資源簡介

2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅動
知識梳理：
一、電磁感應現象中的感生電場
1．感生電場
認為：磁場變化時會在空間激發一種 ，這種電場叫作感生電場。
2．感生電動勢
由 產生的電動勢叫感生電動勢。
3．電子感應加速器
電子感應加速器是利用 使電子加速的設備，當電磁鐵線圈中電流的大小、方向發生變化時，產生的感生電場使電子加速。
二、渦流
1．定義：渦流：當線圈中的電流隨時間變化時，線圈附近的任何導體中都會產生 ，電流很像水中的漩渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流．
2．應用
(1)渦流熱效應的應用：如真空冶煉爐、電磁爐。
(2)渦流磁效應的應用：如探雷器、安檢門。
3．防止
電動機、變壓器等設備中為防止鐵芯中渦流過大而導致浪費能量，損壞電器，應采取如下措施:
(1)途徑一：增大鐵芯材料的 。
(2)途徑二：用相互 的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。
三、電磁阻尼和電磁驅動
1．電磁阻尼
(1)產生：當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是 導體的運動的現象。
(2)應用：電學儀表中利用 使指針很快地停下來，便于讀數。
2．電磁驅動
(1)產生：如果磁場相對于導體轉動，在導體中會產生 ，使導體受到 的作用而運動起來。
(2)應用：交流感應電動機。
隨堂練習：
【例1】如圖所示，在內壁光滑、水平放置的玻璃圓環內，有一直徑略小于圓環口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉動。若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，若運動過程中小球的帶電荷量不變，那么(　　)
A．洛倫茲力對小球一直做正功
B．小球受到的洛倫茲力不斷增大
C．小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動
D．小球仍做勻速圓周運動
【例2】(多選)機場的安檢門可以利用渦流探測人身上攜帶的金屬物品，安檢門中接有線圈，線圈中通以交變電流，關于其工作原理，以下說法正確的是(　　)
A．人身上攜帶的金屬物品會被地磁場磁化，在線圈中產生感應電流
B．這個安檢門也能檢查出人身上攜帶的毒品
C．線圈產生的交變磁場會在金屬物品中產生交變的感應電流
D．金屬物品中感應電流產生的交變磁場會影響線圈中的電流
【例3】彈簧上端固定，下端懸掛一個磁鐵。將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來。如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它(如圖所示)，磁鐵就會很快停下來，解釋這個現象。
【例4】(多選)如圖所示，蹄形磁體和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉動。從上向下看，當磁鐵逆時針轉動時，則(　　)
A．線圈將逆時針轉動，轉速與磁體相同
B．線圈將逆時針轉動，轉速比磁體小
C．線圈轉動時將產生方向變化的感應電流
D．線圈轉動時感應電流的方向始終是abcda
課后鞏固
1．(多選)如圖一金屬半圓環置于勻強磁場中，磁場方向垂直于半圓面向外，下列說法正確的是(　　)
A．當磁場突然減弱時，N端電勢高于M端
B．當磁場突然減弱時，M端電勢高于N端
C．若磁場不變，將半圓環繞MN軸旋轉180°的過程中，N端電勢高于M端
D．若磁場不變，將半圓環繞MN軸旋轉180°的過程中，M端電勢高于N端
2．(多選)磁電式儀表的線圈通常用鋁框作骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是（　　）
A．防止渦流而設計的
B．利用渦流而設計的?
C．起電磁阻尼的作用
D．起電磁驅動的作用
3．如圖所示，使一個銅盤繞其豎直的軸OO′轉動，且假設摩擦等阻力不計，轉動是勻速的?，F把一個蹄形磁鐵移近銅盤，則(　　)
A．銅盤的轉動將變慢
B．銅盤的轉動將變快
C．銅盤仍以原來的轉速轉動
D．銅盤的轉動速度是否變化，要根據磁鐵上下兩端的極性來決定
4．關于渦流，下列說法中錯誤的是(　　)
A．真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置
B．家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產生的
C．阻尼擺擺動時產生的渦流總是阻礙其運動
D．變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流
5．(多選)如圖所示，A、B為大小、形狀均相同且內壁光滑、但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度。兩個相同的磁性小球，同時從A、B管上端的管口無初速度釋放，穿過A管比穿過B管的小球先落到地面。下面對于兩管的描述中可能正確的是(　　)
A．A管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的
B．A管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的
C．A管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的
D．A管是鋁制成的但有平行于軸線的裂縫，B管是用鋁制成的
6． 如圖所示，忽略空氣阻力，一條形磁鐵從靜止開始向下穿過一個用雙線繞成的閉合線圈，條形磁鐵在穿過線圈的過程中(　　)
A．做自由落體運動
B．做減速運動
C．做勻速運動
D．做非勻變速運動
7．(多選)位于光滑水平面上的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v水平向右穿過螺線管，如圖所示，在此過程中(　　)
A．磁鐵受向右的磁場力
B．磁鐵受向左的磁場力
C．小車向右做加速運動
D．小車先加速后減速
