（通用）高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.7 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)學(xué)案 新人教選修32

1、7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道渦流的產(chǎn)生原因及渦流的防止和應(yīng)用.2.知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的原理和應(yīng)用一、渦流1渦流：當(dāng)線(xiàn)圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線(xiàn)圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在導(dǎo)體中組成閉合回路，很像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流2渦流大小的決定因素：磁場(chǎng)變化越快(越大)，導(dǎo)體的橫截面積S越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大二、電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(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(chēng)為電磁阻尼三、電磁驅(qū)動(dòng)若磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)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)

2、起來(lái)，這種作用常常稱(chēng)為電磁驅(qū)動(dòng)即學(xué)即用1判斷下列說(shuō)法的正誤(1)導(dǎo)體中有渦流時(shí)，導(dǎo)體沒(méi)有和其他元件組成閉合回路，故導(dǎo)體不會(huì)發(fā)熱()(2)電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)均遵循楞次定律()(3)電磁阻尼發(fā)生的過(guò)程，存在機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化()(4)電磁驅(qū)動(dòng)中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電磁阻尼中沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生()2光滑曲面與豎直平面的交線(xiàn)是拋物線(xiàn)，如圖1所示，拋物線(xiàn)的方程為yx2，其下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是ya的直線(xiàn)(如圖中的虛線(xiàn)所示)一個(gè)質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線(xiàn)上yb(ba)處以速度v沿拋物線(xiàn)下滑，假設(shè)曲面足夠長(zhǎng)，重力加速度為g，則金屬塊在曲面上滑動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱總量為_(kāi)圖1答案mg(

3、ba)mv2一、渦流導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，線(xiàn)圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，導(dǎo)體中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀像什么？圖2答案有變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感生電場(chǎng)，使導(dǎo)體中的自由電子發(fā)生定向移動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，它的形狀像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流知識(shí)深化1產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中(2)塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)2產(chǎn)生渦流時(shí)的能量轉(zhuǎn)化(1)金屬塊在變化的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(2)金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由于克服安培力做功，金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能3渦流的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、

4、安檢門(mén)等(2)防止：為了減小電動(dòng)機(jī)、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的硅鋼做材料，而且用相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來(lái)代替整塊硅鋼鐵芯例1(多選)“電磁感應(yīng)鋁箔封口機(jī)”被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中，如圖3所示為一手持式封口機(jī)，它的工作原理是：當(dāng)接通電源時(shí)，內(nèi)置線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁感線(xiàn)穿過(guò)封口鋁箔材料時(shí)，瞬間產(chǎn)生大量小渦流，致使鋁箔自行快速發(fā)熱，熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在承封容器的封口處，達(dá)到迅速封口的目的下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()圖3A封口材料可用普通塑料來(lái)代替鋁箔B該封口機(jī)可用干電池作為電源以方便攜帶C封口過(guò)程中溫度過(guò)高，可適當(dāng)減小所通電流的頻率來(lái)解決D該封口機(jī)適

5、用于玻璃、塑料等多種材質(zhì)的容器封口，但不適用于金屬容器答案CD解析由于封口機(jī)利用了電磁感應(yīng)原理，故封口材料必須是金屬類(lèi)材料，而且電源必須是交流電，A、B錯(cuò)誤；減小內(nèi)置線(xiàn)圈中所通電流的頻率可降低封口過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，即控制溫度，C正確；封口材料應(yīng)是金屬類(lèi)材料，但對(duì)應(yīng)被封口的容器不能是金屬，否則同樣會(huì)被熔化，只能是玻璃、塑料等材質(zhì)，D正確例2(多選)如圖4所示，閉合金屬環(huán)從光滑曲面上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)，曲面處在圖中磁場(chǎng)中，則()圖4A若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度小于hB若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度等于hC若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上升的高度等于hD若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)上

6、升的高度小于h答案BD解析若磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，穿過(guò)環(huán)的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，即無(wú)機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒，故A錯(cuò)誤，B正確；若磁場(chǎng)為非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)內(nèi)要產(chǎn)生電能，機(jī)械能減少，故C錯(cuò)誤，D正確二、電磁阻尼導(dǎo)學(xué)探究彈簧上端固定，下端懸掛一個(gè)磁鐵將磁鐵托起到某一高度后放開(kāi)，磁鐵能上下振動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間才停下來(lái)如果在磁鐵下端放一個(gè)固定的閉合線(xiàn)圈，使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過(guò)它(如圖5所示)，磁鐵就會(huì)很快停下來(lái)，解釋這個(gè)現(xiàn)象圖5答案當(dāng)磁鐵穿過(guò)固定的閉合線(xiàn)圈時(shí)，在閉合線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)會(huì)阻礙磁鐵靠近或離開(kāi)線(xiàn)圈，也就使磁鐵振動(dòng)時(shí)除了受空氣阻力外，還要受到線(xiàn)圈的磁場(chǎng)阻力，克服阻力需要做的功較多，機(jī)械

