高中物理 第四章 电磁感应(第7课时)涡流、电磁阻尼和电磁驱动教师用书 新人教版选修32

第7课时涡流、电磁阻尼和电磁驱动

研究学考·把握考情]

知识点一涡流

基础梳理]

1．定义：用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，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的旋涡，把这种电流叫做涡电流，简称涡流。

2．应用

(1)涡流热效应的应用，如真空冶炼炉。

(2)涡流磁效应的应用，如探雷器。

3．防止：电动机、变压器等设备中应防止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：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代表整块硅钢铁芯。

要点精讲]

1．对涡流的理解：

(1)本质：电磁感应现象。

(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路。

(3)特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大。故金属块的发热功率很大。

2．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。

3．产生涡流时的能量转化：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。例如，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；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。

例1 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图1所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处

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(如图中的虚线所示)。一个小金属块从抛物线上y ＝b (b >a )处以速度v 沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )

图1

A ．mgb B.12

mv 2 C ．mg (b －a ) D ．mg (b －a )＋12

mv 2 解析 金属块进出磁场的过程由涡流产生，机械能转化为电能，电能转化为内能，最终金属块只能在磁场内运动。由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒。

初状态机械能E 1＝mgb ＋12

mv 2 末状态机械能E 2＝mga

焦耳热Q ＝E 1－E 2＝mg (b －a )＋12

mv 2 答案 D

名师点睛 部分同学在处理此题时误认为金属最终停在O 点，原因是没有认识到金属块只在进出磁场时产生焦耳热，当金属块整体在磁场中运动时，不产生涡流，所以不损失机械能。 知识点二 电磁阻尼和电磁驱动

基 础 梳 理]

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，便于读数。

2．电磁驱动

(1)定义：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，使导体运动起来。

(2)应用：交流感应电动机。

要 点 精 讲]

要点1 电磁阻尼的产生原理和应用

(1)产生：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到

安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。

任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用。

(2)应用举例：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，以使线圈迅速稳定在所示值的位置。电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的。

【例2】如图2所示，条形磁铁用细线悬挂在O点。O点正下方固定一个水平放置的铝线圈。让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是( )

图2

A．磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次

B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用

C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力

D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力是阻力，有时是动力

解析磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞

次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁场在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确。

答案 C

名师点睛电磁感应现象中感应电流所受的安培力总是阻碍导体和磁场间的相对运动。

要点2 对电磁驱动原理的分析

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3所示的初始位置时，穿过线圈的磁通量为0，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。

图3

线圈转动的方向与磁铁转动的方向相同，但转速小于磁铁的转速，即同向异步。

【例3】如图4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( )

图4

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，转速比磁铁小

C．线圈转动时将产生交变电流

D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda

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，线圈中产生交变电流，故选项C正确，选项D错误；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，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，故选项A错误，选项B正确。

答案BC

名师点睛从楞次定律的推广含义知，线圈的运动可以阻碍两者间的相对运动，所以其角速度必小于磁铁转动的角速度，否则就不是阻碍而是阻止。

1．下列关于涡流的说法正确的是( )

A．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

B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流

C．涡流有热效应，但没有磁效应

D．在硅钢中不能产生涡流

解析涡流本质上是感应电流，是导体自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，选项A正确，选项B错误；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，选项C错误；