8．(多選)如圖所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現接通交流電源，過了幾分鐘，杯內的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時間，下列措施可行的有(　　)
A．增加線圈的匝數
B．提高交流電源的頻率
C．將金屬杯換為瓷杯
D．取走線圈中的鐵芯
9．(多選) 如圖所示，閉合金屬環從光滑曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側上升，設環的初速度為零，摩擦不計，曲面處在圖中磁場中，則(　　)
A．若是勻強磁場，環上升的高度小于h
B．若是勻強磁場，環上升的高度等于h
C．若是非勻強磁場，環上升的高度等于h
D．若是非勻強磁場，環上升的高度小于h
10．(多選)如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就會產生感應電流，感應電流通過焊縫產生很多熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發熱很少，以下說法正確的是(　　)
A．電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快
B．電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快
C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小
D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大
★11．掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向對稱地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現擾動后，對于紫銅薄板上下及其左右振動的衰減最有效的方案是(　　)
2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅動答案
知識梳理：
一、1．麥克斯韋 電場 2．感生電場 3．感生電場
二、1．感應電流 3．(1)電阻率 (2)絕緣
三、1．(1)阻礙 (2)電磁阻尼 2．(1)感應電流 安培力
隨堂練習
【例1】答案　C
解析　因為玻璃圓環所在處有均勻變化的磁場，在周圍產生穩定的感生電場，電場力對帶正電的小球做功，由楞次定律可判斷感生電場方向為順時針方向，在電場力作用下，小球先沿逆時針方向做減速運動，后沿順時針方向做加速運動，選項C正確，D錯誤；洛倫茲力方向始終與小球做圓周運動的線速度方向垂直，所以洛倫茲力對小球不做功，選項A錯誤；小球的速率先減小到零后再增大，開始時B＝0，F＝0，小球速率為零時，＝0，可知小球受到的洛倫茲力不是不斷增大的，選項B錯誤。
【例2】答案　CD
解析　一般金屬物品不一定能被磁化，且地磁場很弱，即使金屬被磁化磁性也很弱，故A錯誤；安檢門利用渦流探測金屬物品的工作原理是：線圈中交變電流產生交變磁場，使金屬物品中產生渦流，故B錯誤，C正確；渦流產生的磁場又會影響探測器線圈的電流，而線圈中交變電流的變化可以被檢測到，故D正確。
【例3】
解析　當磁鐵穿過固定的閉合線圈時，在閉合線圈中會產生感應電流，感應電流的磁場會阻礙磁鐵靠近或離開線圈，也就使磁鐵振動時除了受空氣阻力外，還有線圈的磁場力作為阻力，克服阻力需要做的功較多，機械能損失較快，因而會很快停下來。
【例4】答案　BC
解析　由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁體同向轉動，但轉動的角速度一定小于磁體轉動的角速度，如果兩者相等，磁感線與線圈相對靜止，線圈不會切割磁感線，將無感應電流的產生，則線圈不會轉動，故A項錯誤，B項正確；當磁體逆時針轉動時，線圈將與磁體同向轉動，但轉動的角速度一定小于磁體轉動的角速度，等價于線圈不動，磁鐵以較小的角速度繞線圈轉動，導致線圈abcd中磁通量時而正向穿過增大或減小，時而反向穿過增大或減小，所以感應電流的方向會發生改變，故C項正確，D項錯誤。
課后鞏固
答案 BD
答案 BC
解析　線圈通電后，在安培力作用下發生轉動，鋁框隨之轉動，并切割磁感線產生感應電流，就是渦流。渦流阻礙線圈的轉動，使線圈偏轉后盡快停下來。所以，這樣做的目的是利用渦流來起電磁阻尼的作用，正確選項是B、C。
答案　A
4．答案 B
解析 真空冶煉爐是利用渦流產熱來熔化金屬的，A正確；迅速變化的電流通過電磁灶面板下方的線圈時，線圈周圍產生迅速變化的磁場，變化的磁場使鐵鍋底部產生渦流，B錯誤；根據楞次定律可知，阻尼擺擺動時產生的渦流總是阻礙其運動，C正確；渦流會造成能量的損失，所以變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成，為了減小渦流造成的能量損失，D正確。
5．答案 AD
6．答案　A
解析　雙線繞成的線圈由于兩導線產生的磁通量相互抵消，不會產生感應電流，所以磁鐵將做自由落體運動。
7．答案　BC
解析　磁鐵水平穿入螺線管時，管中將產生感應電流，由楞次定律知該電流產生的磁場阻礙磁鐵的運動。同理，磁鐵穿出時該電流產生的磁場也阻礙磁鐵的運動，B項正確；而對于小車上的螺線管來說，在此過程中，螺線管受到的安培力都是水平向右，這個安培力使小車向右一直做加速運動，C項對。
8．答案　AB
9．答案　BD
解析　若磁場為勻強磁場，穿過環的磁通量不變，不產生感應電流，即無機械能向電能轉化，機械能守恒，故A錯，B正確；若磁場為非勻強磁場，環內要產生電能，機械能減少，故D正確。
10．答案　AD
解析　交流電頻率越高，則產生的感應電流越大，升溫越快，故A項對，B項錯；工件上各處電流相同，電阻大處產生的熱量多，故C項錯，D項對。
11．答案 A
解析　感應電流產生的條件是閉合回路中的磁通量發生變化。在A圖中，系統振動時，紫銅薄板隨之上下及左右振動，在磁場中的部分有時多有時少，磁通量發生變化，產生感應電流，受到安培力，阻礙系統的振動；在B、D圖中，只有紫銅薄板左右振動才產生感應電流，而上下振動無電流產生；在C圖中，無論紫銅薄板上下振動還是左右振動，都不會產生感應電流，故選項A正確，B、C、D錯誤。

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