渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)同步測(cè)試

第7節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)1．當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，由于電磁感應(yīng)，在附近導(dǎo)體中產(chǎn)生像水中旋渦樣的感應(yīng)電流，把這種感應(yīng)電流叫渦流．利用渦流的熱效應(yīng)可進(jìn)行真空冶煉，利用它的磁效應(yīng)可進(jìn)行金屬探測(cè)．2．當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，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；當(dāng)磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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而運(yùn)動(dòng)起來(lái)，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動(dòng)．3．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(guò)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(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，所以D項(xiàng)正確．4．磁電式儀表的線圈通常用鋁框當(dāng)骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是()A．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，就是渦流．渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈偏轉(zhuǎn)后較快停下來(lái)．所以，這樣做的目的是利用渦流來(lái)起電磁阻尼的作用．圖15．如圖1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，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)都靜止答案C解析條形磁鐵向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，環(huán)1中磁通量保持為零不變，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)．【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一渦流及其應(yīng)用1．如圖2所示，在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水．給線圈通入電流，一段時(shí)間后，一個(gè)容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是()圖2A．恒定直流、小鐵鍋B．恒定直流、玻璃杯C．變化的電流、小鐵鍋D．變化的電流、玻璃杯答案C解析通入恒定直流時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不變，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高；渦流是由變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會(huì)升溫．點(diǎn)評(píng)渦流是在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，而且穿過(guò)回路的磁通量必須是變化的，此題能說(shuō)明電磁爐的原理．2．機(jī)場(chǎng)的安檢門(mén)可以利用渦流探測(cè)人身上攜帶的金屬物品，安檢門(mén)中接有線圈，線圈中通以交變電流，關(guān)于其工作原理，以下說(shuō)法正確的是()A．人身上攜帶的金屬物品會(huì)被地磁場(chǎng)磁化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流B．人體在線圈交變電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并在金屬物品中產(chǎn)生感應(yīng)電流C．線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流D．金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流答案CD解析一般金屬物品不一定能被磁化，且地磁場(chǎng)很弱，即使金屬被磁化磁性也很弱，作為導(dǎo)體的人體電阻很大，且一般不會(huì)與金屬物品構(gòu)成回路，故A、B錯(cuò)誤；安檢門(mén)利用渦流探測(cè)金屬物品的工作原理是：線圈中交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使金屬物品中產(chǎn)生渦流，故C正確；該渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，而線圈中交變電流的變化可以被檢測(cè)，故D項(xiàng)正確．點(diǎn)評(píng)金屬探測(cè)利用了渦流的磁效應(yīng)．知識(shí)點(diǎn)二電磁阻尼3．有一個(gè)銅盤(pán)，輕輕撥動(dòng)它，能長(zhǎng)時(shí)間地繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)．如果在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤(pán)邊緣，但并不與銅盤(pán)接觸，如圖3所示，銅盤(pán)就能在較短時(shí)間內(nèi)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，分析這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因．圖3答案見(jiàn)解析解析銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)如果加上磁場(chǎng)，則在銅盤(pán)中產(chǎn)生渦流，磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)渦流的作用力阻礙它的轉(zhuǎn)動(dòng)，故在較短的時(shí)間內(nèi)銅盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)．點(diǎn)評(píng)當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流受到安培力的作用阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，即安培力為電磁阻尼的阻力．4.如圖4所示，是稱為阻尼擺的示意圖，在輕質(zhì)桿上固定一金屬薄片，輕質(zhì)桿可繞上端O點(diǎn)為軸在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，一有界磁場(chǎng)垂直于金屬薄片所在的平面．