涡流·电磁阻尼和电磁驱动
19.5涡流电磁阻尼电磁驱动
19.5 涡流、电磁阻尼、电磁驱动
要点一.涡流
1.定义
在变化的磁场中的导体内产生的感应电流，就像水中的漩涡。
所以把它叫作涡电流，简称涡流。
2.本质及特点
1.本质
涡流的本质是电磁感应现象.
与一般导体或线圈的区别是：金属块自称闭合回路，但是同样遵循电磁感应定律. 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.大小
涡流大小的决定因素：E=n ∆B
∆t S I=E
R ①磁场变化越快(ΔB
Δt 越大)，涡流越大。
②导体的横截面积S 越大,涡流越大。
③导体材料的电阻率越小，涡流越大。
4.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。
5.对涡流的能量转化
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。
（1）金属块放在变化的磁场中：磁场能转化为电能，最终转化为内能。
（2）如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动：由于克服安培力做功，金属块的机
电磁炉的工作原理
管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管。
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．
V0
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。
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涡流在磁场中受到的力与金属或导电材料的运动方向相反，从而产生阻碍运动的力，即电磁阻尼力。
电磁阻尼力的大小与磁场强度、金属或导电材料的性质、运动速度等因素有关。
当金属或导电材料在磁场中运动时，会产生感应电流，即涡流。
电磁阻尼的原理
电磁阻尼在许多领域都有应用，如机械工程、航空航天、交通运输等。
在航空航天领域，电磁阻尼技术可以用于控制飞行器的振动和噪声，提高飞行器的性能和安全性。
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
CATALOGUE
目录
涡流 电磁阻尼 电磁驱动 涡流、电磁阻尼和电磁驱动的比较
01
涡流
当导体在磁场中发生相对运动时，导体内部产生的感应电流。
涡流
涡流具有旋涡状的物理形态，其大小和方向随时间变化。
特点
涡流的定义
涡流的产生
产生条件
导体在磁场中作切割磁感线运动或导体中的磁通量发生变化。
利用涡流加热金属工件，可实现快速、均匀加热，提高生产效率和产品质量。
03
02
01
涡流的应用
02
电磁阻尼
电磁阻尼的定义
电磁阻尼是指利用磁场对金属或导电材料产生的作用力来减缓或阻止其运动的一种技术。
电磁阻尼器是一种利用电磁原理工作的阻尼器，它能够通过磁场对金属或导电材料的作用力来吸收或转化振动能量，从而达到减振降噪的目的。
电磁驱动具有结构简单、响应速度快、控制精度高等优点，因此在自动化、机器人、精密仪器等领域得到了广泛应用。
电磁驱动的定义
涡流、电磁阻尼、电磁驱动
电磁阻尼的应用
磁悬浮列车：利用电磁阻尼原理实现列车与轨道之间的无接触悬浮和导向。
电梯：利用电磁阻尼系统实现电梯的平稳启动和停止提高乘坐舒适性。
电机：在电机设计中电磁阻尼技术可以用来抑制转子的振动提高电机的稳定性和可靠 性。 磁力矩器：利用电磁阻尼原理实现精确控制和调节力矩广泛应用于各种机械和电气设 备中。
电磁阻尼的原理
电磁阻尼是利 用磁场对电流 的阻力作用来 减缓物体的运
动速度。
ห้องสมุดไป่ตู้
当导体在磁场 中运动时导体 中的电流会产 生磁场这个磁 场与原磁场相 互作用产生一 个阻力使导体
减速。
电磁阻尼的大 小取决于导体 的运动速度、 导体的材料、 导体的长度和 磁场的强度等
因素。
电磁阻尼在日 常生活中的应 用非常广泛如 磁悬浮列车、 电动自行车等。
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涡流的大小与磁场强度、导体运动 速度和导体的形状有关
涡流的应用包括电磁炉、电磁吸盘、 磁力悬浮等
涡流的产生原理
变化的磁场在 导体中产生感
应电流
导体中的感应 电流形成闭合
回路
感应电流与原 磁场相互作用 产生涡旋状的
电动势
涡旋状的电动 势在导体中产
生涡流
涡流的应用
涡流检测：利用涡流检测技术对金属材料进行无损检测 涡流热成像：通过涡流检测设备的热成像功能对材料进行温度检测和热流分析 涡流清洗：利用涡流产生的振动和冲击力清洗管道、容器等设备 涡流发生器：在船舶、飞机等交通工具中利用涡流发生器产生涡流提高推进效率
应用场景的比较
涡流：在电机、 变压器、发电机 等电气设备中涡 流的应用场景主 要涉及能量的转
换和传输。
电磁阻尼：在各 种电磁感应装置 中如磁悬浮列车、 电磁炉等电磁阻 尼的应用场景主 要涉及能量的吸
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
思考与讨论
怎样减少涡流损耗？
交变电流 交变电流
整块铁芯
彼此绝缘的薄片
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,并使硅 钢片平面与磁感应线平行。
涡流的防止
变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是 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，同时避免破 坏绝缘层，对电器起到了保护的作用。
(2)、微安表的表头在运输时为何应该 把两个接线柱连在一起？
微安表是一种高灵敏度，高精度电流 表，表内的指针因振动会产生摇摆，剧裂摇 摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度、 或失灵等。故在运输中，用导线短路两接线 柱，使内部表头线圈闭合产生磁阻，大大降 低因外界的摇摆、振动对表头的影响。
三.电磁驱动
高频焊接
涡流的利用
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。
涡流的利用
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。
线圈
涡流的利用
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。
1、如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----电磁驱动 。
2、交流感应电动机就是利用电磁驱动的 原理工作的。
电磁感应的其他一些应用
v
v
电磁阻尼，使金属盘，磁铁和金属球 快速停下，机械能转化为电能以热的形 式散发到周围的空气中。
涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件
芯
2.电磁阻尼
(1)概念: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⑨ 阻碍 (选填“促进”或“阻碍”)导体的
运动,这种现象称为电磁阻尼。
(2)应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速⑩ 停下来 ,
(2)阅读教材中“演示”的相关内容,回答下面问题。 如图所示,一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间,蹄形磁铁
和闭合线圈都可以绕 OO'轴转动。当转动蹄形磁铁时,观察线圈的运
动。怎样解释线圈的运动?
