1、第七節第七節渦流渦流 電磁阻尼和電磁驅動電磁阻尼和電磁驅動復習回顧復習回顧: “: “互感互感”和和“自感自感”互感和自感是兩種特殊的電磁感應現象互感和自感是兩種特殊的電磁感應現象, ,現在學現在學習另一種特殊的電磁感應現象習另一種特殊的電磁感應現象渦流渦流. .渦流在實渦流在實際生活中有許多應用，如：發電機、電動機和變際生活中有許多應用，如：發電機、電動機和變壓器等。當然渦流也有利和弊兩個方面，我們如壓器等。當然渦流也有利和弊兩個方面，我們如何去加以利用？如何去防止呢何去加以利用？如何去防止呢? ?一、渦流：一、渦流：用整塊金屬材料做鐵芯繞制的線圈，當線圈中通用整塊金屬材料做鐵芯繞制的線圈，

2、當線圈中通有變化的電流時，變化的電流會產生變化的磁場，有變化的電流時，變化的電流會產生變化的磁場，變化的磁場穿過鐵芯，整個鐵芯會自成回路，產變化的磁場穿過鐵芯，整個鐵芯會自成回路，產生感應電流，這種電流看起來像水中的旋渦，我生感應電流，這種電流看起來像水中的旋渦，我們就把這種電流叫做們就把這種電流叫做渦電流渦電流，簡稱渦流，簡稱渦流這個線圈附近的任何導體都會產生感應電流這個線圈附近的任何導體都會產生感應電流渦流是在渦流是在整塊金屬整塊金屬內產生內產生的感應電流的感應電流渦流是整塊導體發生的電渦流是整塊導體發生的電磁感應現象，同樣遵守法拉磁感應現象，同樣遵守法拉第電磁感應定律第電磁感應定律1 1

3、渦流產生的條件：渦流產生的條件：渦流的本質是電磁感應現象，渦流產生的條件是渦流的本質是電磁感應現象，渦流產生的條件是穿過金屬塊的磁通量發生變化，并且金屬塊本身穿過金屬塊的磁通量發生變化，并且金屬塊本身可自行構成閉合回路可自行構成閉合回路同時因為整個導體回路的同時因為整個導體回路的電阻一般很小，所以感應電流很大，就像水中的電阻一般很小，所以感應電流很大，就像水中的旋渦旋渦2 2可以產生渦流的兩種情況：可以產生渦流的兩種情況：(1)(1)把塊狀金屬放在變化的磁場中把塊狀金屬放在變化的磁場中(2)(2)讓塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動讓塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動3 3能量轉化：能量轉

4、化：伴隨著渦流現象，其他形式的能轉化成電能，最伴隨著渦流現象，其他形式的能轉化成電能，最終在金屬塊中轉化為內能終在金屬塊中轉化為內能如果金屬塊放在變化的磁場中，則如果金屬塊放在變化的磁場中，則磁場能磁場能轉化轉化為為電能電能，最終轉化為，最終轉化為內能內能如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功則由于克服安培力做功, ,金屬塊的金屬塊的機械能機械能轉化為轉化為電能電能，最終轉化為，最終轉化為內能內能(1)(1)真空冶煉爐真空冶煉爐 (2)(2)電磁爐的工作原理電磁爐的工作原理電磁爐的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當電磁爐的臺面下

5、布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，之間產生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產生強渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，使鍋底產生強渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟就放出大量的熱量，將飯菜煮熟(2)(2)金屬探測器、探雷器、安檢門等金屬探測器、探雷器、安檢門等金屬探測器金屬探測器探雷器探雷器5.5.渦流的危害：渦流的危害： 發熱發熱浪費能量浪費能量減少渦流的方法：增大回路的電阻減少渦流的方法：增大回路的電阻. .變壓器、電機的鐵芯都不是整塊金屬，而

