第3節(jié)　渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng) 教學(xué)設(shè)計(jì)

第3節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解渦流是怎樣產(chǎn)生的。2．了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。3．通過對(duì)渦流實(shí)例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。4．了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。知識(shí)點(diǎn)1電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)1．感生電場(chǎng)：磁場(chǎng)變化時(shí)在空間激發(fā)的一種電場(chǎng)，它是由英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋提出的。2．感生電動(dòng)勢(shì)：由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它的方向與感生電場(chǎng)的方向相同，與感應(yīng)電流的方向相同。3．感生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力：感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用力。[判一判]1．(1)感生電場(chǎng)可以對(duì)電荷做功。()(2)磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁場(chǎng)變化時(shí)產(chǎn)生的感生電場(chǎng)越強(qiáng)。()提示：(1)√(2)×知識(shí)點(diǎn)2渦流1．概念：由于電磁感應(yīng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的看起來(lái)像水中旋渦的感應(yīng)電流。2．特點(diǎn)：整塊金屬的電阻率很小，渦流往往很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量很多。3．應(yīng)用(1)渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用：如真空冶煉爐。(2)渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用：如探雷器、安檢門。4．防止：電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)防止鐵芯中渦流過大而導(dǎo)致浪費(fèi)能量、損壞電器。(1)途徑一：增大鐵芯材料的電阻率，常用的鐵芯材料是硅鋼。(2)途徑二：用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。[判一判]2．(1)通過增大鐵芯材料的電阻率可以減小渦流的產(chǎn)生。()(2)變壓器的鐵芯用硅鋼片疊成是為了減小渦流。()提示：(1)√(2)√知識(shí)點(diǎn)3電磁阻尼1．概念：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)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迅速停止擺動(dòng)，便于讀數(shù)。知識(shí)點(diǎn)4電磁驅(qū)動(dòng)1．概念：磁場(chǎng)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(lái)的現(xiàn)象。2．應(yīng)用：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。[判一判]3．(1)在電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)中安培力所起的作用相同。()(2)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)利用了電磁阻尼的原理。()提示：(1)×(2)×1．(對(duì)感生電場(chǎng)的理解)(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場(chǎng)線，這可能是()A．沿AB方向磁場(chǎng)的迅速減弱B．沿AB方向磁場(chǎng)的迅速增強(qiáng)C．沿BA方向磁場(chǎng)的迅速增強(qiáng)D．沿BA方向磁場(chǎng)的迅速減弱解析：選AC。假設(shè)存在圓形閉合回路，回路中應(yīng)產(chǎn)生與電場(chǎng)同向的感應(yīng)電流，由安培定則，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向下，所以根據(jù)楞次定律，引起感應(yīng)電流的應(yīng)是方向向下的磁場(chǎng)迅速減弱或方向向上的磁場(chǎng)迅速增強(qiáng)，故A、C正確。2．(渦流的應(yīng)用)(多選)安檢門是用于安全檢查的“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(chǎng)，金屬物品通過“門”時(shí)能產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)又反過來(lái)影響線圈中的電流，從而引起報(bào)警，以下關(guān)于這個(gè)安檢門的說(shuō)法正確的是()A．這個(gè)安檢門也能檢查出毒品攜帶者B．這個(gè)安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者C．如果這個(gè)“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(gè)安檢門工作時(shí)，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應(yīng)解析：選BD。這個(gè)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(cuò)誤，B正確；若“門框”的線圈中通上恒定電流，只能產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，它不能使塊狀金屬產(chǎn)生電流，因而不能檢查出金屬物品攜帶者，C錯(cuò)誤；安檢門工作時(shí)，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應(yīng)，D正確。3．(對(duì)電磁阻尼的理解)(多選)如圖所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是()A．防止渦流B．利用渦流C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅(qū)動(dòng)的作用解析：選BC。線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，渦流將阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈偏轉(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。4．(對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)的理解)如圖所示，光滑水平絕緣面上有兩個(gè)金屬環(huán)靜止在平面上，環(huán)1豎直放置，環(huán)2水平放置，均處于中間分割線上，在平面中間分割線正上方有一條形磁鐵，當(dāng)磁鐵沿中間分割線向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．兩環(huán)都向右運(yùn)動(dòng)B．兩環(huán)都向左運(yùn)動(dòng)C．環(huán)1靜止，環(huán)2向右運(yùn)動(dòng)D．