同步備課套餐之物理人教浙江專3-2講義：第四章 電磁感應(yīng) 7 含答案

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動知識內(nèi)容渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動考試要求必考加試b課時要求1.了解渦流的產(chǎn)生原因，知道渦流的本質(zhì)是感應(yīng)電流．2．了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動現(xiàn)象．3．了解渦流的應(yīng)用和減小渦流危害的方法.一、渦流[導(dǎo)學(xué)探究]如圖1所示，線圈中的電流隨時間變化時，導(dǎo)體中有感應(yīng)電流嗎?如果有，它的形狀像什么？圖1答案有．變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場產(chǎn)生感生電場,使導(dǎo)體中的自由電子發(fā)生定向移動，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，簡稱渦流．[知識梳理]1．渦流：當(dāng)線圈中的電流隨時間變化時，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會產(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，簡稱渦流．2．渦流大小的決定因素:磁場變化越快(eq\f（ΔB,Δt）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．3．應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門等．4．防止：為了減小電動機(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代替整塊硅鋼鐵芯．［即學(xué)即用]判斷下列說法的正誤．（1)渦流也是一種感應(yīng)電流．（）（2）導(dǎo)體中有渦流時,導(dǎo)體沒有和其它元件組成閉合回路，故導(dǎo)體不會發(fā)熱．(）（3）利用渦流制成的探測器也可探測毒品．（）（4）渦流是一種有害的電磁感應(yīng)現(xiàn)象．()答案(1）√(2）×(3）×(4）×二、電磁阻尼和電磁驅(qū)動［導(dǎo)學(xué)探究]1.彈簧上端固定,下端懸掛一個磁鐵．將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來．如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它（如圖2所示)，磁鐵就會很快停下來,解釋這個現(xiàn)象．圖2答案當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時，在閉合線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場會阻礙磁鐵靠近或離開線圈,也就使磁鐵振動時除了受空氣阻力外，還有線圈的磁場力作為阻力，克服阻力需要做的功較多,機(jī)械能損失較快，因而會很快停下來．2．一個閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間,如圖3所示，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞軸轉(zhuǎn)動．當(dāng)蹄形磁鐵順時針轉(zhuǎn)動時線圈也順時針轉(zhuǎn)動；磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時線圈也逆時針轉(zhuǎn)動．圖3(1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量是否變化?(2）線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什么力？線圈的轉(zhuǎn)動速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動速度什么關(guān)系？答案（1)變化（2)線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來．線圈的轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速．［知識梳理]（1)電磁阻尼:當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時,感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼．(2）電磁驅(qū)動：若磁場相對導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(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)體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動．(3)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)動中通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對外做功．[即學(xué)即用］判斷下列說法的正誤．（1)電磁阻尼和電磁驅(qū)動均遵循楞次定律．()(2)電磁阻尼發(fā)生的過程，存在機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化．(）（3）電磁驅(qū)動現(xiàn)象中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電磁阻尼中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生．(）（4）電磁驅(qū)動可以被利用,而電磁阻尼不能被利用．(）答案（1）√(2)√（3）×（4）×一、渦流的理解、利用和防止1．產(chǎn)生渦流的兩種情況（1）塊狀金屬放在變化的磁場中．（2)塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運動．2．產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化(1）金屬塊在變化的磁場中,磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．（2)金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運動，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．例1(2015·衢州統(tǒng)考)（多選)高頻焊接原理示意圖如圖4所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱,將焊縫融化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大,可采用（)圖4A．增大交變電流的電壓 B．增大交變電流的頻率C．增大焊接縫的接觸電阻 D．減小焊接縫的接觸電阻答案ABC解析當(dāng)增大交變電流的電壓時，線圈中交變電流增大，那么磁通量變化率增大，因此產(chǎn)生感應(yīng)電動勢增大,感應(yīng)電流也增大，那么焊接時產(chǎn)生的熱量也增大，A正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律分析可知，電流變化的頻率越高，磁通量變化頻率越高,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，感應(yīng)電流越大,焊縫處的溫度升高的越快,B正確；增大電阻,在相同電流下，焊縫處熱功率大，溫度升的越高，故C正確，D錯誤．