6、是由變壓器、電機的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成的，以減少渦流和電能的損耗，同時避免破壞絕的，以減少渦流和電能的損耗，同時避免破壞絕緣層緣層二、電磁驅動與電磁阻尼二、電磁驅動與電磁阻尼: :當蹄形磁鐵轉動時，穿過線圈的磁通量就發生變當蹄形磁鐵轉動時，穿過線圈的磁通量就發生變化，例如線圈處于如圖所示的初始狀態時，穿過化，例如線圈處于如圖所示的初始狀態時，穿過線圈的磁通量為零，當蹄形磁體轉動時，穿過線線圈的磁通量為零，當蹄形磁體轉動時，穿過線圈的磁通量就增加了，根據楞次定律，此時線圈圈的磁通量就增加了，根據楞次定律，此

7、時線圈中就有感應電流產生，以阻礙磁通量的增加，因中就有感應電流產生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會跟著一起轉動起來而線圈會跟著一起轉動起來1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導體導體在磁場中運動時，感應電流使導體受到安培在磁場中運動時，感應電流使導體受到安培力而總是要阻礙導體的相對運動的現象。力而總是要阻礙導體的相對運動的現象。 應用應用: :磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等擺等. .磁場磁場相對于導體運動相對于導體運動, ,在導體中會產生感應電流在導體中會產生感應電流, ,感應電流使導體受到安培力的作用感應電流使導體受到安培力的作用, ,安培力使導安培力使

8、導體運動起來體運動起來2.2.電磁驅動電磁驅動: :1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導體導體在磁場中運動時，在磁場中運動時，感應電流使導體受到安感應電流使導體受到安培力而總是要阻礙導體培力而總是要阻礙導體的相對運動的現象的相對運動的現象磁場能磁場能轉化為轉化為電能電能，再轉化為導體的，再轉化為導體的機械能機械能導體的導體的機械能機械能轉化為轉化為電能，電能，再轉化為導體的再轉化為導體的內能內能交流感應電動機就是利用電磁驅動的原理工作的交流感應電動機就是利用電磁驅動的原理工作的3.從從動力學動力學的觀點來看的觀點來看線圈中產生的感應電流受到的安培力是使線圈轉線圈中產生的感應電流受到的安培力是使線圈轉

9、動起來的動力，對線圈而言是動起來的動力，對線圈而言是電磁驅動電磁驅動；而線圈；而線圈對磁鐵的作用力對磁鐵的轉動起阻礙作用，對磁對磁鐵的作用力對磁鐵的轉動起阻礙作用，對磁鐵而言是鐵而言是電磁阻尼電磁阻尼，因此電磁驅動和電磁阻尼是，因此電磁驅動和電磁阻尼是矛盾的兩個方面，不可分割矛盾的兩個方面，不可分割1.1.電磁阻尼：電磁阻尼：導體導體在磁場中運動在磁場中運動時，感應電流使導體受到安培力時，感應電流使導體受到安培力而總是要阻礙導體的相對運動的而總是要阻礙導體的相對運動的現象現象 2.2.電磁驅動電磁驅動: :磁場磁場相對于導體運相對于導體運動動, ,在導體中會產生感應電流在導體中會產生感應電流,

10、 ,感感應電流使導體受到安培力的作用應電流使導體受到安培力的作用, ,安培力使導體運動起來安培力使導體運動起來4.從從能量能量角度來看角度來看電磁阻尼電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉化中克服安培力做功，其他形式的能轉化為為電能電能最終轉化為內能最終轉化為內能電磁驅動電磁驅動中由于電磁感應，磁場能轉化為電能，中由于電磁感應，磁場能轉化為電能，通過安培力做功，通過安培力做功，電能電能轉化為導體的機械能而對轉化為導體的機械能而對外做功外做功l44電磁阻尼與電磁驅動的比較電磁阻尼與電磁驅動的比較電磁阻尼電磁阻尼電磁驅動電磁驅動不不同同點點成因成因由于導體在磁場中運動而由于導體在磁場中運動而產生

11、感應電流，從而使導產生感應電流，從而使導體受到安培力體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變由于磁場運動引起磁通量的變化而產生感應電流，從而使導化而產生感應電流，從而使導體受到安培力體受到安培力效果效果安培力的方向與導體運動安培力的方向與導體運動方向相反，阻礙物體運動方向相反，阻礙物體運動導體受安培力的方向與導體運導體受安培力的方向與導體運動方向相同，推動導體運動動方向相同，推動導體運動能量能量轉化轉化導體克服安培力做功，其導體克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，他形式的能轉化為電能，最終轉化為內能最終轉化為內能由于電磁感應，磁場能轉化為由于電磁感應，磁場能轉化為電能，通過安培力做功，電能電

