1.7 涡流现象及其应用解析

涡流制动——电磁阻尼摆 原理：条形磁铁在空间中激发磁场，当导 体在磁场中运动时，导体中出现感应电流 （涡流）而受到安培力阻碍导体运动。
[例1]
如图1－7－4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 ( ) 图1－7－4 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越大，感应电流 也越大 D．金属球最终将静止在平衡位置
答案：C
[例2]
(双选)如图1－7－6所示，是高频焊接原理示
意图，线圈中通以高频交流电时，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 金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很 少，以下说法中正确的是 ( )
图1－7－6
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
电磁驱动：
当磁场相对于导体转动时，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的现象。 应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。
涡流制动——圆盘制动
原理:当金属盘转动时，有部分导体切割磁感线(主要考 虑磁极间的圆盘部分)，产生感应电动势，在金属盘内 形成感应电流（涡流），沿半径向外的感应电流受到磁 铁磁场对它的安培力，此安培力方向与金属盘转动的方 向相反，阻碍盘的转动其转速越来越慢，直至停止。
解析：根据涡流的产生原因(变化的磁场中的金属块、电 流变化的线圈附近的导体中都产生涡流)知，涡流就是平
时常见的感应电流，是因为穿过导体的磁通量发生变化而
产生的，符合感应电流产生的原因，所以A正确，B错误； 涡流和其他电流一样，也有热效应和磁效应，C错误；硅 钢的电阻率大，产生的感应电流——涡流较小，不是不能 产生涡流，D错误。
[答案]
B
1．如图1－7－5所示，金属球(铜球)下端
有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置 后释放，此后小球的运动情况是(不计 空气阻力) A．做等幅振动 ( ) 图1－7－5 B．做阻尼振动
C．振幅不断增大
D．无法判定
解析：小球在通电线圈磁场中运动，小球中产生涡流，故 小球要受到安培力作用，安培力阻碍它的相对运动而使它
做阻尼振动。
答ห้องสมุดไป่ตู้：B
2．(双选)如图1－7－7所示，是电表中
的指针和电磁阻器，下列说法中 正确的是 ( ) 图1－7－7 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地稳定 解析：1在2中转动产生感应电流，感应电流受到安培力
答案：A
二、涡流的应用
①热效应：
电磁炉（炉盘下的线圈中通入交流电，使炉 盘上 的金属中产生涡流，从而生热。）
感应加热：高频感应炉
电磁炉的工作原理：
电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通 上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生 强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡 流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量， 将饭菜煮熟。
[解析]
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，感应电流的大小与感应电动势有关， 电流变化的频率越高，电流变化得越快，感应电动势就越大， A选项正确。工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多， D选项正确。 [答案] AD
②机械效应
涡流制动：
导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力而总是要 阻碍导体的相对运动的现象称之为电磁阻尼。 应用：电表阻尼制动、电气机车的电磁制动、阻尼摆等
中运动时产生的在金属块内自成闭合回路 的感应电流，叫涡电流，简称涡流。
特点：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。由于整块金属的电阻通常 很小，故涡流常常很大。
1．以下关于涡流的说法中，正确的是
(
)
A．涡流跟平时常见感应电流一样，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
作用阻碍1的转动，A、D对。
答案：AD
[思路点拨]
金属球内部形成一个个闭合回路，在金
属球入磁场和出磁场过程中，磁通量发生变化，产生涡流， 能量发生转化。
[解析]
金属球在进入磁场和离开磁场的过程中，内
部产生涡流，阻碍金属球摆动，从而有机械能转化为内能， 小球摆动的幅度减小，但当金属球不能再摆出磁场区域时， 将不再产生涡流，机械能不再减少，金属球将在磁场内部 永远摆动，不会停止，故只有B正确。
第七节 涡流现象及其应用
复习回顾：
产生感应电流的条件是什么？ 答：闭合回路的磁通量发生变化。
思考探究： 将一块状金属导体用导线环绕，其中导线通以 随时间变化的电流，这时导体内部会发生何种 现象？现将导线移除同时是该金属导体来回进 出磁场这时又会发生何种现象？
涡流：块状金属在变化的磁场中或在磁场
高频感应炉原理：
炉外有线圈，线圈接入高频交流电源使其产生 反复变化的电流，使炉内的金属产生涡流现象， 涡流产生的热量是金属熔化并达到很高的温度， 以此来冶炼金属。
2．高频感应炉是用来熔化金属对其进 行冶炼的，如图1－7－3所示为冶炼金
属的高频感应炉的示意图，炉内放入
被冶炼的金属，线圈内通入高频交变 图1－7－3 电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速 度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中， 因此适于冶炼特种金属。该炉的加热原理是 ( )
A．利用线圈中电流产生的焦耳热
B．利用线圈中电流产生的磁场
C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电 解析：高频感应炉的原理是：给线圈通以高频交变电流后， 线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生强
涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化。故只有C正确。