資源簡介

(共43張PPT)
第二章　電磁感應及其應用
3.渦流　電磁阻尼　電磁驅動
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核心素養：1.知道渦流、電磁阻尼和電磁驅動的概念. 2.了解渦流的原理，能在問題 情境中應用其性質進行分析，獲得結論. 3.觀察電磁阻尼和電磁驅動現象，了解電磁 阻尼和電磁驅動的原理及其在生活、生產中的應用.
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研習任務一　渦流
合作　討論
如圖所示，線圈中的電流隨時間變化時，導體中有感應電流嗎？如果有，它的形狀像 什么？
提示：有.變化的電流產生變化的磁場，變化的磁場產生感生電場，使導體中的自由電子發生定向移動，產生感應電流，它的形狀像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流，簡稱渦流.
教材　認知
2. 渦流現象的應用
感應電流　
閉合回路　
（1）渦流的熱效應：如高頻感應爐、電磁爐等.
（2）渦流的磁效應：如金屬探測器、安檢門等.
渦流過大　
電阻率　
硅鋼片　
研習　經典
　　
BC
A. 電磁爐的通電線圈加恒定電流，電流越大，電磁爐加熱效果越好
B. 電磁爐原理是通電線圈加交流電后，在鍋底產生渦流，進而發熱工作
C. 電磁爐的通電線圈通入大小和方向變化的電流，電流變化越快，電磁爐加熱效果越好
D. 電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導熱性能較差
解析：電磁爐的通電線圈加恒定電流，會產生恒定磁場，穿過鍋底的磁通量不會發生 變化，不能產生渦流，所以沒有加熱效果，故A錯誤；電磁爐原理是磁場感應渦流加 熱，即通電線圈加交變電流后產生交變磁場，所以通電線圈加交流電后，在鍋底產生 渦流，進而發熱工作，故B正確；電磁爐的通電線圈通入大小和方向變化的電流，電 流變化越快，穿過鍋底的磁通量變化就越快，根據法拉第電磁感應定律可知，產生的 感應電動勢就越大，渦流就越大，從而導致單位時間內產生的熱量就越多，即電磁爐 加熱效果越好，故C正確；金屬鍋自身產生無數小渦流而直接加熱，陶瓷鍋或耐熱玻 璃鍋屬于絕緣材料，不會產生渦流，而不是因為導熱性能較差，故D錯誤.
名師點評
　　無情境不命題是新高考的要求，特別注重物理在生活場景中的應用，這類問題是 高考考查的趨勢，解決此類問題需要學會從生活場景中提煉物理模型.
對應　訓練
A. 探測器線圈中通有頻率越低的交流電，越容易探測出金屬物品
B. 探測器線圈中正弦交流電會產生變化的磁場
C. 探測器附近有金屬時，金屬中會產生渦流
D. 探測器附近有金屬時，探測器線圈中電流會發生變化
A
解析：探測器線圈中的交流電頻率越低，電流變化越慢，根據法拉第電磁感應定律可 知產生的感應電流越小，靈敏度越低，越不容易探測出金屬物品，故A錯誤；根據法 拉第電磁感應定律可知當探測器線圈中通以正弦交流電時會產生變化的磁場，故B正 確；探測器中有一個通有交變電流的線圈，當線圈周圍有金屬時，金屬物中會產生渦 流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，探測器線圈中電流會發生變化，使探測器 報警，故C、D正確.本題選不正確的，故選A.
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研習任務二　電磁阻尼和電磁制動及電磁驅動
合作　討論
有一個銅盤，輕輕撥動它，能長時間地繞軸自由轉動.如果在轉動時把蹄形磁鐵的兩 極放在銅盤的邊緣，但并不與銅盤接觸，銅盤就能在較短的時間內停止.分析產生這 個現象的原因.
提示：銅盤轉動時如果加上磁場，則在銅盤中產生渦流，磁場對這個渦流的作用力阻礙它的轉動，所以銅盤能在較短的時間內停止轉動.
教材　認知
1. 電磁阻尼
2. 電磁制動
感應電
流　
阻礙　
閉合回路　
制動　
電能　
運動　
[理解]　電磁阻尼與電磁驅動的比較
項目 電磁阻尼 電磁驅動
不 同 點 成
因 由于導體在磁場中運動而產生 感應電流，從而使導體受到安 培力 由于磁場運動而產生感應電流，從而使導體 受到安培力
效
果 安培力的方向與導體相對磁場 運動方向相反，阻礙導體運動 導體受安培力的方向與導體運動方向相同， 推動導體運動
項目 電磁阻尼 電磁驅動
不 同 點 能
量
轉
化 導體克服安培力做功，其他形 式的能轉化為電能，最終轉化 為內能 由于電磁感應，磁場能轉化為電能，通過安 培力做功，電能轉化為導體的機械能，從而 對外做功
相同點 兩者都是電磁感應現象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應電流的導體與磁場間的相對運動
研習　經典
D
A. 飛輪受到的阻力大小與其材料密度有關
B. 飛輪受到的阻力大小與其材料電阻率無關
C. 飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，其受到的阻力越小
D. 磁鐵與飛輪間距離不變時，飛輪轉速越大，其受到的阻力越大
解析：飛輪在磁場中做切割磁感線的運動，所以會產生感應電動勢和感應電流，根據 楞次定律可知，磁場會對運動的飛輪產生阻力，以阻礙飛輪與磁場的相對運動，所以 飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力，而安培力的大小與其材料的電阻率有 關，與其密度無關，A、B錯誤；磁鐵越靠近飛輪，飛輪處的磁感應強度越強，所以 在飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪上產生的感應電動勢越大，感應電流越 大，安培力越大，飛輪受到的阻力越大，C錯誤；磁鐵與飛輪間距離不變時，飛輪的 轉速越大，則飛輪上產生的感應電動勢越大，感應電流越大，安培力越大，飛輪受到 的阻力越大，D正確.
