4.7电磁阻尼和电磁驱动

第四章电磁感应一、涡流问题设计1.如图1所示，当磁场变化时，导体中就会产生感应电流，那么导体中的电荷为什么会定向移动而形成电流？知识探究答案根据麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场会在其周围空间产生感生电场，感生电场对导体中的自由电荷产生的电场力会使电荷定向移动，从而形成电流.图12.如果磁场是用变化的电流来获取的，导体用整块铁代替，如图2所示.请问铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？答案有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，感生电场在铁块中产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流.要点提炼1.定义：当线圈中的电流随时间变化时，由于，在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流，所以把这种感应电流叫做.2.决定因素：磁场变化越快(越大)，导体的横截面积S越，导体材料的电阻率越，形成的涡流就越大.ΔBΔt电磁感应涡流大小3.应用：、、机场安检等.4.防止：电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导致浪费能量，损坏电器.可增大铁芯材料的、用相互绝缘的叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯.真空冶炼探测地雷电阻率硅钢片二、电磁阻尼和电磁驱动问题设计1.电磁阻尼弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁.将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来.如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图3所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象.图3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？第四章电磁感应在运输中，用导线短路两接线柱，使表头线圈闭合产生电磁阻尼，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。2.电磁驱动一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图4所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动.当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动，当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动.图4根据以上现象，回答下列问题：(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？答案变化.(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度相同吗？答案线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来.线圈的转速小于磁铁的转速.要点提炼1.电磁阻尼(1)定义：当时，感应电流会使导体受到，安培力的方向总是导体的运动，这种现象称为.(2)应用：电磁阻尼中需要克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能.所以磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数.导体在磁场中运动安培力阻碍电磁阻尼2.电磁驱动(1)定义：如果转动，在导体中会产生，感应电流使导体受到安培力的作用，使导体运动起来，这种作用常称为电磁驱动.注意：电磁驱动中导体的运动速度要磁场的运动速度.(2)应用：电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向，做功，导体运动，电能转化为机械能.所以利用电磁驱动发明了交流感应电动机.磁场相对于导体感应电流安培力小于相同安培力推动3.电磁阻尼与电磁驱动的联系：电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为相对运动.阻碍典例精析一、涡流的理解与应用例1如图5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，将金属熔化，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()AD图5针对训练光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图6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()A.mgbB.12mv2C.mg(b－a)D.mg(b－a)＋12mv2Q＝|ΔEp＋ΔEk|＝mg(b－a)＋12mv2.二、对电磁阻尼的理解例2如图7所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动，有界磁场的方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动.如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？三、对电磁驱动的理解例3位于光滑水平面上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以初速度v水平穿过，如图8所示，在此过程中()A.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.小车先加速后减速课堂要点小结12341.(涡流的理解)下列做法中可能产生涡流的是()A.把金属块放在匀强磁场中B.让金属块在匀强磁场中做匀速运动C.让金属块在匀强磁场中做变速运动D.把金属块放在变化的磁场中自我检测1234解析涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化.而A、B、C中磁通量不变化，所以A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确.答案D12342.(涡流的应用)安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警.以下关于这个安检门的说法正确的是()1234A.这个安检门也能检查出毒品携带者B.这个安检门只能检查出金属物品携带者C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应12343.(电磁阻尼的理解与应用)如图9所示，条形磁铁用细线悬挂在O点.O点正下方固定一个水平放置的铝线圈.让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是()图91234A.磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B.磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C.磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D.磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力1234解析磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确.答案C12344.(电磁驱动的理解与应用)如图10所示，磁极远离和靠近圆环时产生的现象正确的是()图10A.图中磁铁N极接近A环时，A环被吸引，而后被推开B.图中磁铁N极远离A环时，A环被排斥，而后随磁铁运动C.用磁铁N极接近B环时，B环被排斥，远离磁铁运动D.用磁铁的任意一磁极接近A环时，A环均被排斥1234解析根据楞次定律，感应电流在回路中产生的磁通量总是反抗(或阻碍)原磁通量的变化，所以用磁铁的任意一磁极接近A环时，A环均被排斥；由于B环不是闭合回路，因此没有感应电流.答案D