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第3节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动

知识点归纳

知识点一、涡流

1．定义：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水的漩涡，把它叫做涡电流，简称涡流．

2．产生：把金属块放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动时，金属块内都会产生涡流．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．

3．特点：电流在金属块内自成闭合回路，整块金属的电阻很小，涡流往往很强．

4．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：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．因此，我们要想办法减小涡流．途径之一是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．另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯．

知识点二、电磁阻尼

1．电磁阻尼．

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，这种现象称为电磁阻尼．

说明：电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快地停下来，就是电磁阻尼作用．电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中．

2．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，这种作用常常称为电磁驱动．

如图所示，当转动蹄形磁铁时，线圈也跟着转动起来，产生这种现象的原因就是电磁驱动．

电磁驱动的原因分析：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．

典例分析

一、涡流的利用

例1 如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是(　　)

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

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．

答案　C

归纳总结：(1)穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件．

(2)涡流只能产生在导体内部．

二、电磁驱动

例2 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，如图所示，在此过程中(　　)

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

解析　磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的拓展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动．同理，磁铁穿出时，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项B是正确的．而对于小车上螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右一直做加速运动，C对．

答案　BC

归纳总结：(1)“光滑水平面”说明小车不受摩擦阻力．

(2)“磁铁”“穿过”说明磁铁相对线圈运动，属电磁驱动现象．

自我检测

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　涡流就是一种感应电流，同样是由于磁通量的变化产生的．

答案　A

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C、D错误．

答案 A

3．如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的方形磁场，铜球在A点由静止释放，向右摆到最高点B，不考虑空气及摩擦阻力，则下列说法正确的是(　　)

A．A、B两点在同一水平面上

B．A点高于B点

C．A点低于B点

D．铜球将做等幅摆动

解析　铜球在进入和穿出磁场的过程中，穿过金属球的磁通量发生变化，球中产生涡流，进而产生焦耳热，因此球的机械能减少，故A点高于B点．

答案　B

4．同样大小的整块金属和叠合的硅钢片铁芯放在同一变化的磁场中相比较(　　)

A．金属块中的涡流较大，热功率也较大

B．硅钢片中涡流较大，热功率也较大

C．金属块中涡流较大，硅钢片中热功率较大

D．硅钢片中涡流较大，金属块中热功率较大

答案 A

5．如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，则小球(　　)

A．整个过程匀速运动

B．进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程做加速运动

C．整个过程都做匀减速运动

D．穿出时的速度一定小于初速度

解析　小球进出磁场时，有涡流产生，要受到阻力，故穿出时的速度一定小于初速度．

答案　D

6．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，以减小发热量

答案：BD

7．如下图所示，是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是(　　)

A．2是磁铁，在1中产生涡流

B．1是磁铁，在2中产生涡流

C．该装置的作用是使指针能够转动

D．该装置的作用是使指针能很快稳定

解析 1在2中转动产生涡流，受到安培力作用阻碍指针的转动，故A、D正确．

答案 AD

8.下列现象属电磁阻尼的是________，属电磁驱动的是________．

A．磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做

B．微安表的表头在运输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，安培力的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．

答案　AB　DE