涡流、电磁阻尼和电磁驱动-高二物理新教材基础+巩固+提升三级跳

新教材基础巩固提升三级跳第二章电磁感应2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动基础知识知识点梳理：知识点一．涡流1．定义：用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产生感应电流，这种电流看起来像水中的旋涡，把这种电流叫做涡电流，简称涡流。2．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）产生涡流的两种情况：块状金属放在变化的磁场中；块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。3．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。4．防止：电动机、变压器等设备中应防止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：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代表整块硅钢铁芯。5．产生涡流时的能量转化：伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能。例如，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；如果是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。知识点二．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。（2）产生原理的理解：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼。任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用。（3）应用使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数。由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来。为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼，以使线圈迅速稳定在所示值的位置。电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一原理制成的。2．电磁驱动（1）定义：磁场相对于导体转动时，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，使导体运动起来。（2）应用：交流感应电动机。预习基础：一、判断题1．依据下面情境，判断下列说法对错。如图所示，物理课上老师做了这样一个实验，将一厚度均匀且足够长的光滑铝板固定在绝缘支架上，铝板与水平面间的夹角为，现将一质量为的永磁体静止放置在铝板的上端，它将沿斜面向下运动。（重力加速度为）（1）永磁体先做加速度逐渐变小的变加速运动，且，再做匀速运动。()（2）永磁体做加速度为的匀加速直线运动，且。()（3）永磁体重力势能先逐渐减小，最后保持不变。()（4）永磁体动能先逐渐增加，最后保持不变。()（5）永磁体运动过程中机械能守恒。()二、填空题2．电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质锅底，使之形成无数个小涡流，加快锅底分子运动，锅底自身高速发热达到加热食物的目的，其工作原理如图所示．(1)使用微型电脑控制的电磁炉加热时不产生明火、无烟尘、无废气、清洁、安全、高效节能，是现代家庭中理想的灶具，请写出电磁炉在使用中触及到的物理知识(只写两点)：________________和________________．(2)在使用电磁炉加热食物时，电磁炉和锅之间的传热方向是：由________传递给________；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗________能得到________能．(3)“多宝”牌电磁炉某一款式性能参数如下表所示：根据表中的参数分析，电磁炉与普通的电加热器相比，有哪些优点？__________________和_______________(请写出两点)3．直流电动机转动时产生的电动势总要________(填消弱或加强)电源电动势的作用，所以将其称为反电动势，电动机有负载时比空载时产生的反电动势________(填大或小)．4．用来冶炼合金钢的真空___________，炉外有___________，线圈中通入___________电流，炉内的金属中产生___________，涡流产生的___________使金属熔化并达到很高的温度。5．如图所示为生产中常用的一种延时继电器的示意图．铁芯上有两个线圈A和B、线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合电路．在断开开关S的时候，线圈A中电流变小至消失时，铁芯中的磁通量_____（选填“减小”、“增大”），从而在线圈_____（选填“A”、“B”）中产生感应电流，此感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化，这样就使铁芯中的磁场减弱得_____（选填“快”、“慢”）些，从而弹簧K并不能立即将衔铁D拉起，而使触头C（连接工作电路）立即离开，而是过一小段时间后才执行这个动作．6．(1)某同学欲将如图1所示的微安表改装成量程为的电压表。已知微安表的内阻为，需要_____（选填“串联”或“并联”）________的电阻。(2)该同学用改装后的电压表测量某段电路两端的电压时，指针所指位置如图2所示，则所测的电压为________。(3)微安表在运输时需要用导体把正负两个接线柱连在一起，请说明这样做的理由______。巩固所学三、单选题7．健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质飞轮的外侧有一些磁铁（与飞轮不接触），人在健身时带动飞轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍，拉动控制拉杆可以改变磁铁与飞轮间的距离。则（）A．整个飞轮用绝缘材料替换，效果相同B．飞轮受到阻力大小与其材料电阻率有关C．飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，其受到的阻力越小D．磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到阻力越小8．如图所示，电磁炉是利用感应电流（涡流）的加热原理工作的。下列关于电磁炉的说法，正确的是（）A．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热B．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部C．电磁炉面板采用金属材料，通过面板涡流发热传导到锅里，再加热锅内食品D．电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铜锅中不能形成涡流9．如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（）A．制动过程中，导体不会产生热量B．制动力的大小与导体运动的速度有关C．线圈一定是通交流电D．如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力旋转轴运动导体（转盘）10．如图所示为安检门原理图，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．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针B．无金属片通过时，接收线圈中感应电流的大小不变C．有金属片通过时，按收线圈中感应电流的方向为顺时针D．有金属片通过时，接收线圈中感应电流会变大11．如图，将一空的铝质易拉罐倒扣于笔尖上，在“冂”型木框两侧各固定一个强铷磁铁，用电钻控制木框匀速转动，发现木框虽然不与易拉罐接触，但易拉罐也会随木框转动。则下列说法正确的是（）A．木框的转速总比易拉罐的大 B．易拉罐与木框的转动方向相反C．易拉罐与木框保持相同的转速同方向转动 D．两个磁铁必须异名磁极相对12．灵敏电流计的零刻度位于刻度盘中央，为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学设计利用“电磁阻尼”来实现这一目的。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案，甲方案和乙方案中的相同磁场均位于零刻度线下方，甲方案在指针转轴上装上扇形铝板，乙方案在指针转轴上装上扇形铝框，下列说法正确的是（）A．因为铝框较铝板质量小，所以乙方案比甲方案更加合理B．乙方案中，铝框小幅度摆动时一定会产生感应电流C．甲方案中，即使铝板摆动幅度很小，铝板中也能产生涡流D．因为穿过铝框的磁通量更大，所以乙方案更合理能力提升四、多选题13．下列说法正确的是（