名師點評
　　解決此類問題要明確電磁驅動和電磁阻尼的聯系，電磁驅動和電磁阻尼現象中安 培力的作用效果均為阻礙導體與磁場間的相對運動.
對應　訓練
A. 從上往下看，當磁鐵順時針轉動時，鋁框會隨之順時針轉動
B. 從上往下看，當磁鐵順時針轉動時，鋁框會隨之逆時針轉動
C. 無論磁鐵向哪個方向轉動，鋁框都不會轉動
D. 當磁鐵停止轉動后，如果忽略空氣阻力和摩擦阻力，鋁框將 保持勻速轉動
A
解析：根據楞次定律可知，為阻礙磁通量變化，鋁框會與磁鐵同方向轉動，從上往下 看，當磁鐵順時針轉動時，鋁框會隨之順時針轉動，故A正確，B、C錯誤；當磁鐵停 止轉動后，如果忽略空氣阻力和摩擦阻力，由于鋁框轉動的過程中仍然能產生感應電 流，會有電磁阻尼，所以鋁框會逐漸減速直至停止運動，故D錯誤.
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課時作業（七）
[基礎訓練]
A. 俯視看線圈中通有逆時針方向的電流
B. 穿過鋁框的磁通量減少
C. 俯視看鋁框中產生順時針方向的感應電流
D. 使用鋁框做線圈骨架能夠盡快使表針停在某一刻度處
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解析：由左手定則可知，俯視看線圈中通有順時針方向的電流，選項A錯誤；因為線 圈在水平位置時磁通量為零，線圈轉動時，穿過鋁框的磁通量向左增加，根據楞次定 律可知，俯視看鋁框中產生逆時針方向的感應電流，選項B、C錯誤；當鋁框中產生 感應電流時，鋁框受到的安培力與運動方向相反，起到了電磁阻尼的作用，則使用鋁 框做線圈骨架能夠盡快使表針停在某一刻度處，選項D正確.
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A. 衛星外殼中有微弱的感應電流
B. 衛星運行的軌道半徑會越來越小
C. 衛星的機械能會越來越小
D. 衛星的運行速度會越來越小
解析：人造衛星圍繞地球運動時在金屬外殼組成的小部分回路中磁通量變化形成了感 應電流及渦流，實現機械能轉化為電能，A正確，不符合題意；因產生感應電流而發 熱會使機械能減小，運動速度變小做向心運動，半徑變小，B、C正確，不符合題 意；因產生感應電流而發熱會使機械能減小，運動速度變小做向心運動，半徑變小， 速度變大，D錯誤，符合題意.
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A. 高頻冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置
B. 家用電磁爐上的鍋體中的渦流是由恒定磁場產生的
C. 金屬探測器靠近金屬物體時，金屬內會產生渦流
D. 變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流
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解析：高頻冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置，故A正確，不符合題意；電磁爐是 由變化的磁場產生變化的電場，利用渦流的熱效應來加熱物體的，故B錯誤，符合題 意；金屬探測器靠近金屬物體時，金屬內會產生渦流，從而使報警器發出警報，故C 正確，不符合題意；變壓器的鐵芯用硅鋼片代替整塊鐵芯，是為了減小渦流損失，故 D正確，不符合題意.
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A. 金屬探測器應用于安檢場所，探測器利用了渦流的原理
B. 金屬探測器可用于大米裝袋，防止細小的砂石顆粒混入大米中
C. 電磁爐利用電磁阻尼工作，錄音機在磁帶上錄制聲音利用電磁驅動工作
D. 磁電式儀表中用來做線圈骨架的鋁框能起電磁阻尼的作用
解析：金屬探測器在探測金屬時，由于在被測金屬中產生渦流從而使報警器工作，故 A正確；金屬探測器探測原理是由于電磁感應在被探測物中產生渦流，食品中的砂石 不是導體，所以不能產生渦流，故B錯誤；電磁爐利用渦流工作，錄音機在磁帶上錄 制聲音時，利用了電流的磁效應，使磁帶上的磁粉被磁化，故C錯誤；磁電式儀表中 用來做線圈骨架的鋁框中可以產生感應電流，能起電磁阻尼的作用，故D正確.