12、能，通過安培力做功，電能轉化為導體的機械能，從而對轉化為導體的機械能，從而對外做功外做功相同點相同點兩者都是電磁感應現象，都遵循楞次定律，都是安培力阻兩者都是電磁感應現象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應電流的導體與磁場間的相對運動礙引起感應電流的導體與磁場間的相對運動例：如圖所示，兩個相等的輕質鋁環套在一根水例：如圖所示，兩個相等的輕質鋁環套在一根水平光滑絕緣桿上，當一條形磁鐵向左運動靠近兩平光滑絕緣桿上，當一條形磁鐵向左運動靠近兩環時，兩環的運動情況是環時，兩環的運動情況是( )( )A A同時向左運動，間距變大同時向左運動，間距變大B B同時向左運動，間距變小同時向左運動，間距變小

13、C C同時向右運動，間距變小同時向右運動，間距變小D D同時向右運動，間距變小同時向右運動，間距變小B B例：在水平放置的光滑導軌上，沿導軌固定一個例：在水平放置的光滑導軌上，沿導軌固定一個條形磁鐵，如圖。現有鐵、鋁和有機玻璃制成的條形磁鐵，如圖?，F有鐵、鋁和有機玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導軌上的滑塊甲、乙、丙，使它們從導軌上的A A點以某一點以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運動初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運動情況是情況是( )( ) A. A.都做勻速運動都做勻速運動 B. B.甲做加速運動甲做加速運動 C. C.乙做勻速運動乙做勻速運動 D. D.丙做勻速運動

14、丙做勻速運動BD例：如圖所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于例：如圖所示，一金屬球用絕緣細線懸掛于O O點，點，將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動過程將金屬球拉離平衡位置并釋放，金屬球擺動過程中經過有界的水平勻強磁場區域，中經過有界的水平勻強磁場區域，A A、B B為該磁場為該磁場的豎直邊界若不計空氣阻力，則的豎直邊界若不計空氣阻力，則( () )A.A.金屬球向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度金屬球向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度B.B.在進入和離開磁場時，金屬球中均有感應電流在進入和離開磁場時，金屬球中均有感應電流C.C.金屬球進入磁場后離最低點越近速度越大，感金屬球進入磁場后離最低點越近

15、速度越大，感應電流也越大應電流也越大D.D.金屬球最終將靜止在平衡位置金屬球最終將靜止在平衡位置B B例：位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一例：位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖所示，在此過程中穿過，如圖所示，在此過程中( () )A A磁鐵做勻速直線運動磁鐵做勻速直線運動B B磁鐵做減速運動磁鐵做減速運動C C小車向右做加速運動小車向右做加速運動D D小車先加速后減速小車先加速后減速BCBC例：如圖所示，把一個閉合線框放在蹄形磁體例：如圖所示，把一個閉合線框放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體

16、可以繞豎直軸轉動，的兩磁極之間，蹄形磁體可以繞豎直軸轉動，閉合線框也可以繞豎直軸轉動，當蹄形磁體逆閉合線框也可以繞豎直軸轉動，當蹄形磁體逆時針時針( (從上往下看從上往下看) )轉動時，有關線圈的運動下轉動時，有關線圈的運動下列說法正確的是列說法正確的是( () )A A線圈將順時針方向轉動線圈將順時針方向轉動B B線圈仍保持靜止線圈仍保持靜止C C線圈將逆時針方向轉動，轉速與磁鐵相同線圈將逆時針方向轉動，轉速與磁鐵相同D D線圈將逆時針方向轉動，轉速比磁鐵小線圈將逆時針方向轉動，轉速比磁鐵小D D例：如圖所示，例：如圖所示，A A、B B為大小、形狀為大小、形狀均相同且內壁光滑，但用不同材料均相同且內壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度制成的圓管，豎直固定在相同高度兩個相同的磁性小球，同時從兩個相同的磁性小球，同時從A A、B B管上端的管口無初速度釋放，穿過管上