兩環(huán)都靜止解析：選C。條形磁鐵向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，環(huán)1中磁通量保持為0不變，無(wú)感應(yīng)電流，仍靜止；環(huán)2中磁通量變化，根據(jù)楞次定律，為阻礙磁通量的變化，感應(yīng)電流的效果使環(huán)2向右運(yùn)動(dòng)。探究一對(duì)感生電動(dòng)勢(shì)的理解【問題導(dǎo)引】著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾設(shè)計(jì)過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置：一塊絕緣圓板可繞其中心的光滑軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓板的中部有一個(gè)線圈，圓板的四周固定著一圈帶電的金屬小球，如圖所示，當(dāng)線圈接通電源瞬間圓板發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這是為什么？提示：線圈接通電源瞬間，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，從而導(dǎo)致帶電小球受到電場(chǎng)力，使其轉(zhuǎn)動(dòng)。1．感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原理(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感生電場(chǎng)，線圈中的自由電荷受到靜電力作用定向移動(dòng)形成的。(2)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是自由電荷受到洛倫茲力作用定向移動(dòng)形成的。

2.感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的比較感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生原因磁場(chǎng)的變化導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)移動(dòng)電荷的非靜電力感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力導(dǎo)體中自由電荷所受洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力回路中相當(dāng)于電源的部分處于變化磁場(chǎng)中的線圈部分做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體方向判斷方法由楞次定律判斷通常由右手定則判斷，也可由楞次定律判斷大小計(jì)算方法由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)計(jì)算通常由E＝Blvsinθ計(jì)算，也可由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)計(jì)算【例1】(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的磁場(chǎng)，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)的方向上會(huì)產(chǎn)生感生電場(chǎng)，下列有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化與感生電場(chǎng)的方向關(guān)系的描述正確的是()A．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線從上向下看應(yīng)為順時(shí)針方向B．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線從上向下看應(yīng)為逆時(shí)針方向C．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小時(shí)，感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線從上向下看應(yīng)為順時(shí)針方向D．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小時(shí)，感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線從上向下看應(yīng)為逆時(shí)針方向[解析]感生電場(chǎng)中電場(chǎng)線的方向用楞次定律來(lái)判定。原磁場(chǎng)向上且磁感應(yīng)強(qiáng)度在增大，在周圍有閉合導(dǎo)線的情況下，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向應(yīng)與原磁場(chǎng)方向相反，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下，再由安培定則得到感應(yīng)電流的方向從上向下看應(yīng)為順時(shí)針方向，則感生電場(chǎng)的方向從上向下看為順時(shí)針方向；同理可知，原磁場(chǎng)方向向上且磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí)，感生電場(chǎng)的方向從上向下看應(yīng)為逆時(shí)針方向，所以A、D正確。[答案]AD[針對(duì)訓(xùn)練1]一個(gè)水平放置的圓環(huán)形玻璃小槽如圖所示，槽內(nèi)光滑，槽的寬度和深度處處相同?，F(xiàn)將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在槽中，讓它獲得一初速度v0，與此同時(shí)，有一變化的磁場(chǎng)垂直穿過玻璃圓環(huán)形小槽外徑所在的區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小跟時(shí)間成正比例增大，方向豎直向下。設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過程中電荷量不變，則()A．小球需要的向心力大小不變B．小球需要的向心力大小不斷增大C．磁場(chǎng)力對(duì)小球做了功D．小球受到的磁場(chǎng)力大小與時(shí)間成正比解析：選B。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大時(shí)，將產(chǎn)生一恒定的感生電場(chǎng)，由楞次定律知，電場(chǎng)方向和小球初速度方向相同，因小球帶正電，電場(chǎng)力對(duì)小球做正功，小球速率逐漸增大，向心力也隨著增大，故A錯(cuò)誤，B正確；洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功，故C錯(cuò)誤；帶電小球所受洛倫茲力F＝qBv，隨著速率的增大而增大，同時(shí)B∝t，則F和t不成正比，故D錯(cuò)誤。探究二對(duì)渦流的理解【問題導(dǎo)引】高考考場(chǎng)用的金屬探測(cè)器是一根長(zhǎng)的黑色扁棒，使用時(shí)監(jiān)考教師手持探測(cè)器，在考生前后左右和容易藏東西的部位劃過，如藏有金屬物品，即便是一粒金屬紐扣，探測(cè)器也會(huì)鳴響。金屬探測(cè)器的原理是什么？提示：金屬探測(cè)器通過其通有交流電的探測(cè)線圈，會(huì)在隱蔽金屬中激起渦流，反射回探測(cè)線圈，從而改變?cè)涣麟姷拇笮『拖辔?，從而起到探測(cè)作用。1．渦流的產(chǎn)生渦流實(shí)際上是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場(chǎng)中，或者導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部可以等效成許許多多的閉合電路，當(dāng)穿過這些閉合電路的磁通量變化時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部的這些閉合電路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，即導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了渦流。