例2(多選）如圖5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,曲面處在圖中磁場中，則(）圖5A．若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度小于hB．若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度等于hC．若是非勻強(qiáng)磁場,環(huán)上升的高度等于hD．若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)上升的高度小于h答案BD解析若磁場為勻強(qiáng)磁場，穿過環(huán)的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，即無機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒,故A錯，B正確；若磁場為非勻強(qiáng)磁場，環(huán)內(nèi)要產(chǎn)生電能，機(jī)械能減少，故D正確．二、電磁阻尼電磁阻尼是一種十分普遍的物理現(xiàn)象，任何在磁場中運動的導(dǎo)體,只要給感應(yīng)電流提供回路，就會存在電磁阻尼作用．例3在水平放置的光滑絕緣導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個條形磁鐵，如圖6所示．現(xiàn)有銅、鋁和有機(jī)玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們分別從導(dǎo)軌上的A點以某一初速度向磁鐵滑去．各滑塊在向磁鐵運動的過程中(）圖6A．都做勻速運動 B．甲、乙做加速運動C．甲、乙做減速運動 D．乙、丙做勻速運動答案C解析甲、乙向磁鐵靠近時要產(chǎn)生渦流，受電磁阻尼作用，做減速運動，丙則不會產(chǎn)生渦流，只能勻速運動．三、電磁驅(qū)動例4如圖7所示,在一蹄形磁鐵下面放一個銅盤，銅盤和磁鐵均可以自由繞OO′軸轉(zhuǎn)動,兩磁極靠近銅盤,但不接觸,當(dāng)磁鐵繞軸轉(zhuǎn)動時，銅盤將（)圖7A．以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動B．以較小的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動C．以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵反向轉(zhuǎn)動D．靜止不動答案B解析因磁鐵的轉(zhuǎn)動，引起銅盤中磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而受安培力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動,由楞次定律可知安培力的作用是阻礙相對運動,所以銅盤與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，又由產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件可知，線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件必須是磁通量發(fā)生變化，故要求銅盤轉(zhuǎn)動方向與磁鐵相同而轉(zhuǎn)速較小，不能與磁鐵同速轉(zhuǎn)動，所以正確選項是B.1．下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是()A．把金屬塊放在勻強(qiáng)磁場中B．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做勻速運動C．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做變速運動D．把金屬塊放在變化的磁場中答案D解析渦流就是整個金屬塊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，即穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化．而A、B、C中磁通量不變化，所以A、B、C錯誤;把金屬塊放在變化的磁場中時，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生,所以D正確．2．（2015·紹興高二檢測)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，安全可靠，如圖8所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是()圖8A．當(dāng)恒定電流通過線圈時，會產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場越強(qiáng)，電磁爐加熱效果越好B．電磁爐通電線圈加交流電后，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，主要原因是這些材料的導(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答案B解析電磁爐采用的是渦流感應(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)把含鐵質(zhì)鍋具底部放置在爐面時，鍋具切割交變磁感線從而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流,用來加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的,A錯誤,B正確；電磁爐工作時需要在鍋底產(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錯誤；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，故D錯誤．3．（多選）如圖9所示，A、B為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑、但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度．兩個相同的磁性小球，同時從A、B管上端距管口等高處無初速度釋放，穿過A管比穿過B管的小球先落到地面．下面對于兩管的描述中可能正確的是()圖9A．A管是用塑料制成的，B管是用銅制成的B．A管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的C．A管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的D．A管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的答案AD4．(多選）如圖10所示是用渦流金屬探測器探測地下金屬物的示意圖，下列說法中正確的是()圖10A．探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生交變磁場B．只有有磁性的金屬物才會被探測器探測到C．探測到地下的金屬物是因為探頭中產(chǎn)生了渦流D．探測到地下的金屬物是因為金屬物中產(chǎn)生了渦流答案AD1．