4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动1
一轮复习： 涡流、电磁驱动和电磁阻尼
1．涡流现象 (1)涡流：块状金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动 时，金属块内产生的旋涡状感应电流。
(2)产生原因：金属块内磁通量变化→感应电动势→感应电流。 (3)涡流的利用：冶炼金属的高频感应炉利用涡流产生焦耳热使 金属熔化；家用电磁炉也是利用涡流原理制成的。
(4)涡流的减小：各种电动机和变压器中，用涂有绝缘漆的硅钢 片叠加成铁芯，以减小涡流。
2．电磁阻尼与电磁驱动的比较 Nhomakorabea(2017·全国卷Ⅰ)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品 表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM 的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜 薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。 无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出 现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效 的方案是( )
(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守法拉第电 磁感应定律，磁场变化越快，导体横截面积越大，导体材料 的电阻率越小，形成的涡流就越大。 (2)电磁阻尼是导体棒在磁场中运动产生感应电流，导体棒受 到的安培力阻碍导体棒运动的现象。电磁驱动是磁场运动， 在导体棒中产生感应电流，导体棒受到安培力的作用，跟随 磁场一起运动的现象。 (3)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的效果阻碍相对运动， 应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体运动速度要小于磁场的 运动速度。
(2015·全国卷Ⅰ)(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名 的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上 方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验 中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时， 磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是
涡流,电磁阻尼和电磁驱动
5.应用与预防
A）应用：（1）涡流的热效应：高频真空冶炼炉 （2）涡流的磁效应：探雷器，安检门
B）预防方法： （1）增大铁心材料的电阻率 （2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来 代替整块硅钢铁芯
【答案】 B 【点评】 产生涡流的条件 是：金属球的磁通量变化．
2）如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿
曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲 面处在图示磁场中，则（ BD） A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h
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
D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的
电阻大
3．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在非匀强磁场中运动．
4．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．如果金属块放在变化的磁 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．
二、电磁阻尼 1）定义：当导体在磁场中运动时，如导体中出现涡流， 即感应电流，感应电流会受到安培力作用，安培力的作用 总是_阻__碍___导体的运动，这种现象叫做 电磁阻尼．
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三、电磁驱动 1）定义：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，这种作用就是 电磁驱动．
《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》 知识清单
《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》知识清单一、涡流1、定义当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，在附近的导体中会产生感应电流。
这种电流在导体中自成闭合回路，很像水的漩涡，所以把它叫做涡流。
2、产生条件导体在变化的磁场中，或者导体在磁场中运动。
3、特点涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。
涡流具有热效应、磁效应和机械效应。
4、热效应由于涡流在导体中会产生电阻，从而使导体发热。
例如，变压器、电动机等设备中的铁芯在工作时会产生涡流，导致能量损耗和温度升高。
为了减小涡流带来的热损耗，通常采用电阻率较大的硅钢片叠成铁芯，并且硅钢片之间涂有绝缘漆，以增大电阻，减小涡流。
5、磁效应涡流会产生磁场，这个磁场会对原磁场产生影响。
例如，在电磁阻尼和电磁驱动现象中，涡流产生的磁场就起到了重要的作用。
6、机械效应在一些特殊的装置中，涡流可以产生机械力，实现特定的功能。
比如，利用涡流制成的电磁阻尼器可以用于减缓机械运动的速度。
二、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，这种现象称为电磁阻尼。
