电磁阻尼和电磁驱动

三、电磁驱动
1、电磁驱动： 磁场相对于导体转动，在导体 中产生感应电流，感应电流使导体 受到安培力，安培力使导体跟着磁 场转动，这种现象称为电磁驱动。 2、应用： 交流感应电动机，家用电度表，车内的速度计等。
例1、如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频 变化的电流时，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，将金属融化，把工件焊接在一 起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是 A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 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
如图4－7－2所示，一金属球用绝缘细线悬挂于O点， 将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程中经过有 界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界．若不 计空气阻力，则( ) A．金属球向右穿过磁场后，还能摆至 原来的高度 B．在进入和离开磁场时，金属球中均 有感应电流 C．金属球进入磁场后离平衡位置越近 速度越大，感应电流也越大 D．金属球最终将静止在平衡位置
思考与讨论
绕有线圈的铝框 为什么磁电式电表的线圈要用铝框做骨架呢？
铝框产生涡流，通过磁场对这个涡流的作用力阻 碍它们的摆动，使指针能很快地指到示数的位置上。
二、电磁阻尼
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？
A．mgb C． mg(b－a)
1 2 B. mv 2 1 2 D． mg(b－ a)＋ mv 2
【答案】 D 【点评】 小金属块在进出磁场的过程中， 磁通量发生变化，会产生涡流，机械能转化为 内能．但在匀强磁场中运动时，磁通量不变， 不产生涡流，机械能守恒．
变式训练
3.如图4－7－8所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑 水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂 有一光滑螺旋管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旋管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.
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。
图4－7－4
A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的 B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的 C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的 D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的
类型二
电磁驱动的分析和应用
位于光滑水平面的小车上放置一螺线 管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线 管的轴线水平穿过，如图4－7－5所示， 在此过程中( )
【解析】 如图4－7－3所示，当金属球从 1位置开始下落，进入磁场时(即2和3位置)，由 于金属球内磁通量发生变化，所以有感应电流 产生．同时，金属球本身有内阻，必然有能量 的转化，即有能量的损失．
图4－7－3
变式训练
1.如图4－7－4所示，A、B为大小、 形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制 成的圆管，竖直固定在相同高度．两个相 同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口 无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管 的小球先落到地面．下面对于两管的描述 可能正确的是( )
生，环受到磁场力作用去阻碍环与磁场间的相对运动，使环损失一部
分机械能向电能转化，所以环上升的高度小于h。因此答案D正确。
例3、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一 小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运 动，则小球的材料可能是 A．铁 B．木 C．铜 D．铝
类型一
电磁阻尼的分析
(1)螺旋管A将向哪个方向运动？ (2)全过程中整个电路所消耗的电能．
解析： (1)磁铁 B 向右运动时，螺旋 管中产生感应电流，感应电流产生电磁 驱动作用，使得螺旋管 A 向右运动． (2)全过程中，磁铁减少的重力势能 转化为 A、 B 的动能和螺旋管中的电能， 1 1 2 所以 mgh＝ MvA ＋ mvB2＋ E 电． 2 2 1 1 2 即 E 电＝ mgh－ MvA － mvB2. 2 2 答案：见解析
演示实验3
如图所示，弹簧下端悬挂一根磁
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。
类型三
电磁感应中的能量问题
光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图4－7－7所 示，抛物线的方程是y＝x2，下半部处在一个水平方向的匀强 磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(图中的虚线所示)，一 个小金属块从抛物面上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物面下滑， 假设抛物面足够长，小金属块沿抛物面下滑后产生的焦耳热 总量是( )
涡流的应用
（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。
涡流的应用 高频焊接
（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。
A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动 C．小车向右做加速运动 D．小车先加速后减速 【思路点拨】 本题为电磁驱动，可由楞 次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律 判断运动情况．
图4－7－5
变式训练
2.如图4－7－6所示，把一个闭合线 框放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体 可以绕竖直轴转动，闭合线框也可以绕竖 直轴转动，当蹄形磁体逆时针(从上往下 看)转动时，有关线圈的运动下列说法正 确的是( ) 图4－7－6 A．线圈将顺时针方向转动 B．线圈仍保持静止 C．线圈将逆时针方向转动，转速与磁铁相同 D．线圈将逆时针方向转动，转速比磁铁小 解析：选D.根据电磁驱动，磁铁转动，线圈会 产生感应电流和受到安培力作用，这个安培力驱动 线圈运动，其转动的效果是阻碍它们的相对运动， 因此线圈转动方向与磁铁相同，但转速比磁铁小．
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
减小涡流热效应： （1）化整为零 （2）电阻率大
演示实验1
如图，把铜片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个摆。 在电磁铁线圈未通电时，铜片可以自由摆动，要经过较长 时间才会停下来。 一旦当电磁铁通电之后，由于穿过运动导体的磁通量 发生变化，铜片内将产生感应电流。根据楞次定律，铜片 摆锤的摆动便受到阻力而迅速停止。
涡流的应用
（3）电磁炉：
利用电磁感应中的涡流的热效应来烧菜做饭
涡流的应用 金属探测器
（4）探雷器： 长柄线圈中，通有变化的 电流，在其周围就产生变化 的磁场，埋在地下的金属物 品，由于电磁感应而形成涡 流，涡流的磁场反过来又作 用于线圈，使仪器报警。
思考与讨论 怎样减少涡流损耗？
交变电流
交变电流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例2、如图所示，闭合金属铜环从高为h的曲面滚下，沿曲面的另一
侧上升，设闭合环初速度为零，不计摩擦，则 A．若是匀强磁场，环上升的高度小于h
B．若是匀强磁场，环上升的高度大于h
C．若是非匀强磁场，环上升的高度等于h D．若是非匀强磁场，环上升的高度小于h
解析：若是匀强磁场，闭合环的磁通量不发生变化，无感应电流 产生，环也就受不到磁场力，所以环仍保持机械能守恒，上升的高度 等于h。若是非匀强磁场，闭合环的磁通量发生变化，有感应电流产