版赢在微点高中物理选修32第7节 涡流电磁阻尼和电磁驱动.docx

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版赢在微点高中物理选修32第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动

第7节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动　　　

见学生用书P021

学习目标

练法指导

1.知道涡流是如何产生的。

2．知道涡流对我们的生活有不利和有利两个方面的影响，以及如何利用和防止。

3．知道电磁阻尼和电磁驱动。

1.通过列举生活中的实例，了解涡流的特点、应用和防止。

2．通过磁电式电表利用电磁阻尼使指针迅速停下来和电气机车的电磁制动等了解电磁阻尼的应用。

3．通过了解感应电动机、汽车上的电磁式速度表的原理，了解电磁驱动的应用。

———　　课/　前/　预/　习·轻/　松/　搞/　定　　———

要点辨析

1．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的（√）

2．涡流有热效应，但没有磁效应（×）

3．在硅钢中不能产生涡流（×）

4．电磁炉是在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的（√）

5．由电磁驱动的实例可以说明，感应电流只能提供动力不能提供阻力（×）

预习自检

1．下列应用哪些与涡流无关（　　）

A．高频感应冶炼炉

B．汽车的电磁式速度表

C．家用电能表

D．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流

解析　高频感应冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，炉内的金属中产生涡流；汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电表（转盘式）的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生的感应电流，不同于涡流，D与涡流无关。

答案　D

2．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。

给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是（　　）

A．恒定直流、小铁锅

B．恒定直流、玻璃杯

C．变化的电流、小铁锅

D．变化的电流、玻璃杯

解析　通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温。

答案　C

3．将一个闭合金属环用绝缘丝线悬于O点，如图所示，虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场，将金属环拉至图示位置释放后（　　）

A．金属环的摆动不会停下来，一直做等幅摆动

B．金属环的摆动幅度越来越小，小到某一数值后做等

幅摆动

C．金属环的摆动最终会停下来

D．金属环最终停止在初始释放位置

解析　当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生感应电流，从而阻碍金属环运动，即有机械能通过安培力做负功转化为内能，所以环最终静止，故A、B、D错误，C正确。

答案　C

———　　课/　堂/　效/　果·题/　组/　检/　测　　———

题组一涡流

1.（多选）机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品。

安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流，关于其工作原理，下列说法正确的是（　　）

A．人身上携带的金属物品会被地磁场磁化，在线圈中产生感应电流

B．人体在通有交变电流的线圈产生的磁场中运动，产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流

C．线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流

D．金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流

解析　地磁场很弱，即使金属物品被磁化，磁性也很弱，作为导体的人体电阻很大，且一般不会与金属物品构成回路，选项A、B错误；安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是线圈中的交变电流产生交变磁场，使金属物品中产生涡流，选项C正确；该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流，而线圈中交变电流的变化可以被检测，选项D正确。

答案　CD

2．（多选）变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了（　　）

A．增大涡流，提高变压器的效率

B．减小涡流，提高变压器的效率

C．增大铁芯的电阻，以产生更多的热量

D．增大铁芯的电阻，以减小发热量

解析　磁场变化越快，感应电动势越大，因而涡流也就越强。

涡流能使导体发热。

变压器的铁芯是相互绝缘的薄片叠加而成的，从而减小回路的横截面积来减小感应电动势，还增加铁芯的电阻，以降低涡流强度，从而减少能量损耗，提高变压器的效率。

答案　BD

题组二电磁阻尼和电磁驱动

3.（多选）位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中（　　）

A．磁铁做匀速直线运动

B．磁铁做减速运动

C．小车向右做加速运动

D．小车先加速后减速

解析　本题为电磁驱动，可由楞次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律判断运动情况。

磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动。

同理，磁铁穿出时，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项B是正确的。

而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右的，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，C正确。

