2024-2025學(xué)年高中物理第四章電磁感應(yīng)7渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)學(xué)案新人教版選修3-2

PAGE11-渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)1．渦流(1)概念：導(dǎo)體中感應(yīng)出的電流在導(dǎo)體內(nèi)自成閉合回路，像水的旋渦一樣，因此把它叫做渦電流，簡稱渦流．①渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律．②渦流同其他電流一樣，通過電阻時(shí)要產(chǎn)生熱量，這體現(xiàn)了渦流的熱效應(yīng)．(2)渦流在實(shí)際中的應(yīng)用：①渦流冶煉：由于金屬的電阻率小，產(chǎn)生的渦流很強(qiáng)，熱量許多．利用渦流的熱效應(yīng)可以冶煉金屬，例如真空冶煉爐．②探測金屬：探測器線圈中有改變著的電流，遇到金屬物品時(shí)，金屬中會(huì)感應(yīng)出渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警．利用渦流的磁效應(yīng)可以探測金屬，例如探雷器、安檢門．(3)渦流防止：電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止渦流過大而導(dǎo)致奢侈能量，損壞電器．真空冶煉爐利用渦流來冶煉金屬，在加熱中，為什么運(yùn)用高頻的溝通電源？提示：冶煉原理是利用感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量，運(yùn)用高頻溝通電源，磁場改變快，磁場中導(dǎo)體內(nèi)的磁通量改變更快速，產(chǎn)生更大的感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，加熱效果好．2．電磁阻尼(1)概念：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力總是阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象．(2)應(yīng)用：磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針快速停下來，便于讀數(shù)．為什么靈敏電流計(jì)在運(yùn)輸時(shí)要把兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線連接在一起？提示：用導(dǎo)線連接兩個(gè)接線柱，使線圈構(gòu)成閉合回路，當(dāng)運(yùn)輸中振動(dòng)時(shí)，線圈切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到阻礙運(yùn)動(dòng)的安培力，不至于使指針振幅過大，以愛護(hù)電流表，實(shí)質(zhì)是利用了電磁阻尼．3．電磁驅(qū)動(dòng)(1)概念：磁場相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來的現(xiàn)象．(2)應(yīng)用：溝通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)．求解此題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)金屬塊進(jìn)出磁場時(shí)，產(chǎn)生焦耳熱，損失機(jī)械能．(2)金屬塊整體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊機(jī)械能不再損失，在磁場中往復(fù)運(yùn)動(dòng)．[答案]D[解析]金屬塊進(jìn)出磁場時(shí)，會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，損失機(jī)械能從而使金屬塊所能達(dá)到的最高位置越來越低，當(dāng)金屬塊所能達(dá)到的最高位置為y＝a時(shí)，金屬塊不再進(jìn)出磁場，不再產(chǎn)生焦耳熱．金屬塊機(jī)械能不再損失，在磁場中往復(fù)運(yùn)動(dòng)．由于金屬塊削減的動(dòng)能和重力勢能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以Q＝|ΔEp|＋|ΔEk|＝mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2.總結(jié)提能(1)只有穿過金屬塊的磁通量發(fā)生改變的過程，才有渦流產(chǎn)生．(2)在產(chǎn)生渦流的過程中，弄清能量的轉(zhuǎn)化過程，依據(jù)能量守恒列式求解相關(guān)問題．電磁爐熱效率高達(dá)90%，爐面無明火，無煙無廢氣，電磁“火力”強(qiáng)勁，平安牢靠．如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是(B)A．當(dāng)恒定電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場越強(qiáng)，電磁爐加熱效果越好B．電磁爐通電線圈加溝通電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進(jìn)而發(fā)熱工作C．電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要緣由是這些材料的導(dǎo)熱性能較差D．在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐不能起到加熱作用解析：電磁爐就是采納渦流感應(yīng)加熱原理，其內(nèi)部通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置于爐面時(shí)，鍋具即切割交變磁感線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，分子相互碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，用來加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的，A錯(cuò)誤，B正確．電磁爐工作時(shí)須要在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋不屬于金屬導(dǎo)體，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，C錯(cuò)誤．由于線圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達(dá)鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用電流的熱效應(yīng)起到加熱作用，D錯(cuò)誤．考點(diǎn)二電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)1．電磁阻尼(1)定義：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼．(2)應(yīng)用：磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針快速停下來，便于讀數(shù)．如圖所示．使指針偏轉(zhuǎn)的線圈繞在閉合鋁框上，當(dāng)測量電流流過線圈時(shí)，鋁框隨線圈指針一起在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)鋁框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流將受到磁場作用力，抑制指針的搖擺，使指針較快地穩(wěn)定在指示位置上．2．電磁驅(qū)動(dòng)(1)定義：磁場相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使導(dǎo)體在安培力作用下運(yùn)動(dòng)起來的現(xiàn)象．(2)應(yīng)用溝通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是應(yīng)用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋁框上產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到磁場的作用力，將產(chǎn)生一個(gè)促使鋁框按磁場旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩．但是假如鋁框的轉(zhuǎn)速達(dá)到了與磁場轉(zhuǎn)速一樣，則兩者的相對(duì)速度為零，感應(yīng)電流便不會(huì)產(chǎn)生，這時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)作用便消逝．