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1、7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动,1.涡流 了解涡流是怎样产生的,了解涡流现象在日常生活和生产中的应用和危害。 2.电磁阻尼 电磁驱动 了解什么是电磁阻尼,什么是电磁驱动。了解电磁阻尼、电磁驱动在日常生活和生产中的应用。,1,2,3,1.涡流 (1)概念 由于电磁感应,在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。 (2)特点 整块金属的电阻很小,涡流往往很强,产生的热量很多。 (3)应用 涡流热效应的应用:如真空冶炼炉。 涡流磁效应的应用:如探雷器、安检门。 (4)防止 电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量,损坏电器。 途径一:增大铁芯材料的电阻率。 途径二:用相互绝缘的硅钢片叠成的
2、铁芯代替整块硅钢铁芯。,1,2,3,结合感应电流的产生条件想一想,涡流的产生条件是什么? 提示:因为涡流的本质是感应电流,所以产生条件也有两个,一是穿过金属块的磁通量发生变化,二是金属块本身可自行构成闭合回路。,1,2,3,2.电磁阻尼 (1)概念 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运动的现象。 (2)应用 磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止摆动,便于读数。,1,2,3,3.电磁驱动 (1)概念 磁场相对于导体转动时,导体中产生感应电流,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的现象。 (2)应用 交流感应电动机。 在电磁阻尼与电磁驱动中
3、安培力所起的作用相同吗?为什么? 提示:不同,因为电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反,是阻力,而在电磁驱动中,安培力的方向与导体运动方向相同,是动力。,1,2,1.对涡流现象的进一步理解 (1)可以产生涡流的两种情况 把块状金属放在变化的磁场中。 让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。 (2)能量转化 伴随着涡流现象,其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在了变化的磁场中,则磁场能转化为电能最终转化为内能;如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,则由于克服安培力做功,金属的机械能转化为电能,最终转化为内能。,1,2,例如:如图所示,在O点正下方有一个具有理想边界
4、的磁场,铜球在A点由静止释放向右摆至最高点B。不考虑空气阻力,铜球也回不到原来的高度,即A点一定高于B点,这是什么原因呢?铜球由A点运动至B点的过程中,在穿进穿出磁场两个阶段铜球中产生涡流,将铜球的一部分机械能转化为电能,最终产生了焦耳热,所以铜球的机械能减小,也就回不到原来的高度了。,1,2,(3)涡流的危害、防止及利用 涡流的危害 在各种电机、变压器中,涡流是非常有害的。首先它会使铁芯的温度升高,从而危及线圈绝缘材料的寿命,严重时会使材料报废;其次涡流发热要消耗额外的能量,使电机、变压器的效率降低。 涡流的防止 为了减少涡流,变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成,而是用薄薄的硅钢片叠合
5、而成。一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大,从而减少损耗;另一方面,每层硅钢片之间都是绝缘的,阻断了涡流的通路,进一步减少了涡流的发热。计算表明:涡流的损耗与硅钢片的厚度的二次方成正比。,1,2,涡流的利用 用来冶炼合金的真空冶炼炉,炉外有线圈,线圈中通过反复变化的电流,炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度。利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行,这样就能防止空气中的杂质进入金属,可以冶炼高质量的合金。为了增大涡流,达到快速熔化金属的目的,在线圈中通入高频交变电流,根据电磁感应定律,电流变化快,得到的感应电动势就大,涡流就强。 (4)涡流的本质 在理解涡流时,
6、要注意涡流本质上是由于电磁感应而产生的,它的产生仍然符合感应电流产生的条件(有磁通量的改变,具体形式是有磁场的变化或导体切割磁感线),特殊之处在于感应电流不是在线状回路中产生的,而是在块状金属中产生的。,1,2,2.电磁阻尼与电磁驱动比较,类型一,类型二,类型三,类型一 对涡流的理解 【例题1】如图所示,在匀强磁场中,金属球从曲面上h高处滚下,又沿曲面的另一侧上升。设球的初速度为零,摩擦不计,则金属球在另一侧滚上的高度 (选填“大于”“小于”或“等于”)h。 点拨:涡流的产生条件有两个:一是穿过金属球的磁通量发生变化,二是金属球必须是自行组成闭合的回路。 解析:由于金属球处于匀强磁场中,在从一
7、侧滚上另一侧的过程中,穿过金属球的磁通量没有发生变化,所以金属球内无涡流产生,也就没有机械能的损失,在另一侧就能滚上原来的高度。 答案:等于,类型一,类型二,类型三,题后反思涡流的本质是感应电流,紧扣感应电流的产生条件是解决这类问题的关键。 触类旁通例题1中若金属球处于非匀强磁场中,结论又会怎样? 答案:小于。因为此时滚动过程中穿过金属球的磁通量发生变化,金属球内有涡流产生,最终转化为金属球的焦耳热。即金属球的机械能有损失,所以在另一侧就滚不上原来的高度。,类型一,类型二,类型三,类型二 电磁阻尼的应用 【例题2】如图所示,弹簧上端固定,下端挂一个条形磁铁,使磁铁上下振动,磁铁的振动幅度不变。
8、若在振动过程中把线圈靠近磁铁,观察磁铁的振幅将会发现( ) A.S闭合时振幅逐渐减小,S断开时振幅不变 B.S闭合时振幅逐渐增大,S断开时振幅不变 C.S闭合或断开,振幅变化相同 D.S闭合或断开,振幅都不发生变化,类型一,类型二,类型三,点拨:产生感应电流的过程就是能量转化的过程。 解析:S断开时,磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中无感应电流,振幅不变;S闭合时有感应电流,有电能产生,磁铁的机械能越来越小,振幅逐渐减小,选项A正确。 答案:A 题后反思涡流、电磁阻尼、电磁驱动其实都是电磁感应现象,产生的电流都是感应电流,根据楞次定律可知,阻碍的过程就是能量转化的过程。,类型一,类型二,
9、类型三,类型三 电磁驱动问题分析 【例题3】如图所示,两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上,当一条形磁铁向左运动靠近两环时,两环的运动情况是( ) A.同时向左运动,间距变大 B.同时向左运动,间距变小 C.同时向右运动,间距变小 D.同时向右运动,间距变大 点拨:无论是电磁阻尼还是电磁驱动,都是由于导体和磁体间存在相对运动而产生的电磁感应现象,活用楞次定律的推广含义是分析此类问题的关键。,类型一,类型二,类型三,解析:本题考查了楞次定律和电磁驱动现象。当条形磁铁向左运动靠近两环时,将使穿过两环中的磁通量都增加,根据楞次定律,两环的运动都要阻碍磁铁相对环的运动,即阻碍“靠近”,那么两环都向左运动。又由于两环中的感应电流方向相同,两平行的同向电流间有相互吸引的磁场力,因而两环间的距离要减小,故B选项正确。 答案:B 题后反思从导体和磁体相对运动的角度来看,感应电流总要阻碍它们的相对运动,用这种方法来判断产生感应电流的导体的运动方向比较简单。,