）A．变化的磁场可以使闭合电路中产生感应电流B．在没有导体的空间中，变化的磁场不会产生感生电场C．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场D．感生电场的方向可以用楞次定律来判定14．下列四个图都与涡流有关，其中说法正确的是（）A．图1中电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物B．图2金属探测器是利用被测金属中产生涡流来进行探测的C．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流D．真空冶炼炉所接交流电源的频率越高，相等时间内产生的热量越多15．神舟十二号乘组在与香港大中学生进行的天地连线中，聂海胜示范了太空踩单车。太空自行车是利用电磁力增加阻力的一种体育锻炼器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图：其中圆形结构为金属圆盘，当航天员踩脚踏板时，金属圆盘随之旋转。则下列设计中可行的方案有（）A．金属圆盘全部处于匀强磁场B中B．金属圆盘处于与其同心的环形匀强磁场B中C．金属圆盘的一半处于匀强磁场B中D．金属圆盘处于有矩形边界的匀强磁场B中16．某健身车上装有金属电磁阻尼飞轮，飞轮附近固定一个电磁铁，示意图如图所示。人在健身时带动飞轮转动，则（）A．其他条件一定时，飞轮转速越大，阻尼越大B．其他条件一定时，电磁铁所接电压越大，阻尼越大C．其他条件一定时，飞轮材料电阻率越大，阻尼越小D．其他条件一定时，飞轮材料密度越大，阻尼越小五、实验题17．某同学探究磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如图所示，打点计时器的电源为的交流电。（1）下列实验操作中，正确的有______；A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源（2）该同学按照正确的步骤进行实验（记为“实验①”），将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1、2、3、…、8。用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到点的距离，记录在纸带上，如图所示。计算相邻计时点间的平均速度，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表，请将表中的数据补充完整。位置1234567824.533.837.8()39.539.839.839.8（3）分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是___________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是______________________。（4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为“实验②”），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验②是为了说明什么？对比实验①和②的结果得到什么结论？()参考答案：1．