7、能損失較快，因而會(huì)很快停下來(lái)知識(shí)深化1閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中就要受到磁場(chǎng)力的作用，根據(jù)楞次定律，磁場(chǎng)力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，于是產(chǎn)生電磁阻尼現(xiàn)象2電磁阻尼是一種十分普遍的物理現(xiàn)象，任何在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體，只要給感應(yīng)電流提供回路，就會(huì)存在電磁阻尼作用例3如圖6所示，上端開(kāi)口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊(不計(jì)空氣阻力)()圖6A在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng)B在兩個(gè)下落過(guò)程中的機(jī)械能都守恒C在P中的下落時(shí)間比在Q中的長(zhǎng)D落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大答案C解析小磁塊下落過(guò)程中，在銅管P中產(chǎn)

8、生感應(yīng)電流，小磁塊受到向上的磁場(chǎng)力，不做自由落體運(yùn)動(dòng)，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落體運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)功能關(guān)系知，在P中下落時(shí)，小磁塊機(jī)械能減少，在Q中下落時(shí)，小磁塊機(jī)械能守恒，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在P中加速度較小，在P中下落時(shí)間較長(zhǎng)，選項(xiàng)C正確；由于在P中下落時(shí)要克服磁場(chǎng)力做功，機(jī)械能有損失，故落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤三、電磁驅(qū)動(dòng)導(dǎo)學(xué)探究一個(gè)閉合線(xiàn)圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如圖7所示，蹄形磁鐵和閉合線(xiàn)圈都可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)蹄形磁鐵順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線(xiàn)圈也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；蹄形磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線(xiàn)圈也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖7(1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量是否變化？(2)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)

9、起來(lái)的動(dòng)力是什么力？線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度什么關(guān)系？答案(1)變化(2)線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流受到安培力的作用，安培力作為動(dòng)力使線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速度小于磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度知識(shí)深化電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較1電磁阻尼中安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)；電磁驅(qū)動(dòng)中導(dǎo)體所受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)2電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電磁驅(qū)動(dòng)中由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)安培力做功，部分電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對(duì)外做功例4如圖8所示，蹄形磁鐵和矩形線(xiàn)圈均可繞豎直軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則()圖8A線(xiàn)圈將逆時(shí)針

10、轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B線(xiàn)圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小C線(xiàn)圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵大D線(xiàn)圈靜止不動(dòng)答案B解析由楞次定律可知，線(xiàn)圈將與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速一定小于磁鐵的轉(zhuǎn)速如兩者的轉(zhuǎn)速相同，磁感線(xiàn)與線(xiàn)圈處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，線(xiàn)圈不切割磁感線(xiàn)，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，B正確，A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤1由楞次定律的推廣含義知，線(xiàn)圈的運(yùn)動(dòng)可以阻礙兩者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以其角速度必小于磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度2電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼的聯(lián)系：電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙導(dǎo)體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)1(渦流的應(yīng)用與防止)(多選)變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成，而不采用一塊整硅鋼，這是為了()A增大渦流，提高變壓器的效率B減小渦流

11、，提高變壓器的效率C增大渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量D減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量答案BD解析采用薄硅鋼片疊壓在一起，目的是減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量，進(jìn)而提高變壓器的效率，故選項(xiàng)B、D正確2(渦流的應(yīng)用與防止)(多選)如圖9所示是用渦流金屬探測(cè)器探測(cè)地下金屬物的示意圖，下列說(shuō)法中正確的是()圖9A探測(cè)器內(nèi)的探測(cè)線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)B只有有磁性的金屬物才會(huì)被探測(cè)器探測(cè)到C探測(cè)到地下的金屬物是因?yàn)樘筋^中產(chǎn)生了渦流D探測(cè)到地下的金屬物是因?yàn)榻饘傥镏挟a(chǎn)生了渦流答案AD3(對(duì)電磁阻尼的理解)(多選)如圖10所示，磁電式儀表的線(xiàn)圈通常是用鋁框做骨架，把線(xiàn)圈繞在鋁框上，這樣做的目的是()圖10A防止渦流而設(shè)計(jì)的 B利用渦流而設(shè)計(jì)的C起電磁阻尼的作用 D起電磁驅(qū)動(dòng)的作用答案BC解析線(xiàn)圈通電后在安培力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在鋁框內(nèi)產(chǎn)生渦流渦流將阻礙線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線(xiàn)圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來(lái)，這樣做是利用渦流來(lái)起電磁阻尼的作用，故B、C正確4(對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)的理解)(多選)1824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤(pán)水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線(xiàn)