解答: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。
主题 2:电磁阻尼、电磁驱动(重点探究) (1)阅读教材中的“思考与讨论”,回答下列问题。
①如图甲所示,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方向。安培力对线圈的运动有什么影 响?
②磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,如
图乙所示。假定仪表工作时指针向右转动,铝框中的感应电流沿什么 方向?由于铝框转动时其中有感应电流,铝框要受到安培力,安培力 沿什么方向?安培力对铝框的转动产生什么影响?使用铝框做线圈骨 架有什么好处?
解答:①单匝线圈落入磁场中图示位置时感应电流方向为逆时
针,由左手定则可判定安培力方向向上,安培力阻碍线圈的下落。
②仪表工作时指针向右偏转,铝框中的感应电流方向(从上往下
高中物理选修3-2人教版4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动
2．关于电磁驱动，下列说法正确的是 () A．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，安培力使导体运动起来，这种作 用称为电磁驱动
B．在电磁驱动的过程中，通过安培力做 功使电能转化为导体的机械能
解析 根据电磁驱动的定义可知，选项A、 B、D正确；在电磁驱动中，主动部分与被 动部分的运动(或转动)方向相同，且被动 部分的速度(或角速度)较小，选项C错误。 答案 ABD
(2)应用：磁电式外表中利用电磁阻尼使指 针迅速停止，安便培力于读数。 2．电磁驱动
[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
(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
第4章 电磁感应
第7节 涡流、电磁阻尼和 电磁驱动
知识点一 涡流
1．定义：用整块金属材料作铁芯绕制的
变化
磁场
线铁圈芯，当线圈中通有 感应电流
的电流时，变化的电流会产生变化
的 ，变化的磁场穿过 ，整个铁芯
真空冶炼炉
会自成回路，产生
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
，这种电流看
探雷器
起来像水的旋涡，把这种电流叫做涡电流，
3．防止：电动机、变压器等设备中应防
课堂自测 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
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第七节涡流、电磁阻尼和电磁驱动
教学目标：
（一）知识与技能
1．知道涡流是如何产生的。
2．知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止。
3．知道电磁阻尼和电磁驱动。
（二）过程与方法
培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。
（三）情感、态度与价值观
培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。
教学重点：
1．涡流的概念及其应用。
2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。
教学难点：电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。
教学方法：通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验
教学用具：电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变压器）、电磁阻尼演示装置（示教电流表、微安表、弹簧、条形磁铁），电磁驱动演示装置（U形磁铁、能绕轴转动的铝框）。
教学过程：
（一）引入新课
出示电动机、变压器铁芯，引导学生仔细观察其铁芯有什么特点？
它们的铁芯都不是整块金属，而是由许多薄片叠合而成的。
为什么要这样做呢？用一个整块的金属做铁心不是更省事儿？学习了涡流的知识，同学们就会知道其中的奥秘。
（二）进行新课
1、涡流
［演示1］涡流生热实验。
在可拆变压器的一字铁下面加一块厚约2mm的铁
板，铁板垂直于铁芯里磁感线的方向。
在原线圈接交
流电。
几分钟后，让学生摸摸铁芯和铁板，比较它们的温度，报告给全班同学。
为什么铁芯和铁板会发热呢？原来在铁芯和铁板中有涡流产生。
安排学生阅读教材，了解什么叫涡流？
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。
课件演示，涡流的产生过程，增强学生的感性认识。
因为铁板中的涡流很强，会产生大量的热。
而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少。
2、电磁阻尼
阅读教材30页上的“思考与讨论”，分组讨论，然后发表自己的见解。
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2］电磁阻尼。
按照教材“做一做”中叙述的内容，演示电表指针在偏转过程
中受到的电磁阻尼现象。
［演示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，磁铁会很快停下来。
上述现象说明了什么？
当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，安培阻力相对较大，因而磁铁会很快停下来。
3、电磁驱动
［演示4］电磁驱动。
演示教材31页的演示实验。
引导学生观察并解释实验现象。
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。
交流感应电动机就是应用电磁驱动的原理工作的。
简要介绍交流感应电动机的工作过程。
（三）实例探究
【例1】如图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，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（AD）
A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高
的越快
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
巩固练习
1．如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则（B）
A．铝环的滚动速度将越来越小
B．铝环将保持匀速滚动
C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变
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
3．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有
一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做
减速运动，则小球的材料可能是（CD）
A．铁 B．木 C．铜 D．铝
4．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平
导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线
在圆环圆心，并与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做
减速运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）
5．如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B．不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（B）
A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点
C．A点低于B点 D．铜环将做等幅摆动
小结：涡流的产生原理，电磁阻尼和电磁驱动的原理及以
及与能量观点的结合分析。
作业：
1、认真阅读教材。
2、思考并完成“问题与练习”中的习题。
3、收集“涡流的利用和防止”方面的资料，课后交流。