最新人教版高中物理选修3247涡流电磁阻尼和电磁驱动 知识点总结及课时练习.docx
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最新人教版高中物理选修3247涡流电磁阻尼和电磁驱动知识点总结及课时练习
7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
记一记
涡流、电磁阻尼和电磁驱动知识体系
辨一辨
1.涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律．（×）
2．通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流．（√）
3．变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流．（√）
4．在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同．（×）
5．在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能．（√）
想一想
1.请说明涡流现象中的能量转化情况．
提示：
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．
2．请说明金属块进出磁场时的能量转化情况．
提示：
金属块进出磁场时，机械能转化为电能，电能又转化为内能．
3．家用电磁炉和微波炉工作原理一样吗？
提示：
不一样．电磁炉利用涡流的热效应工作，而微波炉利用电磁波工作．
思考感悟：
练一练
1.下列应用与涡流无关的是（ ）
A．高频感应冶炼炉
B．汽车的电磁式速度表
C．转盘式家用电度表
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；汽车的电磁式速度表即磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电度表（转盘式）的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，应选D.
答案：
D
2．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，则（ ）
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，转速比磁铁大
C．线圈转动时将产生感应电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
解析：
当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生感应电流，故C项正确；当线圈相对磁铁转过90°时，其感应电流方向不再是abcda，D项错误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，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，磁感线与线圈处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，故A、B两项错误．
答案：
C
3．（多选）如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（ ）
A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快
B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快
C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大
解析：
交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越快，故A项正确；工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，故D项正确．
答案：
AD
4．如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点．O点正下方固定一个水平放置的铝线圈．让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是（ ）
A．磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次
B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用
C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力
D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力
解析：
磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流（从上面看），并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流（从上面看），磁铁受到感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确．
答案：
C
要点一涡流
1.下列做法中可以减小涡流产生的是（ ）
A．在电动机、变压器的线圈中加入铁芯
B．电动机、变压器内部铁芯都是由相互绝缘的硅钢片组成
C．在电磁冶金中，把交变电流改成直流
D．一些大型用电器采用特制的安全开关
解析：
在电动机、变压器中的线圈中加入铁芯，是为了增强线圈的磁通量，与涡流无关，故A项错误；在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，用相互绝缘的硅钢片叠合而成，其目的是为了减小涡流，故B项正确；在电磁冶金中，是利用涡流产生的热量，把交变电流改成直流则不能使用，故C项错误；一些大型用电器采用特制的安全开关是为了防止断电时由于自感产生的高压，与涡流无关，故D项错误．
答案：
B
2．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是（ ）
A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗
解析：
锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A项正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B项错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C项错误；电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，故D项错误．
答案：
A
3．（多选）如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑但用不同材料制成的圆管，现将两圆管竖直固定在相同高度，将两个带相同磁性的小球同时从A管和B管上端管口处无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面．下列对于两管的描述中可能正确的是（ ）
A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的
B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的
C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的
D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的
解析：
磁性小球穿过金属圆管过程中，将圆管看做许多金属圆环，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，根据楞次定律可知，小球向下运动的加速度小于重力加速度；小球在非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体运动．由以上分析可知，B管中的小球后落地，说明磁性小球使B管产生了涡流，即B管一定是用金属导体材料制成的．故选项A、D两项正确．
答案：
AD
4．（多选）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．下列说法中正确的是（ ）
A．涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化
B．涡流的频率等于通入线圈的交流电频率
C．通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
D．待测工件可以是塑料或橡胶制品
解析：
根据楞次定律得知：
感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化，故A项正确；感应电流的频率与原电流的频率是相同的，涡流的频率等于通入线圈的交流电频率，故B项正确；因为线圈交流电是周期变化的，故在工件中引起的交流电也是周期性变化的，可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力，故C项正确；电磁感应只能发生在金属物体上，故待测工件只能是金属制品，故D项错误．
答案：
ABC
要点二电磁阻尼和电磁驱动
5.（多选）磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是为了（ ）
A．防止涡流而设计的B．利用涡流而设计的
C．起电磁阻尼的作用D．起电磁驱动的作用
解析：
线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，形成涡流，涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后较快停下来．所以，这样做的目的是利用涡流起电磁阻尼的作用，故B、C两项正确．
答案：
BC
