1、第7节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动, 学习目标定位 1认识什么是涡流，什么是电磁驱动和电磁阻尼 2理解涡流的成因及本质，理解电磁驱动和电磁阻尼的原理 3学习本节还应了解涡流、电磁驱动和电磁阻尼在生产、生活和科技中的应用,课前预习 自主学习,基础知识梳理,一、涡流 1定义：由于 ，导体中会产生感应电流，这种电流像水的旋涡，所以叫涡流 2本质：属于 现象 3产生条件：金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中，穿过金属的 发生变化，并且金属本身构成闭合回路 二、电磁阻尼 当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到 ，安培力的方向总是 导体的运动，这就是电磁阻尼现象,电磁感应,电磁感应,磁通量,安培力,阻
2、碍,三、电磁驱动 如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生 使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这就是电磁驱动现象,感应电流,知识精讲 易错辨析,教材要点解读,要点一 涡流现象的分析,(2017温州市鹿城区期中)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用高频电流冶铁,例 1,【解析】 电磁炉采用了电磁感应原理，利用涡流使锅体发热从而加热食物的，属于涡流的应用，A不符合题意；磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，起到电磁阻尼作用，与涡流无关
3、，B不符合题意；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，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，C符合题意；用高频电流冶铁，是应用高频电流在铁矿中产生涡流来冶铁，属于涡流的应用，D不符合题意 【答案】 C,【方法总结】 (1)分析涡流现象一般运用法拉第电磁感应定律和楞次定律 (2)导体内部可以等效为许多闭合电路 (3)金属内部发热的原理为电流的热效应,2017浙江模拟)如图1所示的是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得构件内部是否断裂及位置的信息如图2所示的是一个带铁芯的线
4、圈L、开关S和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起关于对以上两个运用实例理解正确的是( ),变式训练 1-1,A涡流探伤技术运用了互感原理，跳环实验演示了自感现象 B能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料 C以上两个案例中的线圈所连接电源都必须是变化的交流电源 D以上两个案例中的线圈所连接电源也可以都是稳恒电源,解析：涡流探伤技术原理是利用电流线圈使物件内产生涡流，借助探测线圈测定涡流的改变，属于互感原理，跳环实验中线圈接在直流电源上，闭合开关的瞬间，穿过套环的磁通量改变，会产生感应电流，演示了楞次定律，A选项错误；无
5、论是涡流探伤技术，还是演示楞次定律，都需要产生感应电流，所用材料必须是导电材料，B选项正确；金属探伤时，探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中会感应出涡流；演示楞次定律的实验中，线圈可以接在直流电源上，C、D选项错误 答案：B,电磁阻尼有不少应用例如：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼力矩，以使线圈迅速稳定在所示值的位置电气列车中
6、的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一道理制成的,要点二 电磁阻尼的应用,如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，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，则下列说法正确的是( ) AA、B两点在同一水平线上 BA点高于B点 CA点低于B点 D铜球将做等幅摆动 【分析】 电磁阻尼现象中要抓住两点，一是金属能够自身形成闭合回路，二是磁通量要发生变化，形成涡流，阻碍相对运动,例 2,【解析】 铜球进磁场和出磁场的过程中，都有涡流产生，阻碍铜球的摆动，从而有机械能转化为内能，A点高于B点，最终铜球将在磁场中做等幅摆动故选B. 【答案】 B,【方法总结】 电磁阻尼现象作为电磁感应现象的
7、一个特例，可以用电磁感应现象的规律分析，“阻尼”也就是感应电流的效果阻碍相对运动，从而出现机械能向电能的转化电磁阻尼现象的分析方法：(1)运用楞次定律分析导体的受力情况；(2)运用力学知识和能量守恒定律分析导体的运动情况和能量转化情况,如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸面平面内摆动，有界的磁场其方向垂直纸面向里，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？,变式训练 2-1,解析：铜片在圆形磁场区域摆动时，通过铜片的磁通量会发生变化，在铜片内产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快
8、就停止摆动；如果在铜片上开有多条长缝时，就可以把涡流限制在缝与缝之间的铜片上，削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片就可以摆动较多的次数 答案：见解析,要点三 电磁驱动现象的分析,楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释,3电磁阻尼与电磁驱动的比较,(1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律； (2)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体的运动速度仍要小于磁场的运动速度,如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平
