涡流、电磁阻尼和电磁驱动.ppt

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1、第第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动节涡流、电磁阻尼和电磁驱动1定义定义当当线线圈圈中中的的电电流流随随时时间间变变化化时时，线线圈圈附附近近的的任任何何导导体体中中都都会会产产生生感感应应电电流流电电流流在在导导体体内内自自成成闭闭合合回回路路，很像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流很像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流教 材 要 点 解 读对应学生用书对应学生用书P252涡流产生的条件涡流产生的条件涡涡流流的的本本质质是是电电磁磁感感应应现现象象，涡涡流流产产生生的的条条件件是是穿穿过过导导体体的的磁磁通通量量发发生生变变化化，并并且且导导体体本本身身可可自自行行构构成成闭闭合合回

2、回路路同同时时，因因为为整整个个导导体体回回路路的的电电阻阻一一般般很很小小，所所以以感感应应电流很大，就像水中的旋涡电流很大，就像水中的旋涡3可以产生涡流的两种情况可以产生涡流的两种情况(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)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4涡流的特点涡流的特点当当电电流流在在金金属属块块内内自自成成闭闭合合回回路路时时(产产生生涡涡流流时时)，由由于于整整块块金金属属的的电电阻阻很很小小，故故涡涡流流往往往往很很强强，根根据据公公式式PI2R知知，热热功功率率的的大大小小与与电电流流的的平平方方成成正正比

3、比，故故金金属属块块的的发热功率很大发热功率很大5能量转化能量转化伴伴随随着着涡涡流流现现象象，其其他他形形式式的的能能转转化化成成电电能能最最终终在在金金属属块块中中转转化化为为内内能能如如果果金金属属块块放放在在了了变变化化的的磁磁场场中中，则则磁磁场场能能转转化化为为电电能能最最终终转转化化为为内内能能；如如果果金金属属块块进进出出磁磁场场或或在在非非匀匀强强磁磁场场中中运运动动，则则由由于于克克服服安安培培力力做做功功，金金属属块块的机械能转化为电能，最终转化为内能的机械能转化为电能，最终转化为内能6涡流的危害、防止及利用涡流的危害、防止及利用(1)涡流的危害涡流的危害在在各各种种电电

4、机机、变变压压器器中中，涡涡流流是是非非常常有有害害的的首首先先它它会会使使铁铁芯芯的的温温度度升升高高，从从而而危危及及线线圈圈绝绝缘缘材材料料的的寿寿命命，严严重重时时会会使使材材料料报报废废；其其次次涡涡流流发发热热要要消消耗耗额额外外的的能能量量，使使电机、变压器的效率降低电机、变压器的效率降低元元贝驾贝驾考考 http:/http:/ 元元贝驾贝驾考考20162016科目一科目一 科目四科目四驾驾考宝典网考宝典网 http:/http:/ 科目四科目四(2)涡流的防止涡流的防止为为了了减减少少涡涡流流，变变压压器器、电电机机里里的的铁铁芯芯不不是是由由整整块块的的钢钢铁铁制制成成的的

5、，而而是是用用薄薄薄薄的的硅硅钢钢片片叠叠合合而而成成的的一一方方面面硅硅钢钢片片的的电电阻阻率率比比一一般般钢钢铁铁的的要要大大，从从而而减减少少损损耗耗；另另一一方方面面，每每层层硅硅钢钢片片之之间间都都是是绝绝缘缘的的，阻阻断断了了涡涡流流的的通通路路，进进一一步步减减小小了了涡涡流流的的发发热热计计算算表表明明：涡涡流流的的损损耗耗与与硅硅片片的的厚度的平方成正比厚度的平方成正比(3)涡流的利用涡流的利用用用来来冶冶炼炼合合金金的的真真空空冶冶炼炼炉炉，炉炉外外有有线线圈圈，线线圈圈中中通通入入反反复复变变化化的的电电流流，炉炉内内的的金金属属中中产产生生涡涡流流，涡涡流流产产生生的的

6、热热量量使使金金属属熔熔化化并并达达到到很很高高的的温温度度利利用用涡涡流流冶冶炼炼金金属属的的优优点点是是整整个个过过程程能能在在真真空空中中进进行行，这这样样就就能能防防止止空空气气中中的的杂杂质质进进入入金金属属，可可以以冶冶炼炼高高质质量量的的合合金金为为了了增增大大涡涡流流，达达到到快快速速熔熔化化金金属属的的目目的的，在在线线圈圈中中通通入入高高频频交交变变电电流流，根根据据电电磁磁感感应应定定律律，电电流流变变化化快快，得得到到的的感感应应电电动动势势就就大大，涡流就强家用电磁炉也是利用涡流工作的涡流就强家用电磁炉也是利用涡流工作的1定义定义闭闭合合回回路路的的部部分分导导体体在

