涡流、电磁阻尼和电磁驱动
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高中物理选修3-2-涡流+电磁阻尼和电磁驱动
涡流电磁阻尼和电磁驱动知识元涡流电磁阻尼和电磁驱动知识讲解1．涡流（1）定义：由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫做涡电流，简称涡流．（2）决定因素：磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大．（3）涡流产生的条件①穿过金属块的磁通量发生变化．②金属块自身构成闭合回路．③金属块的电阻较小．（4）利用．①电磁炉：金属块内产生涡流时将会产生电热，因此可以用涡流来加热物体．电磁炉就是利用了这一原理．②真空冶炼：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入周期性变化的电流，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．（5）防止：①增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大．②用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少．2．涡流现象中的能量分析伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能．（1）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．（2）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，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能，就会产生电热．3．电磁阻尼（1）电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，导体中产生的感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．（2）应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数．4．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．例题精讲涡流电磁阻尼和电磁驱动例1.下列现象中利用涡流的是（）A．金属探测器B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉D．磁电式仪表的线圈用铝框做骨架例2.用下述方法给仪器内部的金属部分加热：把含有玻璃外壳的仪器放在通有交变电流的线圈中，仪器内部的金属部分变热了，而玻璃外壳还是冷的。
19.5涡流电磁阻尼电磁驱动
19.5 涡流、电磁阻尼、电磁驱动
要点一.涡流
1.定义
在变化的磁场中的导体内产生的感应电流，就像水中的漩涡。
所以把它叫作涡电流，简称涡流。
2.本质及特点
1.本质
涡流的本质是电磁感应现象.
与一般导体或线圈的区别是：金属块自称闭合回路，但是同样遵循电磁感应定律. 2.特点
若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多。
3.大小
涡流大小的决定因素：E=n ∆B
∆t S I=E
R ①磁场变化越快(ΔB
Δt 越大)，涡流越大。
②导体的横截面积S 越大,涡流越大。
③导体材料的电阻率越小，涡流越大。
4.产生涡流的两种情况
（1）块状金属放在变化的磁场中。
（2）块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。
5.对涡流的能量转化
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。
（1）金属块放在变化的磁场中：磁场能转化为电能，最终转化为内能。
（2）如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动：由于克服安培力做功，金属块的机
电磁炉的工作原理
管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管。
涡流,电磁阻尼和电磁驱动
注意：涡流的本质是电磁感应现象，与一般导 体或线圈的最大区别是金属块本身构成闭合回路， 它同样遵守电磁感应定律．
5.应用与预防
A）应用：（1）涡流的热效应：高频真空冶炼炉 （2）涡流的磁效应：探雷器，安检门
B）预防方法： （1）增大铁心材料的电阻率 （2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来 代替整块硅钢铁芯
【答案】 B 【点评】 产生涡流的条件 是：金属球的磁通量变化．
2）如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿
曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲 面处在图示磁场中，则（ BD） A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h
B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快
C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的
电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的
电阻大
3．可以产生涡流的两种情况
(1)把块状金属放在变化的磁场中．
(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．
4．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．金属块的机械能转化为电能， 最终转化为内能．
二、电磁阻尼 1）定义：当导体在磁场中运动时，如导体中出现涡流， 即感应电流，感应电流会受到安培力作用，安培力的作用 总是_阻__碍___导体的运动，这种现象叫做 电磁阻尼．
V0
三、电磁驱动 1）定义：如果磁场相对于导体运动，在导体中会产 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，这种作用就是 电磁驱动．
5.应用与预防
A）应用：（1）涡流的热效应：高频真空冶炼炉 （2）涡流的磁效应：探雷器，安检门
B）预防方法： （1）增大铁心材料的电阻率 （2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来 代替整块硅钢铁芯
【答案】 B 【点评】 产生涡流的条件 是：金属球的磁通量变化．
2）如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿
曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲 面处在图示磁场中，则（ BD） A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h
B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快
C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的
电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的