使擺從圖中實(shí)線位置釋放，擺很快就會(huì)停止擺動(dòng)；若將擺改成梳齒狀，還是從同一位置釋放，擺會(huì)擺動(dòng)較長(zhǎng)的時(shí)間．試定性分析其原因．圖4答案見(jiàn)解析解析第一種情況下，阻尼擺進(jìn)入有界磁場(chǎng)后，在金屬薄片中會(huì)形成渦流，渦流使金屬薄片受安培力的作用，阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以會(huì)很快停下來(lái)；第二種情況下，將金屬擺改成梳齒狀，阻斷了渦流形成的回路，從而減弱了渦流，受到安培力的阻礙會(huì)比先前小得多，所以會(huì)擺動(dòng)較長(zhǎng)的時(shí)間．點(diǎn)評(píng)防止電磁阻尼的途徑為阻止或減弱渦流的產(chǎn)生．知識(shí)點(diǎn)三電磁驅(qū)動(dòng)5．如圖5所示，讓一金屬圓盤(pán)接近磁鐵的兩極，但不接觸，使磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤(pán)也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“電磁驅(qū)動(dòng)”，請(qǐng)你說(shuō)明電磁驅(qū)動(dòng)的原理．圖5答案見(jiàn)解析解析當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤(pán)上不同位置的磁通量發(fā)生變化，因而圓盤(pán)中會(huì)有渦流形成，該渦流的磁場(chǎng)阻礙磁通量的變化，使圓盤(pán)隨著磁鐵一起轉(zhuǎn)動(dòng)，但圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度比磁鐵慢．點(diǎn)評(píng)電磁驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是渦流受到的安培力．6．位于光滑水平面的小車(chē)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以初速度v水平穿過(guò)，如圖6所示，在此過(guò)程中()圖6A．磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)C．小車(chē)向右做加速運(yùn)動(dòng)D．小車(chē)先加速后減速答案BC解析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)產(chǎn)生的相互作用力也阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)，故整個(gè)過(guò)程中，磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B是正確的．而對(duì)于小車(chē)上螺線管來(lái)說(shuō)，在此過(guò)程中，螺線管受到的安培力都是水平向右，這個(gè)安培力使小車(chē)向右運(yùn)動(dòng)，且一直做加速運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)對(duì)．點(diǎn)評(píng)發(fā)生電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流受到安培力作用而使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)．【方法技巧練】渦流能量問(wèn)題的處理技巧7．彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵．將磁鐵托起到某一高度后放開(kāi)，磁鐵能上下振動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間才停下來(lái)．如圖7所示，如果在磁鐵下端放個(gè)固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過(guò)它，磁鐵就會(huì)很快地停下來(lái)，解釋這個(gè)現(xiàn)象，并說(shuō)明此現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的情況．圖7答案見(jiàn)解析解析當(dāng)磁鐵穿過(guò)固定的閉合線圈時(shí)，在閉合線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)會(huì)阻礙磁鐵向線圈靠近或離開(kāi)，也就使磁鐵振動(dòng)時(shí)除了空氣阻力外，還有線圈的磁場(chǎng)力作為阻力，克服阻力需要做的功較多，彈簧振子的機(jī)械能損失較快，因而會(huì)很快停下來(lái)．損失的機(jī)械能主要轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．方法總結(jié)此題中渦流損耗了機(jī)械能．1．下列哪些儀器是利用渦流工作的()A．電磁爐B．微波爐C．金屬探測(cè)器D．真空冶煉爐答案ACD2．變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的，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．增大鐵芯中的電阻，以產(chǎn)生更多的熱量D．增大鐵芯中的電阻，以減小發(fā)熱量答案BD解析不使用整塊硅鋼而是采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻，來(lái)減少電能轉(zhuǎn)化成鐵芯的內(nèi)能，提高效率，是防止渦流而采取的措施．3．如圖8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)()圖8A．做等幅振動(dòng)B．做阻尼振動(dòng)C．振幅不斷增大D．無(wú)法判定答案B解析金屬球在通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，金屬球中產(chǎn)生渦流，故金屬球要受到安培力作用，阻礙它的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，做阻尼振動(dòng)．4．如圖9所示是電表中的指針和電磁阻尼器，下列說(shuō)法中正確的是()圖9A．2是磁鐵，在1中產(chǎn)生渦流B．1是磁鐵，在2中產(chǎn)生渦流C．該裝置的作用是使指針能夠轉(zhuǎn)動(dòng)D．該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定答案AD解析這是渦流的典型應(yīng)用之一．當(dāng)指針擺動(dòng)時(shí)，1隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，2是磁鐵，那么在1中產(chǎn)生渦流，2對(duì)1的安培力將阻礙1的轉(zhuǎn)動(dòng)．總之不管1向哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，2對(duì)1的效果總起到阻尼作用．所以它能使指針很快地穩(wěn)定下來(lái)．5．如圖10所示，矩形線圈放置在水平薄木板上，有兩塊相同的蹄形磁鐵，四個(gè)磁極之間的距離相等，當(dāng)兩塊磁鐵勻速向右通過(guò)線圈時(shí)，線圈仍靜止不動(dòng)，那么線圈受到木板的摩擦力方向是()圖10A．先向左，后向右B．先向左、后向右、再向左C．一直向右D．