下列關(guān)于渦流的說法中正確的是（)A．渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B．渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C．渦流有熱效應(yīng),但沒有磁效應(yīng)D．在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流答案A解析渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，只不過是由金屬塊自身構(gòu)成回路,它既有熱效應(yīng),也有磁效應(yīng)，所以A正確,B、C錯誤;硅鋼中產(chǎn)生的渦流較小,D錯誤．2．彈簧上端固定，下端掛一條形磁鐵，使磁鐵上下振動，磁鐵的振動幅度不變．若在振動過程中把線圈靠近磁鐵，如圖1所示，觀察磁鐵的振幅將會發(fā)現(xiàn)(）圖1A．S閉合時振幅逐漸減小,S斷開時振幅不變B．S閉合時振幅逐漸增大，S斷開時振幅不變C．S閉合或斷開,振幅變化相同D．S閉合或斷開，振幅都不發(fā)生變化答案A3．(多選）對變壓器和電動機(jī)中的渦流的認(rèn)識，以下說法正確的是（)A．渦流會使鐵芯溫度升高，減少線圈絕緣材料的壽命B．渦流發(fā)熱，要損耗額外的能量C．為了不產(chǎn)生渦流，變壓器和電動機(jī)的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯D．渦流產(chǎn)生于線圈中,對原電流起阻礙作用答案AB解析變壓器和電動機(jī)中產(chǎn)生的渦流會使溫度升高消耗能量，同時會減少線圈絕緣材料的壽命，A、B正確;變壓器和電動機(jī)的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯是為了增加電阻，減小電流，減少產(chǎn)生的熱量，C錯誤；渦流產(chǎn)生于鐵芯中，對原電流無阻礙作用，D錯誤．故選A、B。4．（多選）如圖2所示，磁電式儀表的線圈通常用鋁框做骨架，把線圈圍繞在鋁框上，這樣做的目的是(）圖2A．防止渦流而設(shè)計的B．利用渦流而設(shè)計的C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅(qū)動的作用答案BC解析線圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，鋁框隨之轉(zhuǎn)動，并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,也就是渦流．渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動,使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來．所以，這樣做的目的是利用渦流來起電磁阻尼的作用．5．（多選）安檢門是一個用于安全檢查的“門”,“門框"內(nèi)有線圈，線圈里通有交變電流，交變電流在“門"內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，金屬物品通過“門"時能產(chǎn)生渦流，渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流,從而引起報警．以下關(guān)于這個安檢門的說法正確的是(）A．這個安檢門也能檢查出毒品攜帶者B．這個安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者C．如果這個“門框”的線圈中通上恒定電流，也能檢查出金屬物品攜帶者D．這個安檢門工作時，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,又利用了電流的磁效應(yīng)答案BD解析這個安檢門是利用渦流工作的，因而只能檢查出金屬物品攜帶者，A錯,B對．若“門框”的線圈中通上恒定電流，只能產(chǎn)生恒定磁場，它不能使塊狀金屬產(chǎn)生渦流，因而不能檢查出金屬物品攜帶者，C錯．安檢門工作時，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,又利用了電流的磁效應(yīng),D對．6.高頻感應(yīng)爐是用來熔化金屬對其進(jìn)行冶煉的，如圖3所示為冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐的示意圖,爐內(nèi)放入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這時被治煉的金屬就能被熔化，這種冶煉方法速度快,溫度易控制,并能避免有害雜質(zhì)混入被冶煉的金屬中，因此適用于冶煉特種金屬．那么該爐的加熱原理是（)圖3A．利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱B．利用線圈中電流產(chǎn)生的磁場C．利用交變電流的交變磁場在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流D．給線圈通電的同時，給爐內(nèi)金屬也通了電答案C7．如圖4所示，使一個銅盤繞其豎直的軸OO′轉(zhuǎn)動，且假設(shè)摩擦等阻力不計，轉(zhuǎn)動是勻速的．現(xiàn)把一個蹄形磁鐵移近銅盤，則()圖4A．銅盤的轉(zhuǎn)動將變慢B．銅盤的轉(zhuǎn)動將變快C．銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動D．銅盤的轉(zhuǎn)動速度是否變化,要根據(jù)磁鐵上下兩端的極性來決定答案A8．如圖5所示，一條形磁鐵從靜止開始向下穿過一個用雙線繞成的閉合線圈，條形磁鐵在穿過線圈的過程中(）圖5A．做自由落體運動B．做減速運動C．做勻速運動D．做非勻變速運動答案A解析雙線繞成的線圈由于兩導(dǎo)線產(chǎn)生的磁通量相互抵消,不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以磁鐵將做自由落體運動．9．（2016·臺州市聯(lián)考）（多選）渦流檢測是工業(yè)上無損檢測的方法之一，如圖6所示，線圈中通以一定頻率的正弦交流電，靠近待測工件時，工件內(nèi)會產(chǎn)生渦流，同時線圈中的電流受渦流影響也會發(fā)生變化．下列說法中正確的是()圖6A．渦流的磁場總是要阻礙穿過工件的磁通量的變化B．渦流的頻率等于通入線圈的交流電頻率C．通電線圈和待測工件間存在周期性變化的作用力D．待測工件可以是塑料或橡膠制品答案ABC解析根據(jù)楞次定律得知：感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，故渦流的磁場總是要阻礙穿過工件的磁通量的變化，故A正確；感應(yīng)電流的頻率與原電流的頻率是相同的，渦流的頻率等于通入線圈的交流電頻率，故B正確；因為線圈交流電是周期性變化的，故在工件中引起的交流電也是周期性變化的，可知通電線圈和待測工件間存在周期性變化的作用力，故C正確；電磁感應(yīng)只能發(fā)生在金屬物體上,故待測工件只能是金屬制品,故D錯誤．10．(多選)位于光滑水平面上的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v水平穿過,如圖7所示，在此過程中(）圖7A．磁鐵做勻速直線運動B．磁鐵做減速運動C．小車向右做加速運動D．小車先加速后減速答案BC解析磁鐵水平穿入螺線管時,管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律知該電流產(chǎn)生的磁場阻礙磁鐵的運動．同理，磁鐵穿出時該電流產(chǎn)生的磁場也阻礙磁鐵的運動，故整個過