2．能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如果金屬塊放在了變化的磁場(chǎng)中，則磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則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．渦流的防止和利用(1)為了減小渦流，變壓器、電機(jī)里的鐵芯不是由整塊的鋼鐵制成的，而是用薄薄的硅鋼片疊合而成。(2)用來(lái)冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈，線圈中通入反復(fù)變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化?！纠?】(多選)如圖所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通交流電源，過了幾分鐘，杯內(nèi)的水沸騰起來(lái)。若要縮短上述加熱時(shí)間，下列措施可行的有()A．增加線圈的匝數(shù)B．提高交流電源的頻率C．將金屬杯換為瓷杯D．取走線圈中的鐵芯[解析]增大線圈的匝數(shù)，可以增大通過金屬杯的磁通量及磁通量的變化率，從而增大金屬杯中產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小，增大加熱功率，縮短加熱時(shí)間，A正確；提高交流電的頻率，最大磁通量不變，但交替變化快也能提高磁通量的變化率，產(chǎn)生更大的感應(yīng)電流，達(dá)到縮短加熱時(shí)間的目的，B正確；瓷杯是絕緣體，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，不能加熱，C錯(cuò)誤；取走鐵芯，金屬杯中的磁通量變小，磁通量的變化率也變小，從而導(dǎo)致加熱功率變小，加熱時(shí)間加長(zhǎng)，D錯(cuò)誤。[答案]AB【例3】電磁爐熱效率高達(dá)90%，爐面無(wú)明火，無(wú)煙無(wú)廢氣，電磁“火力”強(qiáng)勁，安全可靠。描述電磁爐工作原理的示意圖如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)恒定電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，恒定磁場(chǎng)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[解析]電磁爐采用的是渦流感應(yīng)加熱原理，其內(nèi)部電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)把鐵質(zhì)鍋具底部放置在爐面時(shí)，鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，使鍋具鐵分子高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱量，用來(lái)加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的，故A錯(cuò)誤，B正確；電磁爐工作時(shí)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(cuò)誤；通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)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。[答案]B[針對(duì)訓(xùn)練2](多選)高頻焊接原理示意圖如圖所示。線圈中通以高頻交變電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫處產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說(shuō)法正確的是()A．交流電的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快B．交流電的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快C．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小D．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大解析：選AD。交變電流的頻率越高，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化就越快。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在待焊接工件中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，感應(yīng)電流就越大，而放出的熱量與電流的平方成正比，所以交變電流的頻率越高，焊縫處放出的熱量越多；焊縫處與其他地方的電流大小一樣，根據(jù)Q＝I2Rt，工件上只有焊縫處溫度升得高，是因?yàn)楹缚p處電阻很大，故A、D正確。探究三電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)【問題導(dǎo)引】1.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，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)固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過它(如圖所示)，磁鐵就會(huì)很快停下來(lái)，解釋這個(gè)現(xiàn)象。2．一個(gè)閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如圖所示，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞軸轉(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)線圈也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。(1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量是否變化？(2)使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的力是什么力？線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間有什么關(guān)系？提示：1.當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時(shí)，在閉合線圈中會(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線圈，也就使磁鐵振動(dòng)時(shí)除了受空氣阻力外，還要受到線圈的磁場(chǎng)阻力，克服阻力需要做的功較多，機(jī)械能損失較快，因而會(huì)很快停下來(lái)。2．(1)變化。(2)線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流因此線圈受到安培力的作用，安培力作為動(dòng)力使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速度小于磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。1．電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼的形成原因當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量就發(fā)生變化。