电阻大
3．可以产生涡流的两种情况
(1)把块状金属放在变化的磁场中．
(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．
4．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．金属块的机械能转化为电能， 最终转化为内能．
二、电磁阻尼 1）定义：当导体在磁场中运动时，如导体中出现涡流， 即感应电流，感应电流会受到安培力作用，安培力的作用 总是_阻__碍___导体的运动，这种现象叫做 电磁阻尼．
V0
三、电磁驱动 1）定义：如果磁场相对于导体运动，在导体中会产 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，这种作用就是 电磁驱动．
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
7
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、涡流
感应电流 ， 1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的_________ 就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。
2.特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生 热量 很多。 的_____
3.应用：
热效应 的应用：如真空冶 (1)涡流_______ 炼炉。 磁效应 的应用：如探雷器、 (2)涡流_______
(4)√。电磁灶是在金属锅体中产生热效应，是典型的
涡流现象的应用，通过这种方式，可以达到加热和烹 饪食物的目的。
二、电磁阻尼和电磁驱动 1.电磁阻尼： (1)定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导 阻碍 导体的运动 体受到安培力，安培力的方向总是_____
的现象。
电磁阻尼使指针很快地停 (2)应用：电学仪表中利用_________ 下来，便于读数。
安检门。
4.防止：
涡流过大 而 电动机、变压器等设备中为防止铁芯中_________ 导致浪费能量，损坏电器。 电阻率 。 (1)途径一：增大铁芯材料的_______
硅钢片叠成 的铁芯代替整 (2)途径二：用相互绝缘的___________
块硅钢铁芯。
【判一判】 (1)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导 体的磁通量变化而产生的。( ) )
(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化
而零件的其他部分并不是很热？
提示：(1)A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化 率越大，产生的感应电动势越大，感应电流 I越大，所
以电流热功率P=I2R也越大，焊接得越快。
(2)B中各处电流大小相等，但接口a处电阻大，电流热 功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，所以接
B.若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C.若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、涡流
感应电流 ， 1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的_________ 就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。
2.特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生 热量 很多。 的_____
3.应用：
热效应 的应用：如真空冶 (1)涡流_______ 炼炉。 磁效应 的应用：如探雷器、 (2)涡流_______
(4)√。电磁灶是在金属锅体中产生热效应，是典型的
涡流现象的应用，通过这种方式，可以达到加热和烹 饪食物的目的。
二、电磁阻尼和电磁驱动 1.电磁阻尼： (1)定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导 阻碍 导体的运动 体受到安培力，安培力的方向总是_____
的现象。
电磁阻尼使指针很快地停 (2)应用：电学仪表中利用_________ 下来，便于读数。
安检门。
4.防止：
涡流过大 而 电动机、变压器等设备中为防止铁芯中_________ 导致浪费能量，损坏电器。 电阻率 。 (1)途径一：增大铁芯材料的_______
硅钢片叠成 的铁芯代替整 (2)途径二：用相互绝缘的___________
块硅钢铁芯。
【判一判】 (1)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导 体的磁通量变化而产生的。( ) )
(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化
而零件的其他部分并不是很热？
提示：(1)A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化 率越大，产生的感应电动势越大，感应电流 I越大，所
以电流热功率P=I2R也越大，焊接得越快。
(2)B中各处电流大小相等，但接口a处电阻大，电流热 功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，所以接
B.若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C.若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件
1.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的运动-----电磁阻尼
2.讨论: (1)为什么用铝框做线圈骨架？
V
(2)、微安表的表头在运输时为何应该 把两个接 线柱连在一起？
三、电磁驱动
1、如磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,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----电磁驱动。
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、涡流 用整块金属材料做铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的 电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过 铁芯，整个铁芯会自成回路，产生__感__应__电__流__，这种电流 看起来像水中的旋涡，我们就把这种电流叫做_涡__电__流__， 简称___涡__流．
二、电磁阻尼 当导体在磁场中运动时，如导体中出现涡流，即感应电流， 感应电流会受到安培力作用，安培力的作用总是_____阻导碍体 的运动，这种现象叫做_电__磁__阻__尼__. 三、电磁驱动 如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，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，这种作用就是_电__磁__驱__动__.