2、实例（1）灵敏电流计在灵敏电流计中，线圈在磁场中转动时会产生涡流，涡流受到的安培力阻碍线圈的转动，使线圈能够迅速稳定下来，从而准确地测量电流。
（2）磁电式仪表磁电式仪表的线圈在磁场中转动时，也会产生电磁阻尼，使指针能够迅速稳定地指示测量值。
（3）荡秋千如果秋千的摆杆是金属制成的，并且处于磁场中，那么在摆动过程中就会产生涡流，从而受到电磁阻尼，使秋千很快停下。
3、应用电磁阻尼在很多领域都有应用，比如电气机车和磁悬浮列车中的制动装置，就是利用电磁阻尼来实现快速制动的。
三、电磁驱动1、定义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，这种作用称为电磁驱动。
2、实例（1）交流感应电动机交流感应电动机的工作原理就是电磁驱动。
高二物理人教版选修3-2第四章 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
核心素养培养目标
1.了解涡流是怎样产生 的。 2.了解涡流现象的利用和 危害。 3.通过对涡流实例的分 析,了解涡流现象在生活 和生产中的应用。 4.了解电磁阻尼和电磁驱 动。 5.通过对涡流利弊的认 识,培养全面认识和对待 事物的科学素养。
核心素养思维导图
一、涡流 1.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
(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象,同样遵循法 拉第电磁感应定律。
(2)磁场变化越快 Δ������越大 ,导体的横截面积 S 越大,导体材料的电
������
阻率越小,形成的涡流就越强。
探究一
探究二
典例剖析 【例题1】 (多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频 交变电流,金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热,将焊缝熔化焊接, 要使焊接处产生的热量较大可采用 ( ) A.增大交变电流的电压 B.增大交变电流的频率 C.增大焊接缝的接触电阻 D.减小焊接缝的接触电阻
试定性分析其原因。
解析:第一种情况下,阻尼摆进入有界磁场后,在摆中会形成涡流, 涡流受磁场的阻碍作用,会很快停下来;第二种情况下,将金属摆改 成梳齿状,阻断了涡流形成的回路,从而减弱了涡流,受到的阻碍会 比先前小得多,所以会摆动较长的时间。
答案:见解析
12 3 4 5
1.如图所示,使一个铜盘绕其竖直的轴OO'转动,且假设摩擦等阻力 不计,转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘,则( )
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 说课稿 教案
涡流、电磁阻尼和电磁驱动说课稿教案第一章：涡流1.1 教学目标了解涡流的定义及其产生的条件。
掌握涡流的计算方法和影响因素。
理解涡流的应用和实际意义。
1.2 教学内容涡流的定义：电流在导体中的闭合路径。
产生条件：变化的磁场与导体相互作用。
涡流的计算：欧姆定律和法拉第电磁感应定律的应用。
影响因素：导体材料、形状、尺寸和磁场变化速率。
涡流的应用：电炉、电感器和变压器等。
1.3 教学方法采用多媒体演示涡流的产生和计算过程。
引导学生通过实验观察涡流现象。
案例分析，让学生了解涡流在实际中的应用。
1.4 教学评估课堂提问，了解学生对涡流概念的理解。
练习题，巩固学生对涡流计算方法的掌握。
实验报告，评估学生对涡流现象的观察和分析能力。
第二章：电磁阻尼2.1 教学目标了解电磁阻尼的定义及其产生的原理。
掌握电磁阻尼的计算方法和影响因素。
理解电磁阻尼的应用和实际意义。
2.2 教学内容电磁阻尼的定义：导体在磁场中运动时产生的阻力。
产生原理：导体中的电流与磁场相互作用。
电磁阻尼的计算：洛伦兹力公式和欧姆定律的应用。
影响因素：导体材料、形状、尺寸和磁场强度。
电磁阻尼的应用：电机、发电机和硬盘驱动器等。
2.3 教学方法采用多媒体演示电磁阻尼的产生原理和计算过程。
引导学生通过实验观察电磁阻尼现象。
案例分析，让学生了解电磁阻尼在实际中的应用。
2.4 教学评估课堂提问，了解学生对电磁阻尼概念的理解。
练习题，巩固学生对电磁阻尼计算方法的掌握。
实验报告，评估学生对电磁阻尼现象的观察和分析能力。
第三章：电磁驱动3.1 教学目标了解电磁驱动的定义及其产生的原理。
掌握电磁驱动的计算方法和影响因素。
理解电磁驱动的应用和实际意义。
3.2 教学内容电磁驱动的定义：利用电磁力推动导体运动的现象。
产生原理：导体中的电流与磁场相互作用。
电磁驱动的计算：洛伦兹力公式和欧姆定律的应用。
影响因素：导体材料、形状、尺寸和磁场强度。
电磁驱动的应用：电动机、电磁起重机和电磁推进器等。
4.7 涡轮流、电磁阻尼和电磁驱动
4.7 涡轮流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流 电磁阻尼 电磁驱动
一、涡流
当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就 会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做 涡流。
涡流的应用 真空冶炼炉
涡流的应用 高频焊接
涡流的应用
生活中的电磁炉，也是利用电磁感应中的涡流的热效 应来烧菜做饭的。
思考与讨论 怎样减少片
变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施
采用叠加起来的硅钢片代替整块铁芯
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尼。
演示实验2
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？
涡流的应用
探雷器的长柄线圈中， 通有变化的电流，在其周围 就产生变化的磁场，埋在地 下的金属物品，由于电磁感 应而形成涡流，涡流的磁场 反过来又作用于线圈，使仪 器报警。
涡流的应用
机场、车站及重要场所 的安检门及工作人员手上的 探测器，也是利用与探雷器 类似的电磁感应原理使仪器 报警，来探测进出人员身上 携带的金属物品。
演示实验3
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，会有什么现 象？
演示实验4
三、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。
