1、7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng),1.渦流 了解渦流是怎樣產(chǎn)生的,了解渦流現(xiàn)象在日常生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用和危害。 2.電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng) 了解什么是電磁阻尼,什么是電磁驅(qū)動(dòng)。了解電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)在日常生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。,1,2,3,1.渦流 (1)概念 由于電磁感應(yīng),在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的感應(yīng)電流。 (2)特點(diǎn) 整塊金屬的電阻很小,渦流往往很強(qiáng),產(chǎn)生的熱量很多。 (3)應(yīng)用 渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用:如真空冶煉爐。 渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用:如探雷器、安檢門(mén)。 (4)防止 電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過(guò)大而導(dǎo)致浪費(fèi)能量,損壞電器。 途徑一:增大鐵芯材料的電阻率。 途徑二:用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯

2、代替整塊硅鋼鐵芯。,1,2,3,結(jié)合感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件想一想,渦流的產(chǎn)生條件是什么? 提示:因?yàn)闇u流的本質(zhì)是感應(yīng)電流,所以產(chǎn)生條件也有兩個(gè),一是穿過(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生變化,二是金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路。,1,2,3,2.電磁阻尼 (1)概念 當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 (2)應(yīng)用 磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針迅速停止擺動(dòng),便于讀數(shù)。,1,2,3,3.電磁驅(qū)動(dòng) (1)概念 磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用,安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)的現(xiàn)象。 (2)應(yīng)用 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 在電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)中安培

3、力所起的作用相同嗎?為什么? 提示:不同,因?yàn)殡姶抛枘嶂邪才嗔Φ姆较蚺c導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反,是阻力,而在電磁驅(qū)動(dòng)中,安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同,是動(dòng)力。,1,2,1.對(duì)渦流現(xiàn)象的進(jìn)一步理解 (1)可以產(chǎn)生渦流的兩種情況 把塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中。 讓塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。 (2)能量轉(zhuǎn)化 伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如果金屬塊放在了變化的磁場(chǎng)中,則磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;如果是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),則由于克服安培力做功,金屬的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。,1,2,例如:如圖所示,在o點(diǎn)正下方有一個(gè)具有理想邊界的磁

4、場(chǎng),銅球在a點(diǎn)由靜止釋放向右擺至最高點(diǎn)b。不考慮空氣阻力,銅球也回不到原來(lái)的高度,即a點(diǎn)一定高于b點(diǎn),這是什么原因呢?銅球由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至b點(diǎn)的過(guò)程中,在穿進(jìn)穿出磁場(chǎng)兩個(gè)階段銅球中產(chǎn)生渦流,將銅球的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,最終產(chǎn)生了焦耳熱,所以銅球的機(jī)械能減小,也就回不到原來(lái)的高度了。,1,2,(3)渦流的危害、防止及利用 渦流的危害 在各種電機(jī)、變壓器中,渦流是非常有害的。首先它會(huì)使鐵芯的溫度升高,從而危及線圈絕緣材料的壽命,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使材料報(bào)廢;其次渦流發(fā)熱要消耗額外的能量,使電機(jī)、變壓器的效率降低。 渦流的防止 為了減少渦流,變壓器、電機(jī)里的鐵芯不是由整塊的鋼鐵制成,而是用薄薄的硅鋼片疊合而成

5、。一方面硅鋼片的電阻率比一般鋼鐵的要大,從而減少損耗;另一方面,每層硅鋼片之間都是絕緣的,阻斷了渦流的通路,進(jìn)一步減少了渦流的發(fā)熱。計(jì)算表明:渦流的損耗與硅鋼片的厚度的二次方成正比。,1,2,渦流的利用 用來(lái)冶煉合金的真空冶煉爐,爐外有線圈,線圈中通過(guò)反復(fù)變化的電流,爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化并達(dá)到很高的溫度。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程能在真空中進(jìn)行,這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬,可以冶煉高質(zhì)量的合金。為了增大渦流,達(dá)到快速熔化金屬的目的,在線圈中通入高頻交變電流,根據(jù)電磁感應(yīng)定律,電流變化快,得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就大,渦流就強(qiáng)。 (4)渦流的本質(zhì) 在理解渦流時(shí),要注