观察发电机、电动机和变压器，可以看到它们的铁芯
都不是整块金属，而是许多相同绝缘的薄硅钢片叠合而成 的．为什么这样做呢？
一、涡流
如果磁场是用变化的电流来获取 的，导体用整块铁代替，如图所 示，请问铁块中有感应电流吗？ 如果有，它的形状像什么？
1.当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的任何 导体中都会产生感应电流-----涡流.
2、交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理 工作的。
2.金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小， 则涡流很强，产生的热量也很多。
2.讨论: (1)为什么用铝框做线圈骨架？
V
(2)、微安表的表头在运输时为何应该 把两个接 线柱连在一起？
三、电磁驱动
1、如磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,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----电磁驱动。
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、涡流 用整块金属材料做铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的 电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过 铁芯，整个铁芯会自成回路，产生__感__应__电__流__，这种电流 看起来像水中的旋涡，我们就把这种电流叫做_涡__电__流__， 简称___涡__流．
二、电磁阻尼 当导体在磁场中运动时，如导体中出现涡流，即感应电流， 感应电流会受到安培力作用，安培力的作用总是_____阻导碍体 的运动，这种现象叫做_电__磁__阻__尼__. 三、电磁驱动 如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，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，这种作用就是_电__磁__驱__动__.
观察发电机、电动机和变压器，可以看到它们的铁芯
都不是整块金属，而是许多相同绝缘的薄硅钢片叠合而成 的．为什么这样做呢？
一、涡流
如果磁场是用变化的电流来获取 的，导体用整块铁代替，如图所 示，请问铁块中有感应电流吗？ 如果有，它的形状像什么？
1.当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的任何 导体中都会产生感应电流-----涡流.
2、交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理 工作的。
2.金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小， 则涡流很强，产生的热量也很多。
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件
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.
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？
(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
一、涡流
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？
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1
图2
2.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？
同吗？
图4
答案 (1)变化.
(2)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] 电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系：
1.电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向 相反 ， 阻碍 导体运动；电磁驱动中导体 受安培力的方向与导体运动方向 相同 ， 推动 导体运动.
A.t1＞t2，v1＞v2
图9 B.t1＝t2，v1＝v2 C.t1＜t2，v1＜v2
D.t1＜t2，v1＞v2
解析 开关 S 断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g； 当 S 闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故 a＜g.所以 t1＜t2，v1＞v2.
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 课堂小结 自我检测
车涡流、电磁阻尼和电磁驱动
电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象．
2．应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表
等．
知识点 4 涡流、电磁阻尼、电磁驱动的区别与联系
涡流 电磁阻尼 电磁驱动
感 块状金属在变化的磁场 导体相对于磁场运 磁场相对于导体 区 应 中或在磁场中运动时，金 动时，导体产生感 运动时，导体产生 别 电 属块内产生的感应电流 应电流 感应电流 流
图 4－7－1 解析：当线圈中通过高频交变电流时，由于电磁感应，圆 形金属工件中产生的感应电动势大小为
ΔΦ ΔB 2 ΔB E＝ Δt ＝S· Δt ＝πr · Δt ＝100 V
工件非焊接部分的电阻 R1＝R0·2πr，代入数据得
R1＝2×10-3 Ω
焊接部分的电阻 R2＝99R1， 根据串联电路的电压分配关系， R2 R2 两端电压 U＝ E R1＋R2 U2 U2 R2E2 由 P＝ R 得，焊接处产生的热功率 P＝ R ＝ 2，代 R ＋ R 2 1 2 入数据解得 P＝4.95×104 W.
