理选修3－2
第四章 电磁感应
4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
B
B变化导体环中发生的现象?如果
E
环不断增粗直到变成一圆盘又会发
生什么现象?
根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的 磁场变化(可能是由于产生磁场的电流变化)时， 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 一样的闭合的曲线，我们把它叫涡电流。
式速度表等。
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( )
A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点 C．A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．
A．mgb
B.
1 2
mv2
C．mg(b－a)
D．mg(b－a)＋
1 2
mv2
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
三.电磁驱动
1、如磁场相对于导体转动,在导体中会产 生感应电流,感应电流使导体受到安培力的 作用,安培力使导体运动起来----电磁驱动。
2、交流感应电动机就是利用电磁驱动的 原理工作的。
三.电磁驱动
线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同 向异步。
电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系： 电磁阻尼是导体相对于磁场运动， 而电磁驱动是磁场相对于导体运动。 安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。 应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁
答案：B
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P＝I2R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，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．
的最高位置为y＝a时，金属块不再进出场中往复运动．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＝
|ΔEp＋ΔEk|＝mg(b－a)＋
1mv2.
2
答案：D
祝
您
基础巩固
1．(2011年宁夏银川)电磁炉是利用电磁感应现象产生的 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
b.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅 钢铁芯。
二.电磁阻尼
1.当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体 受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运 动-----电磁阻尼
2.讨论: (1)为什么用铝框做线圈骨架？
V
(2)、微安表的表头在运输时为何应该把 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。
答案：BC
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．