涡流_电磁阻尼和电磁驱动题.docVIP

第7节　涡流　电磁阻尼和电磁驱动 要点一 涡流是怎样形成的？什么情况下产生涡流？涡流中的能量如何转化？ 1．涡流产生的条件：涡流的本质是电磁感应现象，与一般导体或线圈的最大区别是金属块本身构成闭合回路，它同样遵守电磁感应定律．同时因为整个导体回路中的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡． 2．可以产生涡流的两种情况 (1)把块状金属放在变化的磁场中． (2)让块状金属进出磁场或者在非匀强磁场中运动． 3．能量变化 伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能并最终在金属块中转化为内能．如果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． 电磁阻尼、电磁驱动中感应电流的成因有何区别？安培力的效果有何不同，能量转化情况有何不同？ 1．电磁阻尼是由于导体在磁场中运动而产生感应电流；电磁驱动则是由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流． 2．电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动；电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动． 3．电磁阻尼中克服安培力做功．其他形式的能转化为电能最终转化为内能；电磁驱动中由于电磁感应，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.　　一、电磁驱动与磁悬浮列车的关系 磁悬浮列车是利用超导体产生抗磁作用使列车向上浮起而离开轨道，利用周期性地变换磁极方向产生运动的磁场，从而使车获得推动力． 磁悬浮列车是目前世界上技术最先进、已经投入使用阶段的新型列车，具有的优点有：①速度高，时速可在500 km以上；②安全、平衡、舒适；③列车与轨道间冲击小，寿命长，节能；④基本上无噪音和空气污染． 二、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，例如线圈处于如图4－7－2所示的初始状态时， 图4－7－2 穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁铁转动时，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． 楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释. 一、涡流的利用 【例1】 如图4－7－3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，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分发热很少，以下说法正确的是(　　) 图4－7－3 A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 解析　交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越快， 工件电流相同，即电阻大，温度高，放热多． 答案　AD 二、电磁驱动 【例2】 如图4－7－4所示， 图4－7－4 蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕OO′轴转动，线圈的运动情况是(　　) A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同 B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同 C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速 D．线圈静止不动 解析　当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁铁的转速． 答案　C 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 答案　A 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． 2．如图4－7－5所示， 图4－7－5 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 答案　B 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． 3．如图4－7－6所示， 图4－7－6 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．