1.如图 4－7－2 所示，在水平地面下有一条沿东西方向铺设
的水平直导线，导线中通有自东向西稳定、强大的直流电流． 现用一闭合的检测线圈(线圈中串有灵敏的检流计，图中未画出) 检测此通电直导线的位置，若不考虑地磁场的影响，在检测线 圈位于水平面内，从距直导线很远处由此向南沿水平地面通过
导线的上方并移至距直导线很远处的
位置落至 B 位置，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应 电流方向为( C )
图 4－7－4
A．始终顺时针
C．先顺时针，再逆时针
B．始终逆时针
D．先逆时针，再顺时针
题型2
电磁阻尼、电磁驱动分析
【例 3】如图 4－7－5 Байду номын сангаас示，两个相等的轻质铝环套在一
涡流、电磁阻尼、电磁驱动
电磁阻尼的应用
磁悬浮列车：利用电磁阻尼原理实现列车与轨道之间的无接触悬浮和导向。
电梯：利用电磁阻尼系统实现电梯的平稳启动和停止提高乘坐舒适性。
电机：在电机设计中电磁阻尼技术可以用来抑制转子的振动提高电机的稳定性和可靠 性。 磁力矩器：利用电磁阻尼原理实现精确控制和调节力矩广泛应用于各种机械和电气设 备中。
电磁阻尼的原理
电磁阻尼是利 用磁场对电流 的阻力作用来 减缓物体的运
动速度。
ห้องสมุดไป่ตู้
当导体在磁场 中运动时导体 中的电流会产 生磁场这个磁 场与原磁场相 互作用产生一 个阻力使导体
减速。
电磁阻尼的大 小取决于导体 的运动速度、 导体的材料、 导体的长度和 磁场的强度等
因素。
电磁阻尼在日 常生活中的应 用非常广泛如 磁悬浮列车、 电动自行车等。
添加标题
添加标题
涡流的大小与磁场强度、导体运动 速度和导体的形状有关
涡流的应用包括电磁炉、电磁吸盘、 磁力悬浮等
涡流的产生原理
变化的磁场在 导体中产生感
应电流
导体中的感应 电流形成闭合
回路
感应电流与原 磁场相互作用 产生涡旋状的
电动势
涡旋状的电动 势在导体中产
生涡流
涡流的应用
涡流检测：利用涡流检测技术对金属材料进行无损检测 涡流热成像：通过涡流检测设备的热成像功能对材料进行温度检测和热流分析 涡流清洗：利用涡流产生的振动和冲击力清洗管道、容器等设备 涡流发生器：在船舶、飞机等交通工具中利用涡流发生器产生涡流提高推进效率
应用场景的比较
涡流：在电机、 变压器、发电机 等电气设备中涡 流的应用场景主 要涉及能量的转
换和传输。
电磁阻尼：在各 种电磁感应装置 中如磁悬浮列车、 电磁炉等电磁阻 尼的应用场景主 要涉及能量的吸
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件
防止 (1)途径一:增大铁芯材料的⑦ 电阻率 (2)途径二:用相互绝缘的⑧ 硅钢片 叠成的铁芯代替整个硅钢铁
芯
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⑨ 阻碍 (选填“促进”或“阻碍”)导体的
运动,这种现象称为电磁阻尼。
(2)应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速⑩ 停下来 ,
(2)阅读教材中“演示”的相关内容,回答下面问题。 如图所示,一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间,蹄形磁铁
和闭合线圈都可以绕 OO'轴转动。当转动蹄形磁铁时,观察线圈的运
动。怎样解释线圈的运动?
解答:当蹄形磁铁转动时,穿过线圈的磁通量就发生变化。例如, 线圈处于图中所示的初始状态时,穿过线圈的磁通量为零,蹄形磁铁 一转动,穿过线圈的磁通量就增加了,根据楞次定律,此时线圈中就 有感应电流产生,以阻碍磁通量的增加,因而线圈会跟着一起转动起 来。
主题 2:电磁阻尼、电磁驱动(重点探究) (1)阅读教材中的“思考与讨论”,回答下列问题。
①如图甲所示,一个单匝线圈落入磁场中,分析它在图示位置时
感应电流的方向和所受安培力方向。安培力对线圈的运动有什么影 响?
②磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,如
图乙所示。假定仪表工作时指针向右转动,铝框中的感应电流沿什么 方向?由于铝框转动时其中有感应电流,铝框要受到安培力,安培力 沿什么方向?安培力对铝框的转动产生什么影响?使用铝框做线圈骨 架有什么好处?
解答:①单匝线圈落入磁场中图示位置时感应电流方向为逆时
针,由左手定则可判定安培力方向向上,安培力阻碍线圈的下落。
②仪表工作时指针向右偏转,铝框中的感应电流方向(从上往下
芯
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⑨ 阻碍 (选填“促进”或“阻碍”)导体的
运动,这种现象称为电磁阻尼。
(2)应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速⑩ 停下来 ,
(2)阅读教材中“演示”的相关内容,回答下面问题。 如图所示,一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间,蹄形磁铁
和闭合线圈都可以绕 OO'轴转动。当转动蹄形磁铁时,观察线圈的运
动。怎样解释线圈的运动?
解答:当蹄形磁铁转动时,穿过线圈的磁通量就发生变化。例如, 线圈处于图中所示的初始状态时,穿过线圈的磁通量为零,蹄形磁铁 一转动,穿过线圈的磁通量就增加了,根据楞次定律,此时线圈中就 有感应电流产生,以阻碍磁通量的增加,因而线圈会跟着一起转动起 来。
主题 2:电磁阻尼、电磁驱动(重点探究) (1)阅读教材中的“思考与讨论”,回答下列问题。
①如图甲所示,一个单匝线圈落入磁场中,分析它在图示位置时
感应电流的方向和所受安培力方向。安培力对线圈的运动有什么影 响?
②磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,如
图乙所示。假定仪表工作时指针向右转动,铝框中的感应电流沿什么 方向?由于铝框转动时其中有感应电流,铝框要受到安培力,安培力 沿什么方向?安培力对铝框的转动产生什么影响?使用铝框做线圈骨 架有什么好处?
解答:①单匝线圈落入磁场中图示位置时感应电流方向为逆时
针,由左手定则可判定安培力方向向上,安培力阻碍线圈的下落。
②仪表工作时指针向右偏转,铝框中的感应电流方向(从上往下
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件
①途径一：增大铁芯材料的电阻率 ． ②途径二：用相互绝缘的 硅钢片 叠成的铁芯代替整块硅 钢铁芯．
2．思考判断 (1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁 感应定律．(×) (2) 通 过 增 大 铁 芯 材 料 的 电 阻 率 可 以 减 小 涡 流 的 产 生．(√) (3)变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流．(√)
【提示】 如果导体速度和磁场速度一样，则两者相对 速度为零，感应电流便不会产生，这时的电磁驱动作用就会 消失，所以导体速度总要比磁场速度慢一些.
对涡流的理解
【问题导思】 1．产生涡流的条件是什么？ 2．发生涡流时，伴随着哪些能量发生转化？
1．涡流的产生 涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变 化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可 以等效成许许多多的闭合电路，当穿过这些闭合电路的磁通 量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流， 即导体内部产生了涡流．
【答案】 C
1．如图 4－7－3 所示，是高频焊接原理示意图，线圈中 通以高频交流电时，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量，将金属熔化，把工件焊接 在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是
()
图 4－7－3
A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电 阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电 阻大中运动 而产生感应电流，从而 使导体受到安培力
由于磁场运动引起磁通 量的变化而产生感应电 流，从而使导体受到安 培力
不 同 点
效 果
安培力的方向与导体运 动方向相反，阻碍物体 运动
2．思考判断 (1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁 感应定律．(×) (2) 通 过 增 大 铁 芯 材 料 的 电 阻 率 可 以 减 小 涡 流 的 产 生．(√) (3)变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流．(√)
【提示】 如果导体速度和磁场速度一样，则两者相对 速度为零，感应电流便不会产生，这时的电磁驱动作用就会 消失，所以导体速度总要比磁场速度慢一些.