例如，線圈處于如圖所示的初始狀態(tài)時(shí)，穿過線圈的磁通量為0，當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此時(shí)線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)；從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到的安培力是使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的力，對(duì)線圈而言是電磁驅(qū)動(dòng)；而線圈對(duì)磁鐵的作用力對(duì)磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)起阻礙作用，對(duì)磁鐵而言是電磁阻尼，因此電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼是矛盾的兩個(gè)方面，不可分割。2．電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)不同點(diǎn)成因?qū)w在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果導(dǎo)體所受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)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)能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象【例4】如圖所示，磁鐵的兩極之間放置一個(gè)線圈abcd，磁鐵和線圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)磁鐵按圖示方向繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是()A．俯視，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．俯視，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同C．線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速D．線圈靜止不動(dòng)[解析]當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由楞次定律知，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，即線圈將與磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，以阻礙磁通量的增加。但轉(zhuǎn)速一定小于磁鐵的轉(zhuǎn)速，如果兩者轉(zhuǎn)速相同，則線圈與磁鐵處于相對(duì)靜止，線圈不切割磁感線，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生。[答案]C【例5】如圖所示，在一蹄形磁鐵下面放一個(gè)銅盤，銅盤和磁鐵均可以自由繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩磁極靠近銅盤，但不接觸。當(dāng)磁鐵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銅盤將()A．以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)B．以較小的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)C．以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵反向轉(zhuǎn)動(dòng)D．靜止不動(dòng)[解析]因磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)，由楞次定律可知安培力的作用是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以銅盤與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)，又由產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件可知，銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁鐵相同而轉(zhuǎn)速小，兩者不能同步轉(zhuǎn)動(dòng)，B正確。[答案]B[針對(duì)訓(xùn)練3]如圖所示，上下開口、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()A．在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng)B．在兩個(gè)下落過程中的機(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中的大解析：選C。小磁塊在銅管中下落，產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)楞次定律的推論——阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)可知，小磁塊下落過程中受到向上的電磁阻力，而在塑料管中下落，沒有電磁感應(yīng)現(xiàn)象，小磁塊做自由落體運(yùn)動(dòng)，故C正確。[A級(jí)——基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]1．(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．感生電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)激發(fā)而產(chǎn)生的B．恒定的磁場(chǎng)也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)C．感生電場(chǎng)的方向也同樣可以用楞次定律和右手螺旋定則來(lái)判定D．感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合曲線，其方向一定是沿逆時(shí)針方向解析：選AC。由麥克斯韋電磁理論知A正確，B錯(cuò)誤；感生電場(chǎng)的產(chǎn)生也是符合電磁感應(yīng)原理的，C正確；感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的，但不一定是逆時(shí)針方向，D錯(cuò)誤。2．下列做法可能產(chǎn)生渦流的是()A．把金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中B．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)C．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做變速運(yùn)動(dòng)D．把金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中解析：選D。渦流就是整個(gè)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，A、B、C錯(cuò)誤；把金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中時(shí)，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，D正確。3．(多選)變壓器的鐵芯是薄硅鋼片疊加而成的，而不是采用一整塊硅鋼，這是為了()A．增大渦流，提高變壓器的效率B．減小渦流，提高變壓器的效率C．增大鐵芯的電阻，以產(chǎn)生更多的熱量D．增大鐵芯的電阻，以減小發(fā)熱量解析：選BD。磁場(chǎng)變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，因而渦流也就越強(qiáng)。