9、轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管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线管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.(1)螺线管A将向哪个方向运动？ (2)全过程中整个电路所消耗的电能,例 3,【分析】 磁铁B相对线圈运动产生电磁驱动作用，并且整个运动过程中能量守恒 【解析】 (1)磁铁B向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A向右运动 (2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能，所以,【方法总结】 电磁驱动现象是电磁感
10、应现象中阻碍相对运动的又一个特例，正是这种作用实现了通过磁体的运动导致线圈向同一方向运动的现象分析的依据仍旧是电磁感应的规律和力学知识的结合电磁驱动的分析方法是：(1)运用电磁感应定律分析产生电磁驱动的原因；(2)运用楞次定律分析产生电磁驱动的力的方向；(3)从受力角度和能量角度分析导体的运动情况,下列现象属电磁驱动的是( )A磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做 B微安表的表头在运输时要把两接线框短接 C自制金属地雷探测器 D当图中B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动,变式训练 3-1,解析：磁电式仪表线圈的骨架用铝框制成，工作时指针带动铝框偏转，切割磁感线产生感应电流，感应电流受到安培力，阻碍线
11、圈的转动，A选项错误；微安表的表头在运输时要把两接线框短接，由于电磁效应，线圈阻尼变得极大，运输时线圈不再容易摆动，可以防止指针打坏，故B选项错误；金属探测器由振荡器和功率放大器等组成，不是电磁驱动，C选项错误；图中B变大，导体a、b中产生感应电流，感应电流受到安培力作用滑动，属于电磁驱动，D选项正确 答案：D,知识反馈 自查自评,课堂巩固训练,解析：真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属进行冶炼的，A选项正确；电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生交变磁场，从而在锅具底部产生交变的涡流，B选项错误；阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，当金属板从磁场中穿过时，金属板内感应出的涡流会对金属板的运动产
12、生阻碍作用，C选项正确；变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片组成，不用整块的硅钢铁芯，其目的是为了减小涡流，D选项正确 答案：B,2(2017北京海淀区模拟)利用所学物理知识，可以初步了解安检中常用的一种手持金属探测器的工作原理及相关问题这种手持金属探测器工作时，因其内部的探测器线圈内通有一定频率(该频率可在固定的频率范围内调节)的正弦交变电流，产生迅速变化的磁场如果该种探测器附近有金属物品，在金属物品中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，引发探测器蜂鸣报警金属物品中感应出的涡流越大对探测器线圈中的电流的影响越大，金属物品中感应出涡流的大小与正弦交变电流的频率以及被检测金属物品的尺
13、寸和导电的性能有关关于该种金属探测器，下列说法中正确的是( ),A金属物品中产生的涡流的变化频率与探测器线圈中的交变电流的频率可能不同 B当探测器中通有的交变电流频率不在工作频率范围内时，被检测金属物品中就不产生感应电流 C探测器线圈中通低频率的正弦交变电流更容易检测出尺寸小、电阻率大的金属物品 D该种金属探测器能检测有无金属物品，但不能准确区分金属的种类,解析：金属探测器利用的是电磁感应现象，金属物品中产生的涡流的变化频率与探测器线圈中的交变电流的频率是相同的，A选项错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，与探测器中通有的交变电流频率无关，B选项错误；探测过程中工作时，当探测器靠近
14、金属物体时，能在金属中形成涡流，涡流的大小强弱与该物体的电阻率有关，电阻率越大，则涡电流的强度越小，所以探测器线圈中通低频率的正弦交变电流更难检测出尺寸小、电阻率大的金属物品，C选项错误；该种金属探测器能检测有无金属物品，但不能准确区分金属的种类，D选项正确 答案：D,3如图所示光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是( ) A两环都向右运动 B两环都向左运动 C环1静止，环2向右运动 D两环都静止,解析：条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静
15、止环2中磁通量变化根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动 答案：C,4.如图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO轴转动，当磁铁按图示方向绕OO轴转动，线圈的运动情况是( )A俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同 B俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同 C线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速 D线圈静止不动,解析：当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁铁的转速如果转速相等，线圈中的磁通量不再变化，起“驱动”作用的安培力将消失 答案：C,
