高中物理第四章第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动解析版新人教版选修3_2

涡流、电磁阻尼和电磁驱动

涡流

1．涡流定义

由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。

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．应用

(1)涡流热效应：如真空冶炼炉。

(2)涡流磁效应：如探雷器、安检门。

4．防止

电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。

(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个硅钢铁芯。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．涡流也是一种感应电流。( )

2．导体中有涡流时，导体本身会产热。( )

3．利用涡流制成的探雷器无法探出“石雷”。( )

答案：1.√ 2.√ 3.√

[释疑难·对点练]

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。

2．涡流的特点

当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。

3．涡流的防止

电动机、变压器的线圈中有变化的电流，因而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费了能量，还可能损坏电器，因此，要想办法减小涡流。为了达到减小涡流的目的，采用了电阻率大的硅钢做铁芯的材料，并把硅钢做成彼此绝缘的薄片，这样，就大大减小了涡流。

4．涡流的利用

用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中就产生涡流。涡流产生的热量使金属达到很高的温度并熔化。利用涡流冶炼金属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。

[试身手]

1．下列应用与涡流无关的是( )

A．高频感应冶炼炉

B．汽车的电磁式速度表

C．家用电度表

D．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流

解析：选D 高频感应冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，炉内的金属中产生涡流；汽车的电磁式速度表即磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电度表(转盘式)的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，应选D。

电磁阻尼和电磁驱动

1．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，安培力的方向总是阻碍导体运动的现象。

(2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。

2．电磁驱动

(1)概念：磁场相对导体转动时，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。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。( )

2．电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。( )

3．电磁驱动时，被驱动的导体中有感应电流。( )

答案：1.√ 2.√ 3.√

[释疑难·对点练]

电磁阻尼与电磁驱动的比较

电磁阻尼电磁驱动

不同点成

因

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

效

果

安培力的方向与导体运动方向相

反，阻碍导体运动

导体受安培力的方向与导体运动

方向相同，推动导体运动能量

转化

导体克服安培力做功，其他形式的

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，而对外做功相同点

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

[特别提醒] 电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中，导体的运动速度要小于磁场的运动速度。

[试身手]

2.如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，

当磁铁逆时针转动时，则( )

A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同

B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁大

C．线圈转动时将产生感应电流

D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda

解析：选C 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，线圈中产生感应电流，故C对；当线圈相对磁铁转过90°时，其感应电流方向不再是abcda，D错；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，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，磁感线与线圈处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，故A、B错。

涡流的理解与应用

[典例1] (多选)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，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