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类型7.涡流、电磁阻尼和电磁驱动.ppt

  • 上传人:weiwoduzun
  • 文档编号:4391065
  • 上传时间:2018-12-26
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    7.涡流、电磁阻尼和电磁驱动.ppt
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    1、,第七节:涡流 电磁阻尼和电磁驱动,电 磁 感 应,第四章,选修32, 回顾与思考,根据麦克斯韦电磁场理论:,变化的磁场能在周围空间激发电场,这种电场叫感生电场。,磁场变化产生感生电场,导体放在感生电场中,其中的自由电荷在感生电场力方向运动,产生感应电流,电流的分布与感生电场线分布类似。,这样的感应电流,看起来就像水中的旋涡,所以把它叫做涡电流,简称涡流。,一、涡流(eddy current),定义:块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时,金属块内产生的自成闭合回路的感应电流,叫涡电流,简称涡流。,涡流是整块导体发生的电磁感应现象,同样遵守电磁感应定律,金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电

    2、阻率小,则涡流很强,产生的热量也很多。,涡流的利用,真空冶炼炉,高频感应炉:利用涡流的热效应来熔化金属。交流电的频率越高,金属熔炉中的感应电动势就越大,金属材料的电阻率越小,产生的涡流热效应就越强。,高频感应炉优点: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。,涡流的利用,高频焊接,高频焊接机原理:线圈中通以高频电流,内部焊接工件由于电磁感应产生感应电流,频率越高,产生的感应电流越大。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。应用于焊接自行车车架。,电磁灶采用了磁场感应涡流的加热原理。它利用陶瓷玻璃板

    3、下方的线圈产生交变磁场,这样,铁锅的锅底部就处在交变磁场中而产生环状电流(即涡流)使锅本身高速发热,从而能将饭菜煮熟。,涡流的应用,探雷器,安检门, 思考与讨论,电动机和变压器的工作原理都跟电磁感应现象有关,内部都有铁芯结构,为什么电动机和变压器等的铁芯都不是整块金属,而是用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成?,电动机的铁芯,变压器的铁芯,电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器,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,涡流的防止,硅钢片平面与磁感应线平行。

    4、,变压器、电动机的铁芯不采用整块金属,由许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成,目的就是为了减弱铁芯中由于电磁感应而产生的涡流的热效应,从而减少电能的损耗。,思考与讨论,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的方向。安培力对线圈的运动有什么影响?,I,FA,(P27)磁电式电流表使用铝框做线圈骨架有什么好处?,铝框在磁场中转动时产生感应电流,磁场对感应电流作用力阻碍铝框的转动,指针随着铝框很快就稳定地指在读数位置上,达到能够迅速读出数据的功能。,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

    5、尼。,做一做:,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?,思考,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?,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。,三、

    6、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。,线圈转动与磁铁同向,但转速小于磁铁,即同向异步。,应用:感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。,安培力对以地为参照物来说,是动力。但对相对磁体的运动来说,是阻力。,电磁阻尼与电磁驱动的比较,如图472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

    7、越大,感应电流也越大 D金属球最终将静止在平衡位置,【解析】 如图473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473,1.如图474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( ),图474,AA管是用塑料制成的,B管是用铜制成的 BA管是用铝制成的,B管是用胶木制成的 CA管是用胶木制成的,B管是用

    8、塑料制成的 DA管是用胶木制成的,B管是用铝制成的,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475所示,在此过程中( ),图475,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,2.如图476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476,A线圈将顺时针方向转动 B线圈仍保持静止 C线

    9、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,光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图477所示,抛物线的方程是yx2,下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是ya的直线(图中的虚线所示),一个小金属块从抛物面上yb(ba)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( ),【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

    10、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,3.如图478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.,(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,答案:见解析,【习题1】:下列关于涡流的说法中正确的是( )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

    11、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,是自身构成回路,在穿过导体的磁通量变化时产生的,所以A对B错。涡流不仅有热效应,同其他电流一样也有磁效应,C错。硅钢电阻率大,产生的涡流较小,但仍能产生涡流,D错。,A,【习题2】:电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流,使锅体发热从而加热食物下列相关的说法中正确的是( )A锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D电磁炉的上表面一般都用金属材料制成,以加快热传递、减少热损耗,【解析】:涡流是高频交流电产

    12、生的磁场引起的电磁感应现象,故选项A正确B错误;电磁炉表面一般用绝缘材料制成,避免产生涡流,锅体用金属制成利用涡流加热物体,故选项CD错误,A,题型一:关于涡流的利用和防止,【变式2】:变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这是因为( )A增大涡流,提高变压器的效率B减小涡流,提高变压器的效率C增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量D增大铁芯中的电阻,以减少放出的热量,【解析】:不使用整块硅钢而采用很薄的硅钢片,这样做的目的是增大铁芯中的电阻,来减少电能转化成铁芯的内能,提高效率,是防止涡流而采取的措施.,BD,题型一:关于涡流的利用和防止,题型二:电磁阻尼的分析,【习题2】

    13、:如如图所示,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( )AA管是用塑料制成的, B管是用铜制成的BA管是用铝制成的, B管是用胶木制成的CA管是用胶木制成的,B管是用塑料制成的DA管是用胶木制成的,B管是用铝制成的,AD,【解析】:选AD.磁性小球穿过金属圆管过程中,将圆管看做由许多金属圆环组成,小球的磁场使每个圆环中产生感应电流,据楞次定律,该电流阻碍磁性小球的下落,小球向下运动的加速度小于重力加速度;小球在塑料、胶木等非金

    14、属材料圆管中不会产生感应电流,小球仍然做自由落体运动,穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少,【变式训练1】: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( )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,铁块会被磁化,与磁铁相互吸引,铝块不会被磁化,形成涡流,与磁铁相互排斥,BD,【变式训练2】:(2012福州模拟)甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO旋转,当它们以相同的角速度开始转动后,由于阻力,经相同的时间后便停止;若将两环置于磁感应强度为B

    15、的大小相同的匀强磁场中,乙环的转轴与磁场方向平行,甲环的转轴与磁场方向垂直,如图所示,当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后,则下列判断中正确的是( )A甲环先停B乙环先停C两环同时停下D无法判断两环停止的先后,由图可知:甲环的磁通量会发生变化,甲环的动能要转化为电能,而乙环中无磁通量的变化,不会产生感应电流,故甲环先停下来.,题型三:电磁驱动的分析和应用,【习题3】:如图所示,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( )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】: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,D,

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