7、在做做切切割割磁磁感感线线运运动动产产生生感感应应电电流流时时，导导体体在在磁磁场场中中就就要要受受到到磁磁场场力力的的作作用用，根根据据楞楞次次定定律，磁场力总是阻碍导体的运动，这就是电磁阻尼律，磁场力总是阻碍导体的运动，这就是电磁阻尼2应用应用电电磁磁阻阻尼尼有有不不少少应应用用例例如如：使使用用磁磁电电式式电电表表进进行行测测量量时时，总总希希望望指指针针摆摆到到所所示示值值的的位位置置时时便便迅迅速速地地稳稳定定下下来来，以以便便读读数数由由于于指指针针转转轴轴的的摩摩擦擦力力矩矩很很小小，若若不不采采取取其其他他措措施施，线线圈圈及及指指针针将将会会在在所所示示值值附附近近来来回回摆

8、摆动动，不不易易稳稳定定下下来来为为此此，许许多多电电表表把把线线圈圈绕绕在在闭闭合合的的铝铝框框上上，当当线线圈圈摆摆动动时时，在在闭闭合合的的铝铝框框中中将将产产生生感感应应电电流流，从从而而获获得得电电磁磁阻阻尼尼力力矩矩，以以使使线线圈圈迅迅速速稳稳定定在在所所示示值值的的位位置置电电气气列列车车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一道理制成的中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一道理制成的1定义定义磁磁场场相相对对于于导导体体转转动动时时，导导体体中中产产生生感感应应电电流流，感感应应电电流流使使导导体体受受到到安安培培力力的的作作用用，安安培培力力使使导导体体运运动动起起来来，这种作用称为

9、电磁驱动这种作用称为电磁驱动2应用应用交流感应电动机交流感应电动机3电磁驱动的形成原因电磁驱动的形成原因如如图图，当当蹄蹄形形磁磁铁铁转转动动时时，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量就就发发生生变变化化，例例如如线线圈圈处处于于如如图图所所示示的的初初始始状状态态时时，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量为为零零，当当蹄蹄形形磁磁铁铁转转动动时时，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量就就增增加加了了，根根据据楞楞次次定定律律，此此时时线线圈圈中中就就有有感感应应电电流流产产生生，以以阻阻碍碍磁磁通通量量的的增增加加，因因而而线线圈圈在在安安培培力力作作用用下下会会跟跟着着一一起起转转动动起来起来楞楞次次

10、定定律律的的一一种种理理解解是是阻阻碍碍相相对对运运动动，从从而而阻阻碍碍磁磁通通量量的的增增加加，磁磁铁铁转转动动时时，相相对对于于线线圈圈转转动动，所所以以线线圈圈也也同同方方向向转转动动，从从而而“阻阻碍碍”这这种种相相对对运运动动，电电磁磁驱驱动动也也可可以以用楞次定律来解释用楞次定律来解释4电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁阻尼电磁驱动电磁驱动不不同同点点成因成因由于导体在磁场中运动由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而而产生感应电流，从而使导体受到安培力使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，的变化而产生感应电流

11、，从而使导体受到安培力从而使导体受到安培力效果效果安培力的方向与导体运安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍物体动方向相反，阻碍物体运动运动导体受安培力的方向与导导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动方向相同，推动导体运动体运动能量能量转化转化导体克服安培力做功，导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电其他形式的能转化为电能，最终转化为内能能，最终转化为内能由于电磁感应，磁场能转由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机功，电能转化为导体的机械能，从而对外做功械能，从而对外做功相同点相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安两者都

12、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培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动(1)电电磁磁阻阻尼尼、电电磁磁驱驱动动都都是是电电磁磁感感应应现现象象，都都遵遵循循楞次定律；楞次定律；(2)电电磁磁阻阻尼尼、电电磁磁驱驱动动现现象象中中安安培培力力的的作作用用效效果果都都是是阻阻碍碍相相对对运运动动，应应注注意意电电磁磁驱驱动动中中阻阻碍碍的的结结果果，导导体体的运动速度仍要小于磁场的运动速度的运动速度仍要小于磁场的运动速度.解 题 方 法 指 导对应学生用书对应学生用书P26 如如图图所所示示是是高高频频焊焊接接原原理理示示意意图图线线圈圈中中

13、通通以以高高频频变变化化的的电电流流时时，待待焊焊接接的的金金属属工工件件中中就就产产生生感感应应电电流流，感感应应电电流流通通过过焊焊缝缝产产生生大大量量热热量量，将将金金属属熔熔化化，把把工工件件焊焊接接在在一一起起，而而工工件件其其他他部部分分发发热热很很少少以以下下说说法法正正确确的的是是()A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C工工件件上上只只有有焊焊缝缝处处温温度度升升得得很很高高是是因因为为焊焊缝缝处处的的电阻小电阻小D工工件件上上只只有有焊焊缝

