第四章第7節(jié),渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

第7節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)第四章電磁感應(yīng)第一篇模塊同步導(dǎo)學(xué)篇知識(shí)一渦流[基礎(chǔ)梳理]1．定義由于________，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的_____電流．2．特點(diǎn)若金屬的電阻率小，渦流往往_____，產(chǎn)生的熱量_________.3．應(yīng)用(1)渦流熱效應(yīng)：如______________.(2)渦流磁效應(yīng)：如________、_________.電磁感應(yīng)感應(yīng)很強(qiáng)如真空冶煉爐安檢門很多探雷器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________.(2)途徑二：用相互絕緣的________疊成的鐵芯代替整個(gè)硅鋼鐵芯．判斷：(1)渦流也是一種感應(yīng)電流．(

)(2)導(dǎo)體中有渦流時(shí)，導(dǎo)體本身會(huì)產(chǎn)熱．(

)(3)利用渦流制成的探雷器無法探出“石雷”．(

)答案(1)√

(2)√

(3)√電阻率硅鋼片[釋疑解難]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．渦流的特點(diǎn)當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流)時(shí)，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強(qiáng)，根據(jù)公式P＝I2R知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大．3．渦流的防止電動(dòng)機(jī)、變壓器的線圈中有變化的電流，因而在鐵芯中產(chǎn)生了渦流，不僅浪費(fèi)了能量，還可能損壞電器，因此，要想辦法減小渦流．為了達(dá)到減小渦流的目的，采用了電阻率大的硅鋼做鐵芯的材料，并把硅鋼做成彼此絕緣的薄片，這樣，就大大減小了渦流．4．渦流的利用用來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)的金屬中就產(chǎn)生渦流．渦流產(chǎn)生的熱量使金屬達(dá)到很高的溫度并熔化．利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過程能在真空中進(jìn)行，這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金．特別提醒(1)渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律．(2)磁場(chǎng)變化越快，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．[學(xué)后自測(cè)]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(chǎng)中B．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速運(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，所以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，所以D正確．]知識(shí)二電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)[基礎(chǔ)梳理]1．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______，_______________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到某位置，便于讀數(shù)．2．電磁驅(qū)動(dòng)(1)概念：磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生_________，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)起來的現(xiàn)象．安培力安培力的方向感應(yīng)電流(2)應(yīng)用：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)．判斷：(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)生的過程中，存在機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化．(

)(3)電磁驅(qū)動(dòng)時(shí)，被驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)體中有感應(yīng)電流．(

)答案(1)√

(2)√

(3)√[釋疑解難]電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較特別提醒電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)注意電磁驅(qū)動(dòng)中，導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度要小于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度．相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)[學(xué)后自測(cè)]2.如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)．從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則(

)A．線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵大C．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生感應(yīng)電流D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電流的方向始終是abcdaC

[本題考查電磁驅(qū)動(dòng)和楞次定律．當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于磁鐵不動(dòng)而線圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C對(duì)；當(dāng)線圈相對(duì)磁鐵轉(zhuǎn)過90°時(shí)電流方向不再是abcda，D錯(cuò)；由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁極同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一定小于磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度．如兩者的角速度相同，磁感線與線圈處于相對(duì)靜止，線圈不切割磁感線，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故A、B錯(cuò)．]1．線圈中的電流變化時(shí)，線圈附近的導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流會(huì)產(chǎn)生熱量，因此在日常生活中，既要防止有害渦流，又要利用有益渦流．2．導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力阻礙其運(yùn)動(dòng)，即為電磁阻尼．3．磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，使導(dǎo)體受到安培力的作用而運(yùn)動(dòng)起來，即為電磁驅(qū)動(dòng).命題一對(duì)渦流的理解及應(yīng)用[經(jīng)典例題][例1]

光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物線的方程為y＝x2，其下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是y＝a的直線(如圖中的虛線所示)．一個(gè)小金屬塊從拋物線上y＝b(b>a)處以速度v沿拋物線下滑，假設(shè)曲面足夠長(zhǎng)，則金屬塊在曲面上滑動(dòng)的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是(

)命題二電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)[經(jīng)典例題][例2]

彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵．將磁鐵托到某一高度后放開，磁鐵能振動(dòng)較長(zhǎng)一段時(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(如圖所示)，磁鐵就會(huì)很快停下來．解釋這個(gè)現(xiàn)象，并說明此現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化情況．【思路點(diǎn)撥】【嘗試自解】解析】

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)阻礙磁鐵和線圈靠近或離開，也就是磁鐵振動(dòng)時(shí)除了受空氣阻力外，還有線圈受到的安培力阻礙，克服阻力需要做的功增多，振動(dòng)時(shí)機(jī)械能的損失增快，因而會(huì)很快停下來．機(jī)械能的轉(zhuǎn)化情況可表示如下：【答案】

見解析從能量轉(zhuǎn)化的情況看，電磁驅(qū)動(dòng)過程是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而電磁阻尼過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．[應(yīng)用演練]在水平面上放置兩個(gè)完全相同的帶中心軸的金屬圓盤，它們彼此用導(dǎo)線把中心軸和對(duì)方圓盤的邊緣相連接，組成電路如圖所示，一勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過兩圓盤垂直向外，若不計(jì)一切摩擦，當(dāng)a盤在外力作用下做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤b(

)A．沿與a盤相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)B．沿與a盤相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)C．轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可能大于a盤的角速度D．轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可能等于a盤的角速度B

[如圖所示，金屬圓盤可看做由多根金屬輻條組成，a盤在外力作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤切割磁感線，由右手定則判知，電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛蒓1→A，在閉合電路中有方向?yàn)镺1AO2BO1的感應(yīng)電流，而對(duì)b盤，由左手定則和能的轉(zhuǎn)化和守恒定律判知，b盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且其轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一定小于a盤的角速度，選項(xiàng)B正確．]1.下列現(xiàn)象屬于電磁阻尼的是(

)A．磁電式儀表線圈的骨架用鋁框來做B．微安表的表頭在運(yùn)輸時(shí)要把兩接線柱短接C．自制金屬地雷探測(cè)器D．交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)AB

[電磁阻尼是指導(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，安培力總是阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，而電磁驅(qū)動(dòng)是磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體運(yùn)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)體受到安培力作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而不是阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)．]2．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．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AB

[利用法拉第電磁感應(yīng)定律和渦電流解題．當(dāng)電磁鐵接通交流電源時(shí)，金屬杯處在變化的磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦電流發(fā)熱，使水溫升高．要縮短加熱時(shí)間，需增大渦電流，即增大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或減小電阻．增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率都是為了增大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．瓷杯不能產(chǎn)生渦電流，取走鐵芯會(huì)導(dǎo)致磁性減弱．所以選項(xiàng)A、B正確，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．]3．如圖所示，金屬球(銅球)下端有通電的線圈，今把小球拉離平衡位置后釋放，此后關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng)情況是(不計(jì)空氣阻力)(

)A．做等幅振動(dòng)B．做阻尼振動(dòng)C．振幅不斷增大D．無法判定B

[小球在通電線圈的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，小球中產(chǎn)生渦流，故小球要受到安培力作用阻礙它與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，做阻尼振動(dòng)．]4．如圖所示，光滑金屬球從高h(yuǎn)的曲面滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)金屬球初速度為零，曲面光滑，則(

)A．若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，