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1、第四章电磁感应 第7讲涡流 电磁阻尼和电磁驱动 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 涡流 如图1所示 线圈中的电流随时间变化时 导体中有感应电流吗 如果有 它的形状像什么 答案 图1 有 变化的电流产生变化的磁场 变化的磁场产生感生电场 使导体中的自由电子发生定向移动 产生感应电流 它的形状像水中的旋涡 所以把它叫做涡电流 简称涡流 1 涡流 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 电流在导体中组成闭合回路 很像 所以把它叫做涡电流 简称涡流 2 涡流大小的决定因素 磁场变化越 越 导体的横截面积S越 导体材料的电阻率越 形成的涡流就越大 3 应用 安检
2、门等 4 防止 为了减小电动机 变压器铁芯上的涡流 常用电阻率较大的硅钢做材料 而且用叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯 感应电流 水中的旋涡 快 真空冶炼炉 相互绝缘的硅钢片 大 大 小 探雷器 判断下列说法的正误 1 涡流也是一种感应电流 2 导体中有涡流时 导体没有和其它元件组成闭合回路 故导体不会发热 3 利用涡流制成的探测器也可探测毒品 4 涡流是一种有害的电磁感应现象 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靠近或离开线圈 也就使磁铁振动时除了受空气阻力外 还有线圈的磁场力作为阻力 克服阻力需要做的功较多 机械能损失较快 因而会很快停下来 二 电磁阻
3、尼和电磁驱动 1 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 使磁铁上下振动时穿过它 如图2所示 磁铁就会很快停下来 解释这个现象 图2 答案 变化 2 一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间 如图3所示 蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动 当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动 磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动 1 蹄形磁铁转动时 穿过线圈的磁通量是否变化 图3 答案 线圈内产生感应电流受到安培力的作用 安培力作为动力使线圈转动起来 线圈的转速小于磁铁的转速 答案 2 线圈转动起来的动力是什么力 线圈的转动速度与
4、磁铁的转动速度什么关系 1 电磁阻尼 当导体在运动时 感应电流会使导体受到安培力 安培力的方向总是导体的运动 这种现象称为电磁阻尼 2 电磁驱动 若磁场相对导体转动 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 这种作用常常称为电磁驱动 3 电磁阻尼中克服做功 其他形式的能转化为电能 最终转化为内能 电磁驱动中通过做功 电能转化为导体的机械能而对外做功 磁场中 安培力 安培力 阻碍 判断下列说法的正误 1 电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律 2 电磁阻尼发生的过程 存在机械能向内能的转化 3 电磁驱动现象中有感应电流产生 电磁阻尼中没有感应电流产生 4 电磁驱动可
5、以被利用 而电磁阻尼不能被利用 2 题型探究 一 涡流的理解 利用和防止1 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 2 产生涡流时的能量转化 1 金属块在变化的磁场中 磁场能转化为电能 最终转化为内能 2 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 金属块的机械能转化为电能 最终转化为内能 例1 2015 衢州统考 多选 高频焊接原理示意图如图4所示 线圈通以高频交流电 金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热 将焊缝融化焊接 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
6、缝的接触电阻 图4 答案 解析 当增大交变电流的电压时 线圈中交变电流增大 那么磁通量变化率增大 因此产生感应电动势增大 感应电流也增大 那么焊接时产生的热量也增大 A正确 根据法拉第电磁感应定律分析可知 电流变化的频率越高 磁通量变化频率越高 产生的感应电动势越大 感应电流越大 焊缝处的温度升高的越快 B正确 增大电阻 在相同电流下 焊缝处热功率大 温度升的越高 故C正确 D错误 A 若是匀强磁场 环上升的高度小于hB 若是匀强磁场 环上升的高度等于hC 若是非匀强磁场 环上升的高度等于hD 若是非匀强磁场 环上升的高度小于h 例2 多选 如图5所示 闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下 又沿曲
7、面的另一侧上升 设环的初速度为零 摩擦不计 曲面处在图中磁场中 则 图5 答案 解析 若磁场为匀强磁场 穿过环的磁通量不变 不产生感应电流 即无机械能向电能转化 机械能守恒 故A错 B正确 若磁场为非匀强磁场 环内要产生电能 机械能减少 故D正确 二 电磁阻尼电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象 任何在磁场中运动的导体 只要给感应电流提供回路 就会存在电磁阻尼作用 例3在水平放置的光滑绝缘导轨上 沿导轨固定一个条形磁铁 如图6所示 现有铜 铝和有机玻璃制成的滑块甲 乙 丙 使它们分别从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去 各滑块在向磁铁运动的过程中 答案 解析 图6 A 都做匀速运动B 甲 乙做加速
8、运动C 甲 乙做减速运动D 乙 丙做匀速运动 甲 乙向磁铁靠近时要产生涡流 受电磁阻尼作用 做减速运动 丙则不会产生涡流 只能匀速运动 例4如图7所示 在一蹄形磁铁下面放一个铜盘 铜盘和磁铁均可以自由绕OO 轴转动 两磁极靠近铜盘 但不接触 当磁铁绕轴转动时 铜盘将 答案 解析 图6 A 以相同的转速与磁铁同向转动B 以较小的转速与磁铁同向转动C 以相同的转速与磁铁反向转动D 静止不动 三 电磁驱动 因磁铁的转动 引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流 进而受安培力作用而发生转动 由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动 所以铜盘与磁铁同向转动 又由产生电磁感应的条件可知 线圈中能产生感应电流
9、的条件必须是磁通量发生变化 故要求铜盘转动方向与磁铁相同而转速较小 不能与磁铁同速转动 所以正确选项是B 达标检测 3 1 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做匀速运动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 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正确 1 2 3 4 2 2015 绍兴高二检测 电磁炉热效率高达90
10、炉面无明火 无烟无废气 电磁 火力 强劲 安全可靠 如图8所示是描述电磁炉工作原理的示意图 下列说法正确的是 答案 解析 A 当恒定电流通过线圈时 会产生恒定磁场 恒定磁场越强 电磁炉加热效果越好B 电磁炉通电线圈加交流电后 在锅底产生涡流 进而发热工作C 电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅 主要原因是这些材料的导热性能较差D 在锅和电磁炉中间放一纸板 则电磁炉不能起到加热作用 1 2 3 4 图8 1 2 3 4 电磁炉采用的是涡流感应加热原理 其内部通过电子线路板组成部分产生交变磁场 当把含铁质锅具底部放置在炉面时 锅具切割交变磁感线从而在锅具底部金属部分产生涡流 用来加热和烹饪食物 从而
11、达到煮食的目的 A错误 B正确 电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流 陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于金属导体 不能产生感应电流 C错误 线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底 在锅底产生感应电流 利用电流的热效应起到加热作用 故D错误 A A管是用塑料制成的 B管是用铜制成的B A管是用铝制成的 B管是用胶木制成的C A管是用胶木制成的 B管是用塑料制成的D A管是用胶木制成的 B管是用铝制成的 3 多选 如图9所示 A B为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从A B管上端距管口等高处无初速度释放 穿过A管比穿过B管的小球先落到地面 下面对于两管的描述中可能正确的是 答案 1 2 3 4 图9 A 探测器内的探测线圈会产生交变磁场B 只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C 探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流D 探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流 4 多选 如图10所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图 下列说法中正确的是 答案 图10 1 2 3 4