6．甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转，当给两环以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经过相同的时间后便停止．若将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是（ ）
A．甲环先停
B．乙环先停
C．两环同时停下
D．无法判断两环停止的先后
解析：
由于转动过程中穿过甲环的磁通量不变，穿过乙环的磁通量变化，所以甲环中不产生感应电流，乙环中产生感应电流．乙环的机械能不断地转化为电能，最终转化为焦耳热散失掉，所以乙环先停下来，B项正确．
答案：
B
7．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，不计空气阻力，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．金属环摆动过程中机械能守恒
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，从而阻碍线圈运动，即有机械能通过安培力做负功转化为内能，则金属环的机械能不守恒，所以金属环最终静止，故A、B、D三项错误，C项正确．
答案：
C
8．如图所示，一个铜质圆环，无初速度地自位置Ⅰ下落到位置Ⅱ，若圆环下落时其轴线与磁铁悬线重合，圆环面始终水平．位置Ⅰ与位置Ⅱ的高度差为h，则运动时间（ ）
A．等于
B．大于
C．小于
D．无法判定
解析：
由于圆环下落过程中出现电磁阻尼，阻碍其下落，所以下落时间大于
，B项正确．
答案：
B
基础达标
1.下列做法中可能产生涡流的是（ ）
A．金属块静止在匀强磁场中
B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动
C．让金属块在匀强磁场中做变速运动
D．把金属块放在变化的磁场中
解析：
涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化．而A、B、C中磁通量不变化，所以A、B、C三项错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D项正确．
答案：
D
2．下列关于涡流的说法中正确的是（ ）
A．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
B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流
C．涡流有热效应，但没有磁效应
D．在硅钢片中不能产生涡流
解析：
涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，又有磁效应．硅钢片中能产生涡流，但电流较小，故A项正确．
答案：
A
3．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断开时，至落地用时t1，落地时速度为v1；开关S闭合时，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＞v2
B．t1＝t2，v1＝v2
C．t1＜t2，v1＜v2
D．t1＜t2，v1＞v2
解析：
开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故a＜g.所以t1＜t2，v1＞v2.D项正确．
答案：
D
4．（多选）如图所示，金属球从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设球的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（ ）
A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于h
B．若是匀强磁场，球滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h
解析：
若是匀强磁场，金属球从一侧滚上另一侧过程中，穿过金属球的磁通量没发生变化，所以金属球内无涡流产生，也就没有机械能的损失，在另一侧就能滚上原来的高度，故B项正确，A项错误．若是非匀强磁场，金属球滚动过程中，穿过金属球的磁通量发生变化，所以金属球内产生涡流，机械能损失转化为内能，故另一侧不能到达原来的高度，所以C项错误，D项正确．
答案：
BD
5．如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是（ ）
A．两环都向右运动B．两环都向左运动
C．环1静止，环2向右运动D．两环都静止
解析：
条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动，C项正确．
答案：
C
6．（多选）如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是（ ）
A．探测器内的探测线圈会产生变化的磁场
B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
解析：
探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，若有金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警．A、D两项正确．
答案：
AD
7．如图所示，一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉至某一位置并释放，圆环摆动过程中（环平面与磁场始终保持垂直）经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界，若不计空气阻力，则（ ）
A．圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度
B．在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流
C．圆环进入磁场后，离最低点越近速度越大，感应电流也越大
D．圆环最终将静止在最低点
解析：
在圆环进入和穿出磁场的过程中，圆环中磁通量发生变化，有感应电流产生，即圆环的机械能向电能转化，其机械能越来越小，上升的高度越来越低，A项错误，B项正确；圆环完全进入磁场后，不再产生感应电流，C项错误；最终圆环将不能摆出磁场，从此无机械能向电能的转化，其摆动的幅度不再变化，D项错误．
答案：
B
8．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．不计空气阻力，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，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中下落时，则会产生电磁阻尼阻碍小磁块的运动，比在Q中下落时间长，C项正确，A项错误；在P中下落时由于电磁阻尼产生焦耳热，机械能不守恒，B项错误；由于在P中下落时机械能有损失，落至底部时的速度比在Q中的小，D项错误．
答案：
C
9．（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以初速度v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：
磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动，同理，磁铁穿出时产生的相互作用力也阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B项正确；在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，C项正确．
答案：
BC
10．（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．增加线圈的匝数和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，A、B两项正确；将金属杯换成瓷杯，变化磁场不能使它产生电流，也就不能使水加热，C项错误；取走线圈中的铁芯，会减小其中的磁场，金属杯产生的电流会减小，从而增加加热的时间，D项错误．
答案：
AB
11．（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
12．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，A项正确．
答案：
A
能力达标
13．在水平放置的光滑绝缘导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图所示．现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去．各滑块在向磁铁运动的过程中（ ）
A．都做匀速运动B．甲、乙做加速运动
C．甲、乙做减速运动D．乙、丙做匀速运动
解析：
甲、乙向磁铁靠近时要产生涡流，受电磁阻尼作用，做减速运动，丙则不会产生涡流，只能匀速运动．
答案：
C
14．（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，如图所示为一手持式封口机，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，从而粘贴在承封容器的封口处，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
解析：
由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电，A、B两项错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，即控制温度，C项正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被加热、消耗能量且对容器内物品造成损害，只能是玻璃、塑料等材质，D项正确．
答案：
CD
15．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）铝环向右偏斜
（2）1.7J
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