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A. 導體環從a運動到b位置的過程中，有順時針方向電流
B. 導體環從b運動到c位置的過程中，電流總是順時針方向
C. 導體環在b位置和c位置速度大小相等
D. 導體環向右最多能擺到與a位置等高的位置
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解析：導體環從a運動到b位置的過程中，磁通量不變，沒有感應電流，A錯誤；導體 環從b運動到c位置的過程中，垂直紙面向里的磁場對應的磁通量在減小，根據楞次定 律，感應電流方向為順時針方向，垂直紙面向外的磁場對應的磁通量在增大，根據楞 次定律，感應電流方向為順時針方向，所以電流總是順時針方向，B正確；導體環在 b位置和c位置速度大小不相等，該過程發生電磁感應，動能轉化為電能，速度減小， 也因此，導體環不能擺到與a位置等高的位置，C、D錯誤.
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A. 鋁環的滾動速度將越來越小
B. 鋁環將保持勻速滾動
C. 鋁環的運動將逐漸偏向條形磁鐵的N極或S極
D. 鋁環的運動速率不變，但運動方向發生改變
解析：由對稱性可知，鋁環磁通量始終為零，沒有感應電流，不受安培力，B選 項正確.
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A. 向前啟動時，主動軸的轉速可能小于指針轉速
B. 倒車時指針指在零刻度
C. 鋁制速度盤中的電流是由于盤的轉動形成
D. 向前行駛時，速度盤中的安培力阻礙指針的偏轉
B
解析：由于電磁感應，永久磁鐵將在鋁制速度盤中產生渦流，渦流在永久磁鐵磁場的 驅動下，使指針產生偏轉，因此主動軸的轉速一定比指針轉速大，且電流是渦流，故 A、C錯誤；安培力作用使指針偏轉，故D錯誤；因倒車時安培力反向作用，指針仍指 在左側零刻度，故B正確.
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[能力提升]
A. 當電梯突然墜落時，該安全裝置可使電梯停在空中
B. 當電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時，閉合線圈A、B中的電流方 向相反
C. 當電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時，只有閉合線圈A在阻礙電梯 下落
D. 當電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時，只有閉合線圈B在阻礙電梯 下落
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解析：當電梯突然墜落時，線圈A、B都會阻礙電梯的下落，但不會阻止，故A、C、 D錯誤；在圖示位置通過線圈A的磁場方向向上，磁通量在減小，由楞次定律可知， 感應電流從上往下看為逆時針，通過線圈B的磁場方向向上，磁通量在增大，由楞次 定律可知，感應電流從上往下看為順時針，線圈A、B中的電流方向相反，故B正確.
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甲 乙
A
A B
C D
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A. 接近線圈時做加速運動，離開時做減速運動
B. 接近和離開線圈時都做減速運動
C. 一直在做勻速運動
D. 在線圈中運動時是勻速的
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解析：把鋁塊看成由無數多片橫向的鋁片疊成，每一鋁片又由可看成若干閉合鋁線框組成；如圖所示當它接近或離開通電線圈時，由于穿過每個鋁線框的磁通量發生變化，所以在每個閉合的鋁線框內都要產生感應電流.產生感應電流的效果是要阻礙它接近或離開通電線圈，所以在它接近或離開時都要做減速運動，A、C錯誤，B正確；由于通電線圈內是勻強磁場，所以鋁塊在通電線圈內運動時無感應電流產生，做勻速運動，D正確.
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A. 圓盤被磁針的磁場磁化后帶有了磁性，沒有產生感應電流
B. 磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量沒有發生變化，圓盤內沒有產 生感應電流
C. 圓盤中電荷隨圓盤一起運動形成了電流，這個電流產生的磁場導 致磁針轉動
D. 圓盤轉動過程中，在圓盤內產生了感應電流，這個電流產生的磁 場導致磁針轉動
解析：圓盤在徑向的金屬條切割磁感線過程中，內部距離圓心遠近不同的點電勢不 等，從而形成渦流，渦流產生的磁場又導致磁針轉動，故選D.
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A. 因線框一直以恒定速度切割磁感線，所以甲、乙、丙三個 位置的感應電動勢相等
B. 乙位置線框感應電動勢最大，其次是甲，丙位置感應電動 勢最小
C. 乙位置線框受到的安培力是甲位置的2倍
D. 乙位置線框受到的安培力是甲位置的4倍
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13. 如圖所示，在光滑的水平面上有一邊長d＝10 cm、電阻R＝1 Ω、質量m＝1 kg的 金屬正方形線框，以速度v＝10 m/s向一有界勻強磁場滑去.勻強磁場方向垂直于紙面 向里，B＝0.5 T. 從正方形線框剛開始進入磁場算起，到剛好有一半進入磁場時正方 形線框釋放了32 J的熱量，求：
（1）此時正方形線框中電流的瞬時功率；
答案：（1）0.36 W　
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（2）此時正方形線框運動的加速度.
答案：（2）6×10－2 m/s2，方向向左
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