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1、第3节涡流、电磁阻尼和电磁驱动【知识梳理】一、电磁感应现象中的感生电场1感生电场：变化的磁场在周围空间激发的电场，叫做感生电场.如果此空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下定向移动，而产生感 应电流，或者说导体中产生了感生电动势.2. 感生电场的方向：感生电场是产生感应电流或感应电动势的原因.导体中正电荷定向运动 的方向就是感生电场的方向，可由楞次定律判断.3感生电动势：由于感生电场的作用，推动导体中自由电荷定向移动而产生的电动势叫感生 电动势.感生电动势在电路中的作用就是电源，其产生电动势的导体就是内电路，当它与外电路连接 后就会对外电路供电其非静电力就是感生电场对自由电荷
2、的作用.二、涡流1. 产生: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) 涡流热效应的应用：如真空冶炼炉。(2) 涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门。4. 防止：电动机、变压器等设备中为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成的铁芯代替整块硅钢铁芯。三、电磁阻尼和电磁驱动1. 电磁阻尼:（1）产生：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 碍导体的运动的现象。（2）应用：电
3、学仪表中利用电磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数。2. 电磁驱动：（1）产生：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。（2）应用：交流感应电动机。【方法突破】一、对涡流的理解方法归纳1涡流的本质：电磁感应现象。2. 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。3产生涡流时的能量转化：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
4、属块的机械 能转化为电能，最终转化为内能。【例1】电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，火力”强劲，安全可靠。图示 是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（）炉面板III IE II ! ! 11 III! IliKQLII H EQI! III!通电线圈通电线圈产生的磁场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. 在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用D. 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【答案】B【详解】锅体中的涡流是由变化的磁
5、场产生的，所加的电流是交流，不是直流故A错误.根 据电磁炉的工作原理可知，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, 故B正确；在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁炉的加热作用故C错误.金属锅自 身产生无数小涡流而直接加热于锅的，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡 流故D错误；故选B.【针对训练1】安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线 圈。若工作过程中某段时间内通电线圈中存在顺时针方向（左视图）均匀增大的电流，则下 列说法正确的是（电流方向判断均从左向右观察）（ ）A. 有金属片通过时，金属片中会感应出涡流B. 有金属片通过时，接收线圈
6、中的感应电流的方向可能改变C. 无金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向为顺时针D. 无金属片通过时，接收线圈中的感应电流可能逐渐减小【答案】A【详解】A.通电线圈中的电流均匀增大，则产生的磁场均匀增大，有金属片通过时，穿过 金属片中的磁通量均匀增大，金属片中会感应出涡流，故A正确；B. 金属片中涡流的磁场与通电线圈中产生的磁场方向相反，虽然会对接收线圈中磁通量的 增大有一定的阻碍作用，但不能阻止接收线圈中磁通量增大，所以接收线圈中的感应电流的 方向不会改变，故B错误；CD.无金属片通过时，接收线圈中的磁通量由左向右均匀增大，根据楞次定律可知感应电 流的方向为逆时针，根据法拉第电磁感应定律可
7、知接收线圈中的感应电动势不变，感应电流 不变，故CD错误。故选Ao二、电磁阻尼和电磁驱动的比较方法归纳电磁阻尼电磁驱动不同占八、成因由导体在磁场中运动形成的由磁场运动而形成的效果安培力方向与导体运动方向相反， 为阻力安培力方向与导体运动方向相同，为动 力能量转化克服安培力做功，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共同点两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对 运动提醒：电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律。【例2】如图所示，金属球（铜球）下端有通电的线圈，今把金属球向上拉离平衡位置后 释放，此后金属
8、球的运动情况是（不计空气阻力）（）A. 做等幅振动B. 做阻尼振动C. 振幅不断增大D. 无法判定【答案】B【详解】金属球在通电线圈产生的磁场中运动，金属球中产生涡流，故金属球要受到安培力 作用，阻碍它的相对运动，做阻尼振动，振幅不断减小。B正确，ACD错误。故选B。【针对训练2】如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以绕）0 轴自由 转动，两磁极靠近铜盘，但不接触。当磁铁绕轴转动时，铜盘将（）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【答案】B【详解】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