14、缝处处温温度度升升得得很很高高是是因因为为焊焊缝缝处处的的电阻大电阻大【解解析析】电电流流的的频频率率越越高高，待待焊焊工工件件中中磁磁通通量量的的变变化化率率越越大大，产产生生的的感感应应电电动动势势越越大大，感感应应电电流流I越越大大，所所以以电电流流热热功功率率PI2R也也越越大大，温温度度升升高高越越快快，待待焊焊工工件件中中各各处处电电流流大大小小相相等等，但但焊焊缝缝处处电电阻阻大大，电电流流热热功功率率大大，而而其他部分电阻小，电流热功率小其他部分电阻小，电流热功率小【答案答案】AD【方法总结方法总结】(1)分分析析涡涡流流现现象象一一般般运运用用法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定

15、律律和和楞楞次定律次定律(2)导体内部可以等效为许多闭合电路导体内部可以等效为许多闭合电路(3)金属内部发热的原理为电流的热效应金属内部发热的原理为电流的热效应答案：答案：D如如图图所所示示，在在O点点正正下下方方有有一一个个具具有有理理想想边边界界的的磁磁场场，铜铜球球在在A点点由由静静止止释释放放，向向右右摆摆至至最最高高点点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()AA、B两点在同一水平线上两点在同一水平线上BA点高于点高于B点点CA点低于点低于B点点D铜球将做等幅摆动铜球将做等幅摆动【分分析析】电电磁磁阻阻尼尼现现象象中中要要抓抓住住两两点点，一一是是

16、金金属属能能够够自自身身形形成成闭闭合合回回路路，二二是是磁磁通通量量要要发发生生变变化化，形形成成涡涡流流，阻碍相对运动阻碍相对运动【解解析析】铜铜球球进进磁磁场场和和出出磁磁场场的的过过程程中中，都都有有涡涡流流产产生生，阻阻碍碍铜铜球球的的摆摆动动，从从而而有有机机械械能能转转化化为为内内能能，A点点高于高于B点，最终铜球将在磁场中做等幅摆动故选点，最终铜球将在磁场中做等幅摆动故选B.【答案答案】B【方法总结方法总结】电电磁磁阻阻尼尼现现象象作作为为电电磁磁感感应应现现象象的的一一个个特特例例，可可以以用用电电磁磁感感应应现现象象的的规规律律分分析析，“阻阻尼尼”也也就就是是感感应应电电

17、流流的的效效果果阻阻碍碍相相对对运运动动，从从而而出出现现机机械械能能向向电电能能的的转转化化电电磁磁阻阻尼尼现现象象的的分分析析方方法法：(1)运运用用楞楞次次定定律律分分析析导导体体的的受受力力情情况况；(2)运运用用力力学学知知识识和和能能量量守守恒恒定定律律分分析析导导体体的的运运动动情情况和能量转化情况况和能量转化情况如如图图所所示示，一一个个闭闭合合的的矩矩形形金金属属框框与与一一根根绝绝缘缘轻轻杆杆B相相连连，轻轻杆杆上上端端O点点是是一一个个固固定定转转轴轴，转转轴轴与与线线框框平平面面垂垂直直，线线框框静静止止时时恰恰位位于于蹄蹄形形磁磁铁铁的的正正中中央央，线线框框平平面面

18、与与磁磁感感线线垂垂直直现现让让线线框框沿沿垂垂直直磁磁场场方方向向摆摆动动，在左右摆动过程中，线框受到磁场力的方向是在左右摆动过程中，线框受到磁场力的方向是()A向向左左摆摆动动的的过过程程中中，受受力力方方向向向向左左；向向右右摆摆动动的的过程中，受力方向向右过程中，受力方向向右B向向左左摆摆动动的的过过程程中中，受受力力方方向向向向右右；向向右右摆摆动动的的过程中，受力方向向左过程中，受力方向向左C向向左左摆摆动动的的过过程程中中，受受力力方方向向先先向向左左后后向向右右；向向右摆动的过程中，受力方向先向右后向左右摆动的过程中，受力方向先向右后向左D摆动过程中始终不受力摆动过程中始终不受

19、力解解析析：从从阻阻碍碍相相对对运运动动的的角角度度来来看看，由由于于磁磁通通量量的的变变化化是是由由线线框框和和磁磁场场间间做做相相对对运运动动引引起起的的，因因此此感感应应电电流流的的磁磁场场总总是是阻阻碍碍线线框框相相对对磁磁场场的的运运动动要要阻阻碍碍相相对对运运动动，磁磁场场对对线线框框因因产产生生感感应应电电流流而而产产生生的的作作用用力力安安培培力力一一定定和和相相对对运运动动的的方方向向相相反反，即即线线框框向向左左摆摆动动时时受受力力方方向向向向右右，线框向右摆动时受力方向向左所以线框向右摆动时受力方向向左所以B正确正确答案：答案：B如如图图所所示示，光光滑滑弧弧形形轨轨道道