对涡流的理解
【问题导思】 1．产生涡流的条件是什么？ 2．发生涡流时，伴随着哪些能量发生转化？
1．涡流的产生 涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变 化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可 以等效成许许多多的闭合电路，当穿过这些闭合电路的磁通 量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流， 即导体内部产生了涡流．
【答案】 C
1．如图 4－7－3 所示，是高频焊接原理示意图，线圈中 通以高频交流电时，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量，将金属熔化，把工件焊接 在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是
()
图 4－7－3
A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电 阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电 阻大中运动 而产生感应电流，从而 使导体受到安培力
由于磁场运动引起磁通 量的变化而产生感应电 流，从而使导体受到安 培力
不 同 点
效 果
安培力的方向与导体运 动方向相反，阻碍物体 运动
涡流电磁阻尼和电磁驱动
电磁驱动的应用
01
02
03
电机
各种类型的电机，如直流 电机、交流电机、步进电 机等，都是基于电磁驱动 原理。
磁悬浮
磁悬浮列车和磁悬浮轴承 等磁悬浮技术也是利用电 磁驱动原理。
自动控制系统
在自动控制系统中，如伺 服系统、比例阀等，电磁 驱动也是关键部分。
电磁驱动的优缺点
优点
电磁驱动具有快速、精确、高效的特 点，且结构紧凑、可靠性高。
03
电磁驱动
电磁驱动原理
01
基于电磁感应定律
当导体在磁场中运动时，会产生电动势，从而产生电流。这个电流反过
来会产生一个磁场，与原始磁场相互作用，产生一个力，使导体运动。
02
磁场和电流的交互作用
磁场和电流的交互作用产生了一个转矩或力，这个转矩或力使导体按照
特定的方向旋转或移动。
03
动态响应
电磁驱动具有快速的动态响应，可以在毫秒级别内实现精确控制。
在旋转机械、振动控制、精密仪器等领域，涡流电磁阻尼技术被广泛应用，用 于减小振动、降低噪音、提高设备稳定性和寿命。
主题概述
涡流电磁阻尼的基本原理
当导体在磁场中作相对运动时，会在导体中产生感应电动 势，进而形成感应电流，即涡流。涡流与磁场相互作用产 生阻尼力，从而实现减振降噪的效果。
电磁驱动的基本原理
优缺点的比较
涡流电磁阻尼
优点在于其结构简单、阻尼力大、调 节方便等；缺点在于其能耗较高、发 热量大、需要频繁维护和更换部件。
电磁驱动
优点在于其响应速度快、驱动力大、 控制精度高等；缺点在于其结构复杂、 成本较高、需要额外的电源和控制器 等。
05
未来发展与展望
涡流电磁阻尼的未来发展
涡流电磁阻尼和电磁驱动
下列现象属电磁阻尼旳是____________，属电磁 驱动旳是________．
A．磁电式仪表线圈旳骨架用铝框来做 B．微安表旳表头在运送时要把两接线框短接 C．自制金属地雷探测器 D．交流感应电动机 E．当右图中B变大时，a、b在固定 光滑导轨上滑动
解析： 电磁阻尼是指导体在磁场中运动时，感应电流会 使导体受到安培力，安培力旳方向总是阻碍导体运动；而电磁 驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电 流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体 运动．
工具
第四章 电磁感应
高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交 流电，金属工件旳焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊 接．要使焊接处产生旳热量较大，可采用( )
A．减小交变电流旳频率 B．增大交变电流旳频率 C．增大焊接缝旳接触电阻 D．减小焊接缝旳接触电阻
工具
第四章 电磁感应
解析：
答案： BC
答案： AB DE
◎ 教材资料分析 〔思索与讨论〕——教材P27 分析电表线圈骨架旳作用
磁电式仪表旳线圈经常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上 图乙．假定仪表工作时指针向右转动，铝框中旳感应电流沿什 么方向？因为铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培 力．安培力是沿什么方向旳？安培力对铝框旳转动产生什么影 响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？
(2)陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生感应电流 电阻率小， 电热少，效率低
(3)能起到加热作用，因为线圈产生旳磁场能穿透纸板到达 锅底，在锅底产生感应电流，利用电流旳热效应起到加热作用.
