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1、3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动必必备知知识自主学自主学习关关键能力能力合作探究合作探究随堂演随堂演练达达标自自测【素养目标】1.了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动(物理观念)2通过实验了解涡流现象、观察电磁阻尼和电磁驱动(科学探究)3会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小(科学思维)必必备知知识自主学自主学习一、电磁感应现象中的感生电场一个闭合回路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，闭合电路内将会产生感应电动势1感生电场：磁场_时会在空间激发一种电场，我们把它叫作感生电场与空间是否存在闭合回路无关2感生电动势：由_产生的感应电动势3感生电场的方向：与所产生的感应电流的方向相同，可根据_和_判断变化感生
2、电场楞次定律安培定则二、涡流1涡流：由于电磁感应，在导体中产生的像水中漩涡样的_电流2特点：若金属电阻率很小，则涡流往往_，产生的热量_3应用：(1)热效应：_、_(2)磁效应：_，_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_(2)途径二：用互相绝缘的_叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯感应很强很多真空冶炼炉电磁炉探雷器安检门电阻率硅钢片三、电磁阻尼和电磁驱动1电磁阻尼(1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到_，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼安培力是阻力(2)应用：磁电式电流表中利用_使指针迅速停止到某位置
3、，便于读数安培力电磁阻尼2电磁驱动(1)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 安培力是动力(2)应用：交流感应电动机感应电流走 进 生 活在电磁炉的炉盘下有一个线圈电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热你知道这是为什么吗？提示：铁锅中产生了感应电流使铁锅发热关关键能力能力合作探究合作探究探究一电磁感应现象中的感生电场【情境探究】如图，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，闭合电路内产生了感生电动势，你知道原理吗？提示：导体中的自由电荷在感生电场作用下做定向运动，产生感应
4、电流，也就是说闭合电路内产生了感生电动势【核心归纳】1.产生：如图所示，当磁场变化时，产生感生电场感生电场的电场线是与磁场垂直的曲线2方向：闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就表示感生电场的电场方向依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律判定感生电场的方向要点笔记感生电场力虽然是电场力但不是静电力它是一种非静电力【应用体验】例1现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备，如图甲电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空盒组成当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子
5、将在涡旋电场作用下加速如图乙所示(上图为侧视图、下图为真空盒的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动当电磁铁绕组通有图中所示的电流时()A.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速B若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速C若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速D被加速时电子做圆周运动的周期不变答案：A【针对训练】1.(多选)下列说法正确的是()A感生电场由变化的磁场产生B恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C感生电场的方向也同样可以用楞次定律和安培定则来判定D感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方
6、向答案：AC解析：磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律和安培定则判断，故A、C正确，B、D错误答案：D探究二涡流【情境探究】高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒，使用时监考教师手持探测器，在考生前后左右和容易藏东西的部位划过，如藏有金属物品，即便是一粒金属纽扣，探测器也会鸣响金属探测器的原理是什么？提示：金属探测器通过其通有交流电的探测线圈，在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用【核心归纳】1.涡流的特点当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P
7、I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大2涡流中的能量转化涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能【应用体验】例2电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，“火力”强劲，安全可靠如图是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是()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，在锅体产生涡流，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【针对训练】3.2022浙江宁波慈溪高二检测(多选)如图
