人教版選修32 第四章 7 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng) 學(xué)案.docx

7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)知識(shí)內(nèi)容渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)考試要求必考加試b課時(shí)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(dòng)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(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(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，簡稱渦流知識(shí)梳理1渦流：當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(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，簡稱渦流2渦流大小的決定因素：磁場變化越快(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(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(shí)，導(dǎo)體沒有和其它元件組成閉合回路，故導(dǎo)體不會(huì)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(dòng)導(dǎo)學(xué)探究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)較長時(shí)間才停下來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2所示)，磁鐵就會(huì)很快停下來，解釋這個(gè)現(xiàn)象圖2答案當(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(huì)很快停下來2一個(gè)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(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)；磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖3(1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量是否變化？(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來的動(dòng)力是什么力？線圈的轉(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)力使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來線圈的轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速知識(shí)梳理(1)電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(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)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼(2)電磁驅(qū)動(dòng)：若磁場相對(duì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)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)起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動(dòng)(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(dòng)中通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(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(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(shí)，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(dòng)勢增大，感應(yīng)電流也增大，那么焊接時(shí)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(dòng)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(cuò)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(jì)，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(cuò)，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(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在水平放置的光滑絕緣導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個(gè)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(diǎn)以某一初速度向磁鐵滑去各滑塊在向磁鐵運(yùn)動(dòng)的過程中()圖6a都做勻速運(yùn)動(dòng) b甲、乙做加速運(yùn)動(dòng)c甲、乙做減速運(yùn)動(dòng) d乙、丙做勻速運(yùn)動(dòng)答案c解析甲、乙向磁鐵靠近時(shí)要產(chǎn)生渦流，受電磁阻尼作用，做減速運(yùn)動(dòng)，丙則不會(huì)產(chǎn)生渦流，只能勻速運(yùn)動(dòng)三、電磁驅(qū)動(dòng)例4如圖7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 ()圖7a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)答案b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，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(dòng)方向與磁鐵相同而轉(zhuǎn)速較小，不能與磁鐵同速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以正確選項(xiàng)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(yùn)動(dòng)c讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做變速運(yùn)動(dòng)d把金屬塊放在變化的磁場中答案d解析渦流就是整個(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，所以a、b、c錯(cuò)誤；把金屬塊放在變化的磁場中時(shí)，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(shí)，會(huì)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(shí)，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(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；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(cuò)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(gè)相同的磁性小球，同時(shí)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(duì)于兩管的描述中可能正確的是()圖9aa管是用塑料制成的，b管是用銅制成的ba管是用鋁制成的，b管是用膠木制成的ca管是用膠木制成的，b管是用塑料制成的da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(huì)產(chǎn)生交變磁場b只有有磁性的金屬物才會(huì)被探測器探測到c探測到地下的金屬物是因?yàn)樘筋^中產(chǎn)生了渦流d探測到地下的金屬物是因?yàn)榻饘傥镏挟a(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(shí)常見的感應(yīng)電流一樣，都是因?yàn)榇┻^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(cuò)誤；硅鋼中產(chǎn)生的渦流較小，d錯(cuò)誤2彈簧上端固定，下端掛一條形磁鐵，使磁鐵上下振動(dòng)，磁鐵的振動(dòng)幅度不變?nèi)粼谡駝?dòng)過程中把線圈靠近磁鐵，如圖1所示，觀察磁鐵的振幅將會(huì)發(fā)現(xiàn)()圖1as閉合時(shí)振幅逐漸減小，s斷開時(shí)振幅不變bs閉合時(shí)振幅逐漸增大，s斷開時(shí)振幅不變cs閉合或斷開，振幅變化相同ds閉合或斷開，振幅都不發(fā)生變化答案a3(多選)對(duì)變壓器和電動(dòng)機(jī)中的渦流的認(rèn)識(shí)，以下說法正確的是()a渦流會(huì)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(dòng)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(duì)原電流起阻礙作用答案ab解析變壓器和電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的渦流會(huì)使溫度升高消耗能量，同時(shí)會(huì)減少線圈絕緣材料的壽命，a、b正確；變壓器和電動(dòng)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(cuò)誤；渦流產(chǎn)生于鐵芯中，對(duì)原電流無阻礙作用，d錯(cuò)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(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解析線圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)，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(gè)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(shí)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(bào)警以下關(guān)于這個(gè)安檢門的說法正確的是()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)答案bd解析這個(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)，b對(duì)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(cuò)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對(duì)6.高頻感應(yīng)爐是用來熔化金屬對(duì)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(shí)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(shí)，給爐內(nèi)金屬也通了電答案c7如圖4所示，使一個(gè)銅盤繞其豎直的軸oo轉(zhuǎn)動(dòng)，且假設(shè)摩擦等阻力不計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)是勻速的現(xiàn)把一個(gè)蹄形磁鐵移近銅盤，則()圖4a銅盤的轉(zhuǎn)動(dòng)將變慢b銅盤的轉(zhuǎn)動(dòng)將變快c銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)d銅盤的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)b做減速運(yùn)動(dòng)c做勻速運(yùn)動(dòng)d做非勻變速運(yùn)動(dòng)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以磁鐵將做自由落體運(yùn)動(dòng)9(2016臺(tái)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(shí)，工件內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流，同時(shí)線圈中的電流受渦流影響也會(huì)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?yàn)榫€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(cuò)誤10(多選)位于光滑水平面上的小車上放置一螺線管，一個(gè)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，