第四章第7节涡流__电磁阻尼和电磁驱动

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，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。涡流的应用真空冶炼炉涡流的应用高频焊接涡流的应用电磁炉涡流的应用金属探测器交变电流交变电流怎样减少涡流损耗？整块铁心彼此绝缘的薄片思考与讨论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,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。演示实验1二、电磁阻尼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，这种现象称为电磁阻尼。演示实验2取一灵敏电流计，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把灵敏电流计的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况与上次有什么不同，怎样解释这种差别？演示实验3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，磁铁会很快停下来。这种现象说明了什么？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。在这里，涡流的机械效应表现为电磁驱动。三、电磁驱动磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种现象称为电磁驱动。电磁驱动的应用交流感应电动机例1、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A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快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例2、如图所示，闭合金属铜环从高为h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A．若是匀强磁场，环上升的高度小于hB．若是匀强磁场，环上升的高度大于hC．若是非匀强磁场，环上升的高度等于hD．若是非匀强磁场，环上升的高度小于h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h。因此答案D正确。例3、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，则小球的材料可能是A．铁B．木C．铜D．铝如图4－7－2所示，一金属球用绝缘细线悬挂于O点，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，A、B为该磁场的竖直边界．若不计空气阻力，则()类型一电磁阻尼的分析A．金属球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度B．在进入和离开磁场时，金属球中均有感应电流C．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D．金属球最终将静止在平衡位置【解析】如图4－7－3所示，当金属球从1位置开始下落，进入磁场时(即2和3位置)，由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，必然有能量的转化，即有能量的损失．图4－7－31.如图4－7－4所示，A、B为大小、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．两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面．下面对于两管的描述可能正确的是()变式训练图4－7－4A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的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铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图4－7－5所示，在此过程中()类型二电磁驱动的分析和应用图4－7－5A．磁铁做匀速直线运动B．磁铁做减速运动C．小车向右做加速运动D．小车先加速后减速【思路点拨】本题为电磁驱动，可由楞次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律判断运动情况．2.如图4－7－6所示，把一个闭合线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直轴转动，当蹄形磁体逆时针(从上往下看)转动时，有关线圈的运动下列说法正确的是()变式训练图4－7－6A．线圈将顺时针方向转动B．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D．线圈将逆时针方向转动，转速比磁铁小解析：选D.根据电磁驱动，磁铁转动，线圈会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，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4－7－7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面上y＝b(ba)处以速度v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总量是()类型三电磁感应中的能量问题A．mgbB.12mv2C．mg(b－a)D．mg(b－a)＋12mv2【答案】D【点评】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．3.如图4－7－8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，杆上挂有一光滑螺旋管A.在弧形轨道上高为h的地方，无初速释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺旋管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB.变式训练(1)螺旋管A将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能．解析：(1)磁铁B向右运动时，螺旋管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺旋管A向右运动．(2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺旋管中的电能，所以mgh＝12MvA2＋12mvB2＋E电．即E电＝mgh－12MvA2－12mvB2.答案：见解析