9、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，线圈中能产生电流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小，不能同步转动。故选Bo【对点检测】一、随堂检测1. 电子感应加速器基本原理如图所示，上、下为电磁铁两个磁极，磁极之间有一个环形真 空室，电子在真空中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化。上图为侧视图, 下图为真空室的俯视图，若某一时刻，电磁铁线圈中电流方向与图示方向一致、电子沿逆时 针方向，在磁场的约束下运动一周，则下列说法正确的是（ ）电子轨逍枪A. 电子感应加速器是利用电磁铁间变化的
10、磁场产生感生电场使电子加速的仪器B. 电子感应加速器是利用越来越强的磁场对电子持续增大的洛伦兹力作用使电子加速的仪 器C. 电磁铁线圈中电流大小要持续增加，其电流方向可以与图示方向相反D. 当电磁铁线圈中的电流方向与图示方向相反时，要实现对电子加速，电流要越来越小【答案】A【详解】AB.根据法拉第电磁感应定律，可知，电子感应加速器是利用电磁铁间变化的磁 场产生感生电场使电子加速的仪器，在洛伦兹力约束下做圆周运动，故A正确，B错误；C.由题知，某一时刻，电磁铁线圈中电流方向与图示方向一致、电子沿逆时针方向，则感 应电流沿顺时针方向，根据安培定则可知，感应磁场向下，与原磁场方向相反，即线圈中的 磁
11、场增大，故通过电磁铁线圈的电流大小增大，故电流方向不能与图示方向相反，否则产生 的感应电流方向就会相反，电子的运动情况也会相反，故C错误；D. 当电磁铁线圈中的电流方向与图示方向相反时，若电流越来越大，根据楞次定律，可知涡旋电场的方向为逆针方向，电子将沿时时针方向做加速运动，故D错误。故选Ao2. “电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等行业的产品封口环节中，其工 作原理是当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量 小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处， 达到迅速封口的目的。下列说法中正确的是（）A. 该封口
12、机可用干电池等直流电源作为工作电源B. 封口材料不可用普通塑料薄膜来代替铝箔C. 封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的周期来解决D. 指针式电流也是由于在电流表内部线圈中产生了涡流而使指针发生偏转【详解】A.导体放入变化的磁场才能产生涡流现象，而干电池通电后，导线周围产生恒定 的磁场，不能产生涡流，A错误；B. 普通塑料薄膜不是导体，不能产生涡流现象，B正确；C. 封口过程中温度过高，可适当增加所通电流的周期，使磁场变化减慢来解决，C错误；D. 指针式电流也是由于在电流表内部线圈中的电流在磁场中受力而使指针发生偏转，D错 误。故选Bo3如图所示，磁电式电流表的线圈常用铝框作骨架，把线圈绕在
13、铝框上，铝框的两端装有 转轴，转轴的两边各有一个螺旋弹簧（绕制方向相反），关于磁电式电流表下列说法正确的 是（ ）A. 线圈通电后，由于螺旋弹簧的弹力作用，可以使指针尽快稳定下来B. 线圈通电后，由于铝框中的电磁阻尼作用，可以使指针尽快稳定下来C. 线圈骨架换成塑料，通电后也可以使指针尽快稳定下来D. 在运输时要把正负接线柱用导线连在一起，主要是为了增强铝框中的电磁阻尼作用【答案】B【详解】AB.常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产 生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，利用了铝框的电磁阻尼作用，故A错误， B正确；C. 塑料做骨架因不能导电则达不到电磁阻尼
14、的作用，故C错误；D. 在运输时要把正负接线柱用导线连在一起，是接通回路能产生铝框中的电磁阻尼作用, 而不能增强，故D错误；故选Bo4. 如图所示，一铝块静止在光滑水平面上，现让一条形磁铁以一定的速度向右靠近铝块在 磁铁靠近铝块的过程，说法正确的是（）A. 若条形磁铁的右端为N极，则铝块会向右以相同的速度运动B. 若条形磁铁的右端为S极，则铝块会向左运动，速度小于磁铁的速度C. 在它们相遇前，铝块一直处于静止状态D. 不论条形磁铁的右端为N极还是S极，铝块都会向右运动，且同一时刻铝块的速度小于 磁铁的速度【答案】D【详解】不管条形磁铁的右端是N极还是S极，向右靠近铝块时都在铝块中产生涡流，因
15、此会有电磁驱动现象，根据楞次定律阻碍作用的特点，铝块的速度小于磁铁的速度.A. 若条形磁铁的右端为N极，则铝块会向右以相同的速度运动，与结论不相符，选项A错 误；B. 若条形磁铁的右端为S极，则铝块会向左运动，速度小于磁铁的速度，与结论不相符， 选项B错误；C. 在它们相遇前，铝块一直处于静止状态，与结论不相符，选项C错误；D. 不论条形磁铁的右端为N极还是S极，铝块都会向右运动，且同一时刻铝块的速度小于 磁铁的速度，与结论相符，选项D正确；二、课后检测5. 金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理：探 测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属 物体内部感应出“涡流（感应电流）。“涡流会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器 发出蜂鸣声而报警.下列说法正确的是（ ）A. 欲使待检测物体内部产生“涡流（感应电流），探测器需在待检测物上方不停地晃动B. 探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生“涡流（感应电流）C. 若待检测物为塑