电磁驱动的应用
交流感应电动机
学案：4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动学案（人教版选修3-2）1．当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流，把这种感应电流叫涡流．利用涡流的热效应可进行真空冶炼，利用它的磁效应可进行金属探测．2．当导体在磁场中运动时，在导体中会产生感应电流，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；当磁场相对导体转动时，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而运动起来，这种现象称为电磁驱动．3．下列做法中可能产生涡流的是()A．把金属块放在匀强磁场中B．让金属块在匀强磁场中匀速运动C．让金属块在匀强磁场中做变速运动D．把金属块放在变化的磁场中答案 D解析涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化．而A、B、C中磁通量不变化，所以A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D项正确．4．磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是() A．防止涡流而设计的B．利用涡流而设计的C．起电磁阻尼的作用D．起电磁驱动的作用答案BC解析线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流．涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后较快停下来．所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用．图15．如图1所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是()A．两环都向右运动B．两环都向左运动C．环1静止，环2向右运动D．两环都静止答案 C解析条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止．环2中磁通量变化．根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动．【概念规律练】知识点一涡流及其应用1．如图2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()图2A．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、玻璃杯答案 C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．点评涡流是在导体内产生的，而且穿过回路的磁通量必须是变化的，此题能说明电磁炉的原理．2．机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品，安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流，关于其工作原理，以下说法正确的是()A．人身上携带的金属物品会被地磁场磁化，在线圈中产生感应电流B．人体在线圈交变电流产生的磁场中运动，产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流C．线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流D．金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流答案CD解析一般金属物品不一定能被磁化，且地磁场很弱，即使金属被磁化磁性也很弱，作为导体的人体电阻很大，且一般不会与金属物品构成回路，故A、B错误；安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是：线圈中交变电流产生交变磁场，使金属物品中产生涡流，故C正确；该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流，而线圈中交变电流的变化可以被检测，故D项正确．点评金属探测利用了涡流的磁效应．知识点二电磁阻尼3．有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动．如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，如图3所示，铜盘就能在较短时间内停止转动，分析这个现象产生的原因．图3答案见解析解析铜盘转动时如果加上磁场，则在铜盘中产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它的转动，故在较短的时间内铜盘停止转动．点评当导体在磁场中运动时，导体中的感应电流受到安培力的作用阻碍导体运动，即安培力为电磁阻尼的阻力．4. 如图4所示，是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一金属薄片，轻质杆可绕上端O点为轴在竖直面内转动，一有界磁场垂直于金属薄片所在的平面．使摆从图中实线位置释放，摆很快就会停止摆动；若将摆改成梳齿状，还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间．试定性分析其原因．图4答案见解析解析第一种情况下，阻尼摆进入有界磁场后，在金属薄片中会形成涡流，涡流使金属薄片受安培力的作用，阻碍其相对运动，所以会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到安培力的阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间．点评防止电磁阻尼的途径为阻止或减弱涡流的产生．知识点三电磁驱动5．如图5所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触，使磁铁转动，圆盘也会跟着转动，这种现象称为“电磁驱动”，请你说明电磁驱动的原理．图5答案见解析解析当蹄形磁铁转动时，圆盘上不同位置的磁通量发生变化，因而圆盘中会有涡流形成，该涡流的磁场阻碍磁通量的变化，使圆盘随着磁铁一起转动，但圆盘转动速度比磁铁慢．点评电磁驱动的驱动力是涡流受到的安培力．6．