渦流能使導(dǎo)體發(fā)熱。變壓器的鐵芯由相互絕緣的薄片疊加而成以增加鐵芯的電阻率，降低渦流強(qiáng)度，從而減少能量損耗，提高變壓器的效率。4．(多選)位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個(gè)比螺線管長(zhǎng)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，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析：選BC。本題為電磁驅(qū)動(dòng)，可由楞次定律判斷作用力的方向，再由牛頓第二定律判斷運(yùn)動(dòng)情況。磁鐵水平穿入螺線管時(shí)，管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律的擴(kuò)展含義知產(chǎn)生的相互作用力阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)。同理，磁鐵穿出時(shí)，由楞次定律的擴(kuò)展含義知產(chǎn)生的相互作用力阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)，故整個(gè)過程中，磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)，B正確；而對(duì)于小車上的螺線管來(lái)說(shuō)，在此過程中，螺線管受到的安培力都是水平向右的，這個(gè)安培力使小車向右運(yùn)動(dòng)，且一直做加速運(yùn)動(dòng)，C正確。5．金屬探測(cè)器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于安檢場(chǎng)所，關(guān)于金屬探測(cè)器的論述正確的是()A．金屬探測(cè)器可用于食品生產(chǎn)，防止細(xì)小的砂石顆粒混入食品中B．金屬探測(cè)器探測(cè)地雷時(shí)，探測(cè)器的線圈中產(chǎn)生渦流C．金屬探測(cè)器探測(cè)金屬時(shí)，被測(cè)金屬中感應(yīng)出渦流D．探測(cè)過程中金屬探測(cè)器與被測(cè)物體相對(duì)靜止與相對(duì)運(yùn)動(dòng)探測(cè)效果相同解析：選C。金屬探測(cè)器只能探測(cè)金屬，不能防止細(xì)小的砂石顆?；烊胧称分校珹錯(cuò)誤；金屬探測(cè)器探測(cè)金屬時(shí)，被測(cè)金屬中感應(yīng)出渦流，B錯(cuò)誤，C正確；探測(cè)過程中金屬探測(cè)器應(yīng)與被測(cè)物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)靜止時(shí)無(wú)法得到探測(cè)效果，D錯(cuò)誤。6.如圖所示，閉合導(dǎo)線環(huán)和條形磁鐵都可以繞水平的中心軸OO′自由轉(zhuǎn)動(dòng)，開始時(shí)磁鐵和圓環(huán)都靜止在豎直平面內(nèi)，若條形磁鐵突然繞OO′軸N極向紙里、S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過程中，圓環(huán)將()A．產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)上端向里、下端向外隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)B．產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)上端向外、下端向里轉(zhuǎn)動(dòng)C．產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)并不轉(zhuǎn)動(dòng)D．產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)并不轉(zhuǎn)動(dòng)解析：選A。當(dāng)條形磁鐵的N極向紙內(nèi)、S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過閉合導(dǎo)線環(huán)的總的磁通量是向里增加的，根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)應(yīng)向外，故感應(yīng)電流的方向沿逆時(shí)針方向；再根據(jù)電磁驅(qū)動(dòng)的原理知，導(dǎo)線環(huán)應(yīng)與條形磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)，即上端向里、下端向外隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)。7.如圖所示，在光滑絕緣水平面上，有一鋁質(zhì)圓形金屬球以一定的初速度通過有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則從球開始進(jìn)入磁場(chǎng)到完全穿出磁場(chǎng)過程中(磁場(chǎng)寬度大于金屬球的直徑)，小球()A．整個(gè)過程都做勻速運(yùn)動(dòng)B．進(jìn)入磁場(chǎng)過程做減速運(yùn)動(dòng)，穿出過程做加速運(yùn)動(dòng)C．整個(gè)過程都做勻減速運(yùn)動(dòng)D．穿出時(shí)的速度一定小于初速度解析：選D。金屬球進(jìn)、出磁場(chǎng)時(shí)，都有渦流產(chǎn)生，都會(huì)受到阻力，金屬球會(huì)克服安培力做功消耗機(jī)械能，故穿出時(shí)的速度一定小于初速度，D正確；因?yàn)榻饘偾蜻M(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生的不是恒定電流，由F＝BIL知，所受的安培力不是恒力，故不是做勻減速運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；穿入和穿出過程都做減速運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)，A、B錯(cuò)誤。[B級(jí)——能力增分練]8．(多選)機(jī)場(chǎng)、車站和重要活動(dòng)場(chǎng)所的安檢門都安裝有金屬探測(cè)器，其探測(cè)金屬物的原理簡(jiǎn)化為：探測(cè)器中有一個(gè)通有交變電流的線圈，當(dāng)線圈周圍有金屬物時(shí)，金屬物中會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)反過來(lái)影響線圈中的電流，使探測(cè)器報(bào)警。設(shè)線圈中交變電流的大小為I、頻率為f，要提高探測(cè)器的靈敏度，可采取的措施有()A．增大I B．減小fC．增大f D．同時(shí)減小I和f解析：選AC。增大線圈中交變電流I的大小和頻率f，可使金屬物中產(chǎn)生的渦流增大，從而提高探測(cè)器的靈敏度，A、C正確。9.(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，一手持式封口機(jī)如圖所示，它的工作原理是：當(dāng)接通電源時(shí)，內(nèi)置線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁感線穿過封口鋁箔材料時(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()A．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．封口過程中溫度過高，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解析：選CD。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材料，而且電源必須是交流電，A、B錯(cuò)誤；減小內(nèi)置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產(chǎn)生的熱量，即控制溫度，C正確；封口材料