一直向左答案D解析根據(jù)楞次定律的“阻礙變化”知“來(lái)拒去留”，當(dāng)兩磁鐵靠近線圈時(shí)，線圈要阻礙其靠近，線圈有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，受木板的摩擦力向左，當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離時(shí)，線圈要阻礙其遠(yuǎn)離，仍有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故選項(xiàng)D正確．7．如圖11所示，蹄形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)，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是()圖11A．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)答案C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，即感應(yīng)電流的方向必定是使其受到的力矩的方向與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，以減小磁通量的增加，因而線圈跟著轉(zhuǎn)起來(lái)，但阻礙不是阻止，磁通量仍要增加，所以其轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速．7．如圖12所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時(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(guò)焊縫處產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分發(fā)熱很少，以下說(shuō)法正確的是()圖12A．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處的電阻大答案AD解析交流電頻率越高，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流越強(qiáng)，升溫越快，故A項(xiàng)對(duì)．工件中各處電流相同，電阻大處產(chǎn)生熱多，故D項(xiàng)對(duì)．8．如圖13所示，一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)線掛于O點(diǎn)，將圓環(huán)拉至某一位置并釋放，圓環(huán)擺動(dòng)過(guò)程中(環(huán)平面與磁場(chǎng)始終保持垂直)經(jīng)過(guò)有界的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，A、B為該磁場(chǎng)的豎直邊界，若不計(jì)空氣阻力，則()圖13A．圓環(huán)向右穿過(guò)磁場(chǎng)后，還能擺至原來(lái)的高度B．在進(jìn)入和離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)，圓環(huán)中均有感應(yīng)電流C．圓環(huán)進(jìn)入磁場(chǎng)后，離最低點(diǎn)越近速度越大，感應(yīng)電流也越大D．圓環(huán)最終將靜止在最低點(diǎn)答案B解析在圓環(huán)進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中環(huán)中磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，即圓環(huán)的機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，其機(jī)械能越來(lái)越小，上升的高度越來(lái)越低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；但在環(huán)完全進(jìn)入磁場(chǎng)后，不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；最終圓環(huán)將不能擺出磁場(chǎng)，從此再無(wú)機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，其擺動(dòng)的幅度不再變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．方法總結(jié)當(dāng)導(dǎo)體中的磁通量變化時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，損失機(jī)械能；當(dāng)導(dǎo)體中的磁通量無(wú)變化時(shí)，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不損失機(jī)械能．9．如圖14所示，在光滑水平桌面上放一條形磁鐵，分別將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它一個(gè)初速度，讓其向磁鐵滾去，觀察小球的運(yùn)動(dòng)情況．圖14答案見(jiàn)解析解析(1)鐵球?qū)⒓铀龠\(yùn)動(dòng)，其原因是鐵球被磁化后與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的磁場(chǎng)力．(2)鋁球?qū)p速運(yùn)動(dòng)，其原因是鋁球內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)．(3)木球?qū)蛩龠\(yùn)動(dòng)，其原因是木球既不能被磁化，也不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以磁鐵對(duì)木球不產(chǎn)生力的作用．10．人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)，軌道各處地磁場(chǎng)的強(qiáng)弱并不相同，因此，金屬外殼的人造地球衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)，外殼中總有微弱的感應(yīng)電流．分析這一現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化情形．它對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生怎樣的影響？答案見(jiàn)解析解析當(dāng)穿過(guò)人造衛(wèi)星的磁通量發(fā)生變化時(shí)，外殼中會(huì)有渦流產(chǎn)生，這一電能的產(chǎn)生是由機(jī)械能轉(zhuǎn)化來(lái)的．它會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星機(jī)械能減少，會(huì)使軌道半徑減小，造成衛(wèi)星離地高度下降．11．一金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)繩懸掛，忽略空氣阻力，圓環(huán)可做等幅擺動(dòng)，若在圓環(huán)正下方放置一條形磁鐵如圖14所示，圓環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)．圖15答案見(jiàn)解析解析條形磁鐵置于圓環(huán)正下方，圓環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)圓環(huán)的磁通量保持為零不變，所以環(huán)中無(wú)感應(yīng)電流，圓環(huán)仍做等幅擺動(dòng)．