所以在電磁驅(qū)動(dòng)作用下，鋁框的轉(zhuǎn)速總要比磁鐵或磁場的轉(zhuǎn)速小，或者說兩者的轉(zhuǎn)速總是異步的．感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)就是依據(jù)這個(gè)原理制成的．電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較【例2】[多選]位于光滑水平面的小車上水平固定一螺線管，一個(gè)比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v0穿入螺線管，并最終穿出，如圖所示，在此過程中()A．磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng) B．磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)C．小車向右做加速運(yùn)動(dòng) D．小車先加速后減速解答本題時(shí)應(yīng)留意以下兩點(diǎn)：(1)“光滑水平面”說明小車在水平方向上不受摩擦阻力作用．(2)磁鐵穿過螺線管，說明磁鐵相對(duì)螺線管運(yùn)動(dòng)，屬于電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象．[答案]BC[解析]磁鐵水平穿入螺線管時(shí)，螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流將阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)；同理，磁鐵穿出時(shí)，由楞次定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流將阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)，故整個(gè)過程中，磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確．對(duì)于小車上的螺線管來說，螺線管受到的安培力方向始終為水平向右，這個(gè)安培力使螺線管和小車向右運(yùn)動(dòng)，且始終做加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．總結(jié)提能無論是導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，還是磁場運(yùn)動(dòng)，電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流所受安培力總是阻礙導(dǎo)體和磁場間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)．如圖所示，一狹長的銅片能繞O點(diǎn)在紙平面內(nèi)搖擺，有界磁場的方向垂直紙面對(duì)里，銅片在搖擺時(shí)受到較強(qiáng)的阻尼作用，很快就停止搖擺．假如在銅片上開幾個(gè)長縫，銅片可以在磁場中搖擺較多的次數(shù)后才停止搖擺，這是為什么？答案：見解析解析：沒有開長縫的銅片在磁場中搖擺時(shí)，銅片內(nèi)將產(chǎn)生較大的渦流，渦流在磁場中所受的安培力總是阻礙銅片的搖擺，因此銅片很快就停止搖擺．假如在銅片上開有多條長縫，就可以把渦流限制在縫與縫之間的各部分銅片上，較大地減弱了渦流，阻力隨之減小，所以銅片可以搖擺多次后才停止搖擺.1．物理學(xué)的基本原理在生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用．下面列舉的四種器件中，在工作時(shí)利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是(D)解析：電磁爐利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生焦耳熱，D正確；A是利用帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)，B、C是利用電流的熱效應(yīng)，A、B、C錯(cuò)誤．2．安檢門是一種檢測人員有無攜帶金屬物品的探測裝置，又稱金屬探測門．安檢門主要應(yīng)用在機(jī)場、車站等人流較大的公共場所用來檢查人身體上隱藏的金屬物品，如槍支、管制刀具等．如圖為安檢門原理圖，左邊門框中有一通電線圈，右邊門框中有一接收線圈．工作過程中某段時(shí)間通電線圈中存在順時(shí)針方向勻稱減小的電流，則(D)A．無金屬片通過時(shí)，接收線圈中的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針B．無金屬片通過時(shí)，接收線圈中的感應(yīng)電流增大C．有金屬片通過時(shí)，接收線圈中的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針D．有金屬片通過時(shí)，接收線圈中的感應(yīng)電流大小發(fā)生改變解析：當(dāng)左側(cè)線圈中通有不斷減小的順時(shí)針方向的電流時(shí)，可知穿過右側(cè)線圈的磁通量向右，且不斷減小，依據(jù)楞次定律可知，右側(cè)線圈中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，故A錯(cuò)誤；無金屬片通過時(shí)，通電線圈中存在順時(shí)針方向勻稱減小的電流，則通電線圈中的磁通量勻稱減小，所以穿過右側(cè)線圈中的磁通量勻稱減小，則磁通量的改變率是定值，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，接收線圈中的感應(yīng)電流不變，故B錯(cuò)誤；有金屬片通過時(shí)，則穿過金屬片中的磁通量發(fā)生改變時(shí)，金屬片中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的方向與接收線圈中的感應(yīng)電流的方向相同，所以也會(huì)將該空間中的磁場的改變減弱一些，引起接收線圈中的感應(yīng)電流大小發(fā)生改變．但是電流的方向不會(huì)發(fā)生改變，C錯(cuò)誤，故選D.3．[多選]如圖為某型號(hào)手持式封口機(jī)的照片，其機(jī)箱可供應(yīng)高頻溝通電．運(yùn)用時(shí)，只要將待封口的塑料罐擰上蓋子，然后置于封口加熱頭的下方，按下電源開關(guān)，1～2s蓋子內(nèi)層的鋁箔瞬間產(chǎn)生高熱，然后融合在瓶口上，達(dá)到封口的效果．下列有關(guān)說法合理的是(BC)A．其封口加熱頭內(nèi)部肯定有電熱絲B．其封口加熱頭內(nèi)部肯定有高頻線圈C．該封口機(jī)的主要工作原理是電磁感應(yīng)D．鋁箔產(chǎn)生高熱的緣由是熱輻射解析：由題意可知，該儀器使鋁箔加熱，并且與鋁并沒有干脆接觸，故應(yīng)采納的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象；為了產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流，加熱頭內(nèi)部肯定會(huì)有高頻線圈，故選項(xiàng)B、C正確，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤．4．[多選]如圖所示，閉合金屬環(huán)從曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)環(huán)的初速度為零，摩擦不計(jì)，曲面處在圖示磁場中，則(BD)A．若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)滾上的高度小于hB．若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)滾上的高度等于hC．若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)滾上的高度等于hD．若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)滾上的高度小于h解析：若是勻強(qiáng)磁場，金屬環(huán)中無渦流產(chǎn)生，無機(jī)械能損失，若是非勻強(qiáng)磁場，金屬環(huán)中有渦流產(chǎn)生，機(jī)械能損失轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．5．如圖所示，在蹄形磁鐵的兩極間有一可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的銅盤(不計(jì)各種摩擦)，現(xiàn)讓銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)．下面對(duì)視察到的現(xiàn)象描述及說明正確的是(C)