正确

错误

错误

正确

错误【来源】2023版32一轮复习第十章第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流【详解】（1）永磁体沿斜面向下的运动中，铝板内会产生涡流，铝板所受安培力的反作用力将阻碍永磁体向下的运动，由牛顿第二定律可知由于涡流的产生会有阻尼作用，且随速度的增大而增大，当铝板所受安培力的反作用力与永磁体的重力沿斜面的下滑力大小相等时，永磁体开始做匀速运动，因此永磁体将先做加速度逐渐变小的变加速运动，且，再做匀速运动，正确。（2）永磁体沿斜面向下的运动中，铝板内会产生涡流，铝板所受安培力的反作用力将阻碍永磁体向下的运动，且随速度的增大，涡流增大，阻尼作用越大，因此永磁体先做加速度逐渐变小的变加速运动，后做匀速运动，错误。（3）永磁体沿斜面向下的运动中，永磁体高度一直逐渐减小，则重力势能一直逐渐减小，错误。（4）永磁体先做加速度逐渐变小的变加速运动，速度逐渐增大，后做匀速运动，速度不变，所以永磁体动能先逐渐增加，最后保持不变，正确。（5）永磁体沿斜面向下的运动中，铝板内会产生涡流，由焦耳定律可知，在铝板内会产生焦耳热，铝板的内能是由永磁体的机械能转化而来，因此永磁体运动过程中机械能不守恒，错误。2．

电流产生磁场

热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高

锅

电磁炉

电

内

热效率高

功率调节范围大【来源】贵州省大方县德育中学2018学年下学期期中考试高二物理试题【详解】（1）电磁炉在使用中触及到的物理知识：电流产生磁场；热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高)．（2）在使用电磁炉加热食物时，因热量由锅内的涡流产生，则电磁炉和锅之间的传热方向是：由锅传递给电磁炉；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗电能得到热能．（3）电磁炉与普通的电加热器相比优点：热效率高；功率调节范围大.3．

消弱

小【来源】高中物理人教版本选修3-2第四单元《电磁感应》单元测试卷【详解】直流电动机转动时产生的反电动势总要消弱电源电动势的作用；电动机有负载时比空载时产生的反电动势小．【点睛】本题关键明确电动机转动产生反电动势，阻碍电流，反电动势与原电动势越接进，电流越小，注意空载时产生的反电动势较大．4．

冶炼炉；

线圈；

周期性变化的；

涡流；

热量【来源】人教版物理选修3-2第四章第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动物理习题【详解】[1][2][3][4][5]在真空冶炼炉中，炉外的高频交变电流产生的高频的周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又在炉内产生感应电流，进而产生涡流，将电能转化为热量，使金属熔化并达到很高的温度来冶炼合金。5．

减小

B

慢【来源】广东省广州市天河中学2020-2021学年高二下学期4月物理试题【详解】[1].[2].在断开开关S的时候，线圈A中电流变小至消失时，铁芯中的磁通量减小，从而在线圈B中产生感应电流；[3].在线圈B中产生感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化，根据楞次定律可知，这样就使铁芯中的磁场减弱得慢些，从而弹簧K并不能立即将衔铁D拉起，而使触头C（连接工作电路）立即离开，而是过一小段时间后才执行这个动作；6．