练习：1、下列应用与涡流有关旳是( )
A．家用电磁炉
B．家用微波炉
C．真空冶炼炉
D．探雷器
解析： 家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流旳热效应工作，
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
二、涡流的利用 （2）高频焊接机：由于焊接缝处接触电阻很大， 放出的热量很多，致使温度升高将金属熔化，焊 接在一起。
二、涡流的利用 （3）电磁炉： 利用电磁感应中的涡流的热效应来烧菜做饭
趋肤效应： 导体表面的涡流比内部 强，磁场变化的频率越高， 加热越深，现象越明显。
二、涡流的利用
2.磁效应：
电磁感应的其他一些应用
Байду номын сангаас
v
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电磁阻尼，使金属盘，磁铁和金属球快速停下， 机械能转化为电能以热的形式散发到周围的空气中。
课堂练习
1、下列哪些措施是为了防止涡流的危害 （ CD ） 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、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导 电的氧化层
课堂练习
2、在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个 条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的 滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一 初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动 情况是( BD ) A、都做匀速运动 B、甲做加速运动 C、乙做匀速运动 D、丙做匀速运动 注意：铁磁化相吸，铝电磁感应产生涡流， 故铁加速，铝减速
思考与讨论 1.为什么变压器的铁芯不是整 块金属，而是用许多相互绝缘 的薄硅钢片叠合而成？
2.电磁炉所用的锅是用什么材 料做成的？为什么？
一、涡流 1.定义： 磁场变化时，磁场中的导体会产生感应电 流，看起来像水中的旋涡，叫做涡流。 2.产生原因： 穿过金属块的磁通量变化
二、涡流的利用 1.热效应： （1）真空冶炼炉： 交流电的频率越高，感应电动 势就越大，金属材料的电阻率越小， 产生的涡流热效应就越强。 速度快，温度易控制，整个过程在真空中进 行，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，适于 冶炼特种合金和特种钢。
高中物理-涡流_电磁阻尼和电磁驱动
课堂练习
（2015年全国新课标1卷19题） 1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”实验中将一铜圆盘水 平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所 示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁 针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是 A. 圆盘上产生了感应电动势 B. 圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动 C. 在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化 D. 在圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致 磁针转动
形式能转化为电能，最终转 化为内能
由于电磁感应，磁场能转
化为电能，通过安培力 做功，电能转化为导体 的机械能，而对外做功
两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻 碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动.
课堂练习
（2014年全国大纲卷20题）很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向 叠放，形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖 直放置，其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始 下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率 A.均匀增大 B.先增大，后减小 C.逐渐增大，趋于不变 D.先增大，再减小，最后不变
电磁阻尼与电磁驱动的比较
成因
不 同
效果
点
能量 转化
相同点
电磁阻尼电磁Βιβλιοθήκη 动由于导体在磁场中运动而产
生感应电流，从而使导体受 到安培力
由于磁场运动引起磁通量
的变化而产生感应电流， 从而使导体受到安培力
安培力的方向与导体运动方
向相反，阻碍物体运动
导体受安培力的方向与导
体运动方向相同，推动
导体运动
导体克服安培力做功，其他
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
电磁阻尼
电磁驱动
由于电磁感应，磁场 能 导体克服安培力做功， 不 能转化为电能，通 量 其他形式能转化为 同 过安培力做功，电 电能，最终转化为 转 能转化为导体的机 点 内能 化 械能，而对外做功 相 两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都 同 是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间 的相对运动. 点
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流
1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的 感应电流 ， 就像水中的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．
2．涡流的防止和利用． (1)金属块的电阻率小， 涡流很强， 产生的 热量很多 ， 可以用来治炼合金钢． (2)探雷器就是利用涡流工作的．探雷器线圈中有变化 的电流． 线圈在地面扫过时， 如果地面下埋着 金属物品 ， 金属中产生 涡流 ， 涡流的磁场又会反过来影响线圈中的
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 导体的运动． 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.