20、和和一一足足够够长长的的光光滑滑水水平平轨轨道道相相连连，水水平平轨轨道道上上方方有有一一足足够够长长的的金金属属杆杆，杆杆上上挂挂有有一一光光滑滑螺螺线线管管A.在在弧弧形形轨轨道道上上高高为为h的的地地方方，无无初初速速释释放放一一磁磁铁铁B(可可视视为为质质点点)，B下下滑滑至至水水平平轨轨道道时时恰恰好好沿沿螺螺线线管管A的的中中心心轴轴运运动动，设设A、B的的质质量量分分别别为为M、m，若若最终最终A、B速度分别为速度分别为vA、vB.(1)螺线管螺线管A将向哪个方向运动？将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能全过程中整个电路所消耗的电能【分分析析】磁磁铁铁B相相对对线

21、线圈圈运运动动产产生生电电磁磁驱驱动动作作用用，并且整个运动过程中能量守恒并且整个运动过程中能量守恒【解解析析】(1)磁磁铁铁B向向右右运运动动时时，螺螺线线管管中中产产生生感感应应电电流流，感感应应电电流流产产生生电电磁磁驱驱动动作作用用，使使得得螺螺线线管管A向向右右运动运动【方法总结方法总结】电电磁磁驱驱动动现现象象是是电电磁磁感感应应现现象象中中阻阻碍碍相相对对运运动动的的又又一一个个特特例例，正正是是这这种种作作用用实实现现了了通通过过磁磁体体的的运运动动导导致致线线圈圈向向同同一一方方向向运运动动的的现现象象分分析析的的依依据据仍仍旧旧是是电电磁磁感感应应的的规规律律和和力力学学知

22、知识识的的结结合合电电磁磁驱驱动动的的分分析析方方法法是是：(1)运运用用电电磁磁感感应应定定律律分分析析产产生生电电磁磁驱驱动动的的原原因因；(2)运运用用楞楞次次定定律律分分析析产产生生电电磁磁驱驱动动的的力力的的方方向向；(3)从从受受力力角角度度和和能能量量角角度分析导体的运动情况度分析导体的运动情况如如图图所所示示，矩矩形形线线圈圈放放置置在在水水平平薄薄木木板板上上，有有两两块块相相同同的的蹄蹄形形磁磁铁铁，四四个个磁磁极极中中两两相相邻邻磁磁极极之之间间的的距距离离相相等等，当当两两块块磁磁铁铁匀匀速速向向右右通通过过线线圈圈时时，线线圈圈仍仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方

23、向是静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是()A先向左，后向右先向左，后向右B先向左、后向右、再向左先向左、后向右、再向左C一直向右一直向右D一直向左一直向左解解析析：根根据据楞楞次次定定律律的的推推广广“来来拒拒去去留留”，当当两两磁磁铁铁靠靠近近线线圈圈时时，线线圈圈中中感感应应电电流流的的磁磁场场要要阻阻碍碍其其靠靠近近，线线圈圈有有向向右右移移动动的的趋趋势势，受受木木板板的的摩摩擦擦力力向向左左；当当磁磁铁铁远远离离时时，线线圈圈中中感感应应电电流流的的磁磁场场要要阻阻碍碍其其远远离离，线线圈圈仍仍有有向向右右移移动动的趋势，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故的趋势，受木板的摩擦力方

24、向仍是向左的，故D正确正确答案：答案：D默 读 联 想 记 忆对应学生用书对应学生用书P27解解析析：根根据据涡涡流流的的产产生生原原因因知知：涡涡流流就就是是平平时时常常见见的的感感应应电电流流，是是因因为为穿穿过过导导体体的的磁磁通通量量发发生生变变化化而而产产生生的的，所所以以A正正确确，B错错误误；涡涡流流和和其其他他电电流流一一样样，也也有有热热效效应应和和磁磁效效应应，C错错误误；硅硅钢钢的的电电阻阻率率大大，产产生生的的涡涡流流较较小小，不是不能产生涡流，不是不能产生涡流，D错误错误答案：答案：A2.如如图图所所示示，金金属属小小球球(铜铜球球)下下端端有有通通电电的的线线圈圈，今今把把小小球球拉拉离离平平衡衡位位置置后后释释放放，此此后后关关于于小小球球的的运运动动情情况况是是(不计空气阻力不计空气阻力)()A做等幅振动做等幅振动B做阻尼振动做阻尼振动C振幅不断增大振幅不断增大D无法判定无法判定