6、意渦流本質(zhì)上是由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的,它的產(chǎn)生仍然符合感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(有磁通量的改變,具體形式是有磁場(chǎng)的變化或?qū)w切割磁感線),特殊之處在于感應(yīng)電流不是在線狀回路中產(chǎn)生的,而是在塊狀金屬中產(chǎn)生的。,1,2,2.電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)比較,1,2,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,類(lèi)型一 對(duì)渦流的理解 【例題1】如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬球從曲面上h高處滾下,又沿曲面的另一側(cè)上升。設(shè)球的初速度為零,摩擦不計(jì),則金屬球在另一側(cè)滾上的高度(選填“大于”“小于”或“等于”)h。 點(diǎn)撥:渦流的產(chǎn)生條件有兩個(gè),一是穿過(guò)金屬球的磁通量發(fā)生變化,二是金屬球必須是自行組成閉合的回路。 解析:由于金屬球處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在從

7、一側(cè)滾上另一側(cè)的過(guò)程中,穿過(guò)金屬球的磁通量沒(méi)發(fā)生變化,所以金屬球內(nèi)無(wú)渦流產(chǎn)生,也就沒(méi)有機(jī)械能的損失,在另一側(cè)就能滾上原來(lái)的高度。 答案:等于,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,題后反思渦流的本質(zhì)是感應(yīng)電流,緊扣感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。 觸類(lèi)旁通例題1中若金屬球處于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,結(jié)論又會(huì)怎樣? 答案:小于。因?yàn)榇藭r(shí)滾動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)金屬球的磁通量發(fā)生變化,金屬球內(nèi)有渦流產(chǎn)生,最終轉(zhuǎn)化為金屬球的焦耳熱。即金屬球的機(jī)械能有損失,所以在另一側(cè)就滾不上原來(lái)的高度。,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,類(lèi)型二 電磁阻尼的應(yīng)用 【例題2】如圖所示,彈簧上端固定,下端掛一只條形磁鐵,使磁鐵上下振動(dòng),磁鐵的振動(dòng)幅度不變。

8、若在振動(dòng)過(guò)程中把線圈靠近磁鐵,觀察磁鐵的振幅將會(huì)發(fā)現(xiàn)() a.s閉合時(shí)振幅逐漸減小,s斷開(kāi)時(shí)振幅不變 b.s閉合時(shí)振幅逐漸增大,s斷開(kāi)時(shí)振幅不變 c.s閉合或斷開(kāi),振幅變化相同 d.s閉合或斷開(kāi),振幅都不發(fā)生變化,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,點(diǎn)撥:產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。 解析:s斷開(kāi)時(shí),磁鐵振動(dòng)穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中無(wú)感應(yīng)電流,振幅不變;s閉合時(shí)有感應(yīng)電流,有電能產(chǎn)生,磁鐵的機(jī)械能越來(lái)越小,振幅逐漸減小,選項(xiàng)a正確。 答案:a 題后反思渦流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)其實(shí)都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生的電流都是感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,阻礙的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,類(lèi)型三 電磁驅(qū)動(dòng)問(wèn)題分析 【例題3】如圖所示,兩個(gè)相同的輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上,當(dāng)一條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí),兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是() a.同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),間距變大 b.同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),間距變小 c.同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),間距變小 d.同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),間距變大 點(diǎn)撥:無(wú)論是電磁阻尼還是電磁驅(qū)動(dòng),都是由于導(dǎo)體和磁體間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,活用楞次定律的推廣含義是分析此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。,類(lèi)型一,類(lèi)型二,類(lèi)型三,解析:本題考查了楞次定律和電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí),將使穿過(guò)兩環(huán)中的磁通量都增加,根據(jù)楞次定律,兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)都要阻礙磁鐵相對(duì)環(huán)的運(yùn)動(dòng),即