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
使导体运动 起 流， 感应电流使导体受到 安培力 的作用，
来． 2．应用：交流感应电动机．
电流，使仪器报警．如飞机场的安检门可以检测人身携带 的 金属物品．
3．涡流的防止 电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上．当线圈中流过 变化的电流时，在铁芯中会产生 涡流 ，使铁芯发热，
Hale Waihona Puke 浪费能量， 并损坏电器． 为减小涡流我们采用 硅钢 这种
电阻率大
的材料，并且用互相绝缘的硅钢片来代替整
块硅钢铁芯．
电磁阻尼
二、电磁阻尼与电磁驱动的比较
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件
3．电磁驱动 (1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应 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 ，这种作用称为电磁驱动。 (2)应用：交流感应电动机。
1．涡流的实质 (1)涡流仍然是由电磁感应而产生的，它仍然遵循感应 电流的产生条件，特殊之处在于涡流产生于块状金属中。 (2)严格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流 产生，只是涡流的大小有区别，以致一些微弱的涡流被我 们忽视了。
[解析] 当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线 圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生交流电，故C对， D错；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转 动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。如果两 者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止，线圈不 切割磁感线，无感应电流产生。
[答案] BC
A．恒定直流、小铁锅 B．恒定直流、玻璃杯 C．变化的电流、小铁锅 D．变化的电流、玻璃杯
图4－7－4
[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点： (1)穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件。 (2)涡流是在导体内产生的。
[解析] 通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会 产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变 化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导 体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是 由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会 升温，故C正确。
械能，而对外做功
两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都
相同点 是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的
相对运动
[名师点睛] 电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，在这两种现 象中可以运用楞次定律分析导体的受力情况，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。
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涡流的应用 真空冶炼炉
涡流的应用 高频焊接
涡流的应用 电磁炉
涡流的应用 金属探测器
思考与讨论 怎样减少涡流损耗？
交变电流
交变电流
整块铁心
彼此绝缘的薄片
变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施
采用叠加起来的硅钢片代替整块铁芯,并使硅钢 片平面与磁感应线平行。
变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施
二、电磁阻尼
演示实验3
如图所示，弹簧下端悬ຫໍສະໝຸດ 一 根磁铁，将磁铁托起到某高度后 释放，磁铁能振动较长时间才停
下来。如果在磁铁下端放一固定
线圈，磁铁会很快停下来。这种 现象说明了什么？
演示实验4
如图所示，如果使一金属圆盘紧靠磁铁的 两极而不接触，当使磁铁旋转起来，在圆盘中 产生涡流将阻碍它与磁铁的相对运动，因而使 得圆盘跟随磁铁运动起来。在这里，涡流的机 械效应表现为电磁驱动。
导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安
培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，
这种现象称为电磁阻尼。
演示实验2
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？
三、电磁驱动
磁场相对于导体运动时，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，这种现象
称为电磁驱动。
电磁驱动的应用
交流感应电动机
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涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、涡流
如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若 电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场 激发出感生电场。导体可以看作是由许多闭合线圈组成的， 在感生电场作用下，这些线圈中产生了感生电动势，从而产 生涡旋状的感应电流。
当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就 会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做 涡流。