2.3涡流电磁阻尼和电磁驱动（原卷版）

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动基础导学要点一、涡流1．定义由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流．2．特点若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多．3．对涡流的理解(1)本质：电磁感应现象．(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路．(3)特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大，故金属块的发热功率很大．4．应用(1)涡流热效应的应用：如真空冶炼炉．(2)涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门．5．防止电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器．(1)途径一：增大铁芯材料的电阻率．(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯．要点二、电磁阻尼和电磁驱动1．电磁阻尼(1)定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动的现象．(2)应用：电学仪表中利用电磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数．2．电磁驱动(1)定义：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来的现象．(2)应用：交流感应电动机．要点突破突破一：对涡流的成因及涡流中的能量转化1．涡流产生的条件涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化．并且金属块本身可自行构成闭合回路．同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的漩涡．2．可以产生涡流的两种情况(1)把块状金属放在变化的磁场中．(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．3．能量变化伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能并最终在金属块中转化为内能．如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功．金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能．4．涡流的利与弊(1)利：利用涡流原理可制成感应炉来冶炼金属；利用涡流可制成磁电式、感应式电工仪表；电能表中的阻尼器也是利用涡流原理制成的．(2)弊：在电机、变压器等设备中，由于涡流存在，产生附加损耗，同时磁场减弱造成电器设备效率降低．突破二：电磁阻尼与电磁驱动的理解1．电磁驱动的原因分析当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如线圈处于如图所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来．楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释．2．电磁阻尼与电磁驱动的区别电磁阻尼电磁驱动区别产生电流的原因由于导体在磁场中运动由于磁场相对于导体运动，导体中产生感应电流安培力方向安培力方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动导体受安培力方向与导体运动方向相同，推动导体运动本质联系都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是阻碍导体与磁场间发生相对运动典例精析题型一：对涡流现象的理解与分析例一．高频焊接原理示意图，如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用()A．增大交变电流的电压B．增大交变电流的频率C．增大焊接缝的接触电阻D．减小焊接缝的接触电阻变式迁移1：如图所示，光滑金属球从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，设金属球初速度为零，曲面光滑，则()A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，球滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h题型二：对电磁驱动以及电磁阻尼的理解以及应用例二．如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO′轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触．当磁铁绕轴转动时，铜盘将()A．以相同的转速与磁铁同向转动B．以较小的转速与磁铁同向转动C．以相同的转速与磁铁反向转动D．静止不动变式迁移2：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强化训练选择题1、以下为教材中的四幅图，下列相关叙述错误的是（）A．甲图是法拉第电磁感应实验，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第根据对称性思想，做了如上实验发现了磁生电的现象B．乙图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属C．丙图是无轨电车电车在行驶过程中由于车身颠簸电弓和电网之间容易闪现电火花，这是由于车弓脱离电网产生自感电动势使空气电离D．丁图是电吉他中电拾音器的基本结构金属弦被磁化，弦振动过程中线圈中会产生感应电流从而使音箱发声。如果选用铜质弦，电吉他不能正常工作2、关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是（）A．电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理D．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用3、雅礼中学99级校友阳萌发现不同系统的智能都有其各自的充电器，且不能通用。阳萌和他的团队花了一年多时间研发出一种带有万能芯片可以自动识别不同系统智能的充电器Anker，其中有一款产品支持无线充电技术，该技术使用的是以下哪一种物理原理（）A．电流热效应 B．电磁感应C．静电感应 D．霍尔效应4、安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。若工作过程中某段时间内通电线圈中存在顺时针方向（左视图）均匀增大的电流，则下列说法正确的是（电流方向判断均从左向右观察）（）A．有金属片通过时，金属片中会感应出涡流B．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向可能改变C．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向为顺时针D．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流可能逐渐减小5、以下为教材中的四幅图，下列相关叙述错误的是（）A．甲图是法拉第电磁感应实验，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第根据对称性思想，做了如上实验发现了磁生电的现象B．乙图是真空治炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属C．丙图是金属探测器。探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中会产生涡流D．丁图是电吉他中电拾音器的基本结构，金属弦被磁化，弦振动过程中线圈中会产生感应电流，从而使音箱发声。如果选用铜质弦，电吉他不能正常工作6、如图所示，条形磁铁用细线悬挂于O点，一金属圆环放置在O点正下方的水平绝缘桌面上。现将磁铁拉至左侧某一高度后由静止释放，磁铁在竖直面内摆动，在其第一次摆至右侧最高点的过程中，圆环始终静止。则下列说法正确的是（）A．磁铁始终受到圆环的斥力作用B．圆环中的感应电流方向保持不变C．磁铁从左到右经过竖直线两侧位置时，桌面对圆环的摩擦力方向相反D．磁铁在O点两侧最高点的重力势能不相等7、电磁炉又名电磁灶（图1），它无须明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。图2是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（）A．电磁炉通电线圈加直流电，电流越大，电磁炉加热效果越好B．电磁炉原理是通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C．在锅和电磁炉中间放一绝缘物质，电磁炉不能起到加热作用D．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差8、磁电式电流表是常用的电学实验器材。如图所示，电表内部由线圈、磁铁极靴、圆柱形.软铁螺旋弹簧等构成。下列说法正确的是（）A．极靴与圆柱形软铁之间为匀强磁场.B．当线圈中电流方向改变时，线圈受到的安培力方向不变C．通电线圈通常绕在铝框上，主要因为铝的电阻率小，可以减小焦耳热的产生D．在运输时.通常把正、负极接线柱用导线连在一起，是应用了电磁阻尼的原理9、车速表是用来测量车辆瞬时速度的一种装置，其工作原理如图所示。永久磁铁固定在驱动轴上，当车运动时，驱动轴会带动磁铁转动，由于电磁感应，由金属做成的速度盘也会随之转动，从而带动指针指示出相应的速度。则下列说法正确的是转动，从而带动指针指示出相应的速度。则下列说法正确的是（）A．速度盘和磁铁将以相同的角速度同时转动B．在速度盘转动过程中，穿过整个速度盘的磁通量发生了变化C．速度盘中产生的感应电流受到的安培力驱使速度盘转动D．速度盘中的感应电流是速度盘中的自由电子