串联

利用电磁阻尼原理，目的是保护电表指针，防止指针打坏【来源】北京市朝阳区2020-2021学年高二上学期期末质量检测物理试题【详解】(1)[1]把微安表改装成电压表,需要串联一个分压电阻，故选填“串联”。[2]已知微安表的满偏电流为分压电阻的阻值为(2)[3]图2的读数为所测电压为(3)[4]微安表在运输过程中由于振动会使指针不停的摆动，可能导致指针损坏，若将正负接线柱接在一起，就相当于把电表的线圈电路组成闭合回路，当指针摆动时，产生感应电流，进而就有安培力作用，安培力会阻碍指针的摆动，保护指针。这就是利用电磁阻尼原理，目的是保护电表指针，防止指针打坏。7．B【来源】第07讲涡流、电磁阻尼和电磁驱动2023年高中寒假精品课（人教版2019选择性必修第二册）【详解】飞轮在磁场中切割磁感线的运动，所以会产生电源电动势和感应电流，因此不能用绝缘材料替换，如果用绝缘材料替换，是没有效果的，A错误；飞轮受到阻力主要来源于磁体对它的安培力，安培力大小于电阻率有关，B正确；飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，磁感应越强，飞轮上感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，C错误；磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，则飞轮上产生的感应电动势，感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，D错误．故选B。8．B【来源】北京市人大附中2021-2022高二（上）期末物理试题【详解】A.电磁炉不可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热，因为陶瓷锅不能产生涡流，A错误；BC.为了让面板不发热，电磁炉面板采用陶瓷材料；铁锅产生涡流，发热部分为铁锅底部和侧壁，直接加热锅内食品，B正确C错误；D.电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铁磁性材料的磁化性质加强了涡流的效果，铜锅能产生但是效果不明显，D错误。故选B。9．B【来源】2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（练习）—2022-2023学年高二物理课后培优分级练（人教版2019选择性必修第二册）【详解】A．电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量，A错误；B．导体运动的速度磁通量变化越快，产生的感应电流越强，制动器对转盘的制动力越大，故制动力的大小与导体运动的速度有关，B正确；C．电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，产生涡流，故通电线圈可以通直流电，产生方向不变的磁场也是可以的，C错误；D．如果改变线圈中的电流方向，铁芯产生的磁感线的方向变为反向，此时产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故还是使导体受到阻碍运动的制动力，D错误。故选B。10．B【来源】2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（练习）—2022-2023学年高二物理课后培优分级练（人教版2019选择性必修第二册）【详解】AC．当左侧线圈中通有不断增大的顺时针方向的电流时，知穿过右侧线圈的磁通量向右，且增大，根据楞次定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，即使有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针，故AC错误；B．通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈产生的磁场均匀增大，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B正确；D．有金属片通过时，穿过金属片中的磁通量也发生变化，金属片中也会产生感应电流，与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以会将该空间中磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，接收线圈中感应电流会变小，故D错误。故选B。11．A【来源】山东省莱西市第一中学2022-2023学年高二上学期学业水平检测物理试题（二）【详解】ABC．根据电磁驱动原理，易拉罐与木框的转动方向相同，木框的转速总比易拉罐的大，A正确；BC错误；D．两个磁铁异名磁极或同名磁极相对均可，在磁极附近的易拉罐导体中都会产生涡流，在磁场受安培力使易拉罐跟着木框转动起来，D错误。故选A。12．C【来源】第07讲涡流、电磁阻尼和电磁驱动2023年高中寒假精品课（人教版2019选择性必修第二册）【详解】甲方案中，铝板摆动时，扇形铝板的半径切割磁感线，即使铝板摆动幅度很小，在铝板内也能形成涡流，起电磁阻尼的作用，指针能很快停下来；乙方案中，当指针偏转角度较小时，铝框中磁通量不变，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，因此甲方案更合理，C正确，ABD错误；故选C。13．AD【来源】2023选择性必修二第二章3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（练）【详解】A．变化的磁场可以使闭合电路的磁通量发生变化，即可以使闭合电路中产生感应电流，故A正确；B．根据麦克斯韦电磁场理论可知，在没有导体的空间中变化的磁场会产生感生电场，故B错误；C．恒定的磁场在周围不产生电场，故C错误D．感生电场的方向，可以用楞次定律来判定，故D正确。故选AD。14．BCD【来源】2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（练习）—2022-2023学年高二物理课后培优分级练（人教版2019选择性必修第二册）【详解】A．电磁炉工作时