8、所示，下列生产生活现象中，属于涡流的是()A图(a)用电磁炉烹制菜肴B图(b)变压器工作时，绕制线圈的铁芯会发热C图(c)过安检时用金属探测器探测人是否携带金属物品D图(d)工人穿上金属丝织成的衣服进行高压带电作业答案：ABC4涡流内检测技术常用来检测各种金属管道是否有破损如图所示是检测仪在管道内运动及其工作原理剖面示意图，当激励线圈中通入正弦交流电时，金属管道壁内会产生涡流，涡流磁场会影响检测线圈的电流以下有关涡流内检测仪的说法正确的是()A检测线圈消耗功率等于激励线圈输入功率B在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测线圈中的电流不变C在管道内某处检测时，如果只增大激励线
9、圈中交流电的频率，则检测仪消耗功率将变大D当检测仪从金属管道完好处进入到破损处检测时，管道壁中将产生更强的涡流答案：C探究三电磁阻尼和电磁驱动【情境探究】如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动(1)如果将磁铁拿走，轻转线圈，观察线圈的转动，若安装上磁铁，用同样的力转动线圈，你会观察到两次现象有什么不同，为什么？(2)先让线圈静止，转动磁铁，观察线圈有什么现象发生，为什么？提示：(1)观察到没有磁铁时线圈转动的时间比有磁铁时转动的时间长很多有磁铁时，线圈转动会产生感应电流，感应电流的安培力阻碍线圈的转动(2)观察到线圈随着磁铁的转动会慢慢转动起来线圈中产生感应电流，感应电流的安培力阻碍线圈
10、相对磁铁的运动，即使线圈慢慢随磁铁转动起来【核心归纳】电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系项目电磁阻尼电磁驱动区别导体在磁场中运动磁场相对于导体转动安培力的作用总是阻碍导体的运动使导体运动起来联系安培力的作用总是阻碍它们间的相对运动特别提醒(1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律(2)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果若磁铁运动，线圈中产生感应电流的结果是安培力的方向与磁铁运动方向相同，即电磁驱动；若磁场不动，线圈运动，则产生感应电流的结果是阻碍线圈运动，即电磁阻尼【应用体验】例3如图甲所示是一个电磁阻尼现象演示装置，钢锯条上端固定在
11、支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摆动较长时间；如图乙所示，若在其正下方固定一铜块(不与磁铁接触)，则摆动迅速停止关于此实验，以下分析与结论正确的是()A如果将磁铁的磁极调换，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象B用闭合的铜制线圈替代铜块，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象C在图乙情况中，下摆和上摆过程中磁铁和钢锯条组成的系统机械能均减少D在摆动过程中铜块不受磁铁的作用力答案：C【针对训练】5(多选)电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的减震悬架，精密实验仪器的防震等某减震座椅工作原理示意图如图所示，除了弹簧可减震之外，中间还有磁体和配套定子线圈，在震动过程中磁
12、体可在定子线圈内上下移动下列说法中正确的是()A.定子线圈的电阻越小，电磁阻尼现象越明显B定子线圈的电阻越大，电磁阻尼现象越明显C震动过程中减震系统会产生焦耳热D震动过程中减震系统不会产生焦耳热答案：AC解析：内部电阻越小，电流越大，安培力越大，阻尼现象越明显，B错误，A正确；减震过程中会产生电流，内部有电阻，就会产生焦耳热，D错误，C正确随堂演随堂演练达达标自自测1.管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为()
13、A库仑B霍尔C洛伦兹 D法拉第答案：D解析：高频焊机的工作原理是电磁感应，此规律的发现者为法拉第，选项D正确2(多选)以下现象中与涡流有关的是()答案：AB解析：真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量，A正确；线圈通电时，穿过铝框的磁通量发生变化，铝框中产生涡流，阻碍线圈转动，B正确；处于磁场中的导电液体旋转起来以及磁电式仪表中的线圈通电后发生偏转是电流在磁场中的受力问题，不是涡流，C、D错误3.涡流检测是工业上无损检测的方法之一如图所示，线圈中通以一定频率的正弦式交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化下列说法中正
14、确的是()A涡流的磁场总是与线圈的磁场方向相反B涡流的大小与通入线圈的交流电频率无关C待测工件可以是塑料或橡胶制品D通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力答案：D4(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，一手持式封口机如图所示，它的工作原理是：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，从而粘贴在待封容器的封口处，达到迅速封口的目的下列有关说法正确的是()A封口材料可用普通塑料来代替铝箔B该封口机可用干电池作为电源以方便携带C封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决D该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器答案：CD5.如图所示，蹄形磁体的两极之间放置一个线圈abcd，磁体和线圈都可以绕OO轴转动，当磁体按图示方向绕OO轴转动时，线圈的运动情况是()A俯视，线圈顺时针转动，转速与磁体相同B俯视，线圈逆时针转动，转速与磁体相同C线圈与磁体转动方向相同，但转速小于磁体的转速D线圈静止不动答案：C解析：当磁体转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，为了阻碍磁通量的变化，线圈的转动方向与磁体的转动方向相同，但转速一定小于磁体的转速。如果两者转速相同，则线圈与磁体相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，C正确