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以初速度v水平穿过，如图6所示，在此过程中()图6A．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．小车先加速后减速答案BC解析磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的扩展知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动．同理，磁铁穿出时产生的相互作用力也阻碍磁铁的运动，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运动，且一直做加速运动，C项对．点评发生电磁驱动现象时，磁场相对导体运动，在导体中产生感应电流，感应电流受到安培力作用而使导体运动起来．【方法技巧练】涡流能量问题的处理技巧7．弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来．如图7所示，如果在磁铁下端放个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况．图7答案见解析解析当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁向线圈靠近或离开，也就使磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来．损失的机械能主要转化为电能再转化为内能．方法总结此题中涡流损耗了机械能．。
人教版高中物理选修324.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动(共46张PPT)
如图，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？
安培力阻碍线圈的运动
电磁阻尼
知道电磁阻尼现象的原理 知道电磁阻尼的几个应用
电表线圈骨架的作用
磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上
铝框
假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感 应电流沿什么方向？
电磁驱动
电磁驱动： 磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受 到安培力，安培力使导体跟着磁场转动，这种现象称为电磁驱动。
电磁驱动的反思
在电磁驱动的这个小实验中，线圈转动的速度与磁铁转动的速度相比有何 关系？在此运动过程中，安培力起阻力还是动力作用？ 线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁 铁，即同向异步。
当铜盘在磁极间运动时，由于发生电磁感应现象， 在铜盘中产生感应电流，使铜盘受到安培力作用， 而安培力的方向阻碍导体的运动，所以铜盘很快就 停了下来
问题与练习
如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开， 磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使 磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象的产生原因，并 说明此现象中能量转化的情况。
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。
电磁驱动的应用
交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的
连接到三相电源时能产生旋转的磁场 一种交流感应电动机的结构
电磁驱动和电磁阻尼
电磁阻尼和电磁驱动有何区别和联系？
区别 联系
电磁阻尼
电磁驱动
产生电流的原因
由于导体在磁场中 由于磁场相对于导体运动，
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涡流小实验 铁锅 玻璃容器
当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁 感应，附近的导体中会产生感应电流。
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一、涡流
B
铁芯为什么会发热？
交流电 变化的磁场 感生电场
交流
感应电流 热效应
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1 涡流 块状金属放在变化磁场中，或者让它在磁 场中运动时，金属块内产生的感应电流， 象水中的旋涡，所以把它叫涡流。
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请总结本节课的内容
寄语：不求知道一切，只求发现一件
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，这种现象成为电磁阻尼。
晃一晃 谈一谈
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电磁驱动
如果磁场相对于导体转动，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 用号，财富值 10000多（可兑换2500个下载卷），日常教学 足够用5年。价格只需要几十元。有需要的老师 请联系我，可以先查验，后付款。 qq:985323078
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2 涡流的利用
① 真空冶炼炉，高频焊接
② 探雷器和安检门
③ 电磁阻尼。
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3 涡流的防止
减少涡流的途径： ① 增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。
② 用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块 硅钢铁芯
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二、电磁阻尼与电磁驱动 实验探究
观察：
哪种情况下阻尼摆先停下来？为什么？
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