答案　BC

4．（多选）如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是（　　）

A．2是磁铁，在1中产生涡流

B．1是磁铁，在2中产生涡流

C．该装置的作用是使指针能够转动

D．该装置的作用是使指针能很快地稳定

解析　这是涡流的典型应用之一。

当指针摆动时，1随之转动，2是磁铁，那么在1中产生涡流，2对1的安培力将阻碍1的转动。

不管1向哪个方向转动，2对1的效果总起到阻尼作用，所以它能使指针很快地稳定下来。

答案　AD

———　　课/　后/　巩/　固·快/　速/　提/　能　　———

1．如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。

现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则（　　）

A．铜盘转动将变慢

B．铜盘转动将变快

C．铜盘仍以原来的转速转动

D．铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定

解析　当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘转动将变慢。

本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢。

选项A正确。

答案　A

2．电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠。

如图所示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

解析　电磁炉就是采用的涡流感应加热原理，其内部电子线路板组成部分产生交变磁场。

当把铁质锅具底部放置在炉面时，锅具底部金属部分产生涡流，使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热量，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的，故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；通电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，D错误。

答案　B

3．（多选）如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。

从上向下看，当磁铁逆时针转动时（　　）

A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同

B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小

C．线圈转动时将产生变化的电流

D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda

解析　磁铁逆时针转动，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生变化的电流，故C对，D错；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。

如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生。

答案　BC

4．如图所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈。

开关S断开，条形磁铁至落地用时t1，落地时速度为v1；S闭合，条形磁铁至落地用时t2，落地时速度为v2，则它们的大小关系正确的是（　　）

A．t1>t2，v1>v2B．t1＝t2，v1＝v2

C．t1v2

解析　开关S断开时，线圈中无感应电流，对条形磁铁无阻碍作用，条形磁铁自由下落，故a＝g；当开关S闭合时，线圈中有感应电流，对条形磁铁有阻碍作用，故av2，选项D正确。

答案　D

5．如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置。

小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块（　　）

A．在P和Q中都做自由落体运动

B．在两个下落过程中的机械能都守恒

C．在P中的下落时间比在Q中的长

D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大

解析　小磁块在内壁光滑的塑料管Q中，从高处由静止释放做自由落体运动，机械能守恒；小磁块在内壁光滑的铜管P中，则会产生电磁阻尼阻碍小磁块的运动，相比Q中自由落体运动时间要长，C项正确，A项错误；由于电磁阻尼产生焦耳热，机械能不守恒，B项错误；由于机械能有损失，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，D项错误。

答案　C

6．如图所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离两两相等，当两块蹄形磁铁匀速向右运动时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是（　　）

A．先向左，后向右B．先向左，后向右，再向左

C．一直向右D．一直向左

解析　当两蹄形磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动的趋势，受到木板的摩擦力方向向左，当蹄形磁铁远离线圈时，线圈要阻碍其远离，线圈仍有向右移动的趋势，受到木板的摩擦力方向仍是向左的，选项D正确。

答案　D

7.（多选）如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。

若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（　　）

A．增加线圈的匝数

B．提高交流电源的频率

C．将金属杯换为瓷杯

D．取走线圈中的铁芯

解析　交变电流在铁芯中产生交变磁场，金属杯会产

生感应电流而发热，从而使杯内水沸腾。

增加线圈的匝数、提高交流电源的频率都可以增大金属杯产生的电流，可缩短加热时间，选项A、B正确；将金属杯换成瓷杯，变化磁场不能使它产生电流，也就不能给水加热，选项C错误；取走线圈中的铁芯，会减小周围的磁场的变化率，金属杯产生的电流会减小，从而增加加热的时间，选项D错误。

答案　AB

8.如图所示，质量为m＝100g的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h＝0.8m，有一质量为M＝200g的小磁铁（长度可忽略），以10m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6m，则磁铁与铝环发生相互作用时（小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动）：

（1）铝环向哪边偏斜？

（2）若铝环在磁铁穿过后速度为2m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？

（g取10m/s2）

解析　

（1）由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏斜（阻碍相对运动）。

（2）由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出穿过后的磁铁速度

v＝

m/s＝9m/s，

由能量守恒可得

W电＝

Mv

－

Mv2－

mv′2＝1.7J。

答案　

（1）铝环向右偏　

（2）1.7J