4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动

第七节：涡流一.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.B磁场增强时，金属板中是否有电流？流向？当线圈中的电流随时间变化时,铁块中电流如图所示，则图中电流正在如何变化？若电流周期性变化，铁块中感应电流如何变化？能否产生热量？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，高频焊接电源焊接处待焊接元件线圈导线电磁炉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。电磁灶的工作原理二、探雷器长柄线圈：内部通有变化的电流。地下的金属内部产生感应电流，电流的磁场反过来影响线圈中的电流的强弱，引发报警。门框~交流电报警电路线圈3.安检门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。(2)减少涡流——变压器、电动机变压器的铁芯由相互绝缘硅钢片叠成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-----电磁阻尼磁铁块固定线圈会发生什么现象？如图，把铜片悬挂在磁铁的两极间，形成一个摆。铜片可以自由摆动，是否经过较长时间才会停下来。分析现象分析现象取一灵敏电流计，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？2.讨论:(1)为什么用铝框做线圈骨架？V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。磁悬浮列车•电磁阻尼是导体相对于磁场运动;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。电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系电磁感应现象1、产生电磁感应现象的条件2、判定感应电流的方法3、感应电动势的方向（电源正负极）判定方法4、法拉第电磁感应定律5、感应电动势的四中计算方法6、电磁感应现象的两类情况（动生电动势和感生电动势）7、电磁感应现象的应用——自感现象处理电感线圈的方法自感电动势的大小、作用及方向判定；自感系数8、电磁感应现象的应用——涡流、电磁驱动、电磁阻尼电磁感应角度、能量角度认识规律如图所示是一种冶炼金属的感应炉示意图，炉内装着需冶炼的金属，炉外绕着很多匝线圈，当高频交变电流通过线圈后，炉内的金属就会被熔化。请你说明感应炉冶炼金属的原理，在电流有效值相同的情况下，电流频率的高低对冶炼过程有什么影响？例与练1涡流的热效应电流频率越高，自感电动势越大，产生的涡流越强，冶炼过程越快。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下列哪些措施是为了防止涡流的危害（）A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层例与练2CD在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动情况是()A、都做匀速运动B、甲做加速运动C、乙做匀速运动D、丙做匀速运动铁块会被磁化，与磁铁相互吸引铝块不会被磁化，形成涡流，与磁铁相互排斥例与练3BD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1.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.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】D3.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.