19.5渦流電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)（原卷版）

19.5渦流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)要點(diǎn)一.渦流1.定義在變化的磁場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流，就像水中的漩渦。所以把它叫作渦電流，簡(jiǎn)稱渦流。2.本質(zhì)及特點(diǎn)1.本質(zhì)渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象.與一般導(dǎo)體或線圈的區(qū)別是：金屬塊自稱閉合回路，但是同樣遵循電磁感應(yīng)定律.2.特點(diǎn)若金屬的電阻率小，渦流往往很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量很多。3.大小渦流大小的決定因素：E=n?B?tS=1\*GB3①磁場(chǎng)變化越快(eq\f(ΔB,Δt)越大)，渦流越大。=2\*GB3②導(dǎo)體的橫截面積S越大,渦流越大。=3\*GB3③導(dǎo)體材料的電阻率越小，渦流越大。4.產(chǎn)生渦流的兩種情況（1）塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中。（2）塊狀金屬進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。5.對(duì)渦流的能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（1）金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中：磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（2）如果是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)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。6.渦流的防止及應(yīng)用1.防止電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備中為防止鐵芯中渦流過(guò)大而導(dǎo)致浪費(fèi)能量，損壞電器。（1）途徑一：增大鐵芯材料的電阻率。（2）途徑二：用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。2.應(yīng)用電磁爐的工作原理（1）渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用：如真空冶煉爐。電磁爐的工作原理（2）渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用：如探雷器、安檢門(mén)。要點(diǎn)二.電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)1.電磁阻尼1.產(chǎn)生當(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.應(yīng)用1.電學(xué)儀表中利用電磁阻尼使指針很快地停下來(lái)，便于讀數(shù)。2.電磁阻尼還常用于電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)器中。2.電磁驅(qū)動(dòng)1.產(chǎn)生若磁場(chǎng)相對(duì)于導(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(lái)，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動(dòng)．2.應(yīng)用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量就增加了，根據(jù)楞次定律，此時(shí)線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。特點(diǎn)：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向和磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速，即同向異步。3.電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)都是楞次定律“阻礙”的體現(xiàn)．阻礙磁通量的變化，阻礙導(dǎo)體與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)．電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)不同點(diǎn)成因由導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)形成的由磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)而形成的效果安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，為阻力安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，為動(dòng)力能量轉(zhuǎn)化克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能共同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體所受安培力，都在阻礙導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)題型1.渦流的特點(diǎn)及應(yīng)用經(jīng)典例題典例1渦流原理在生產(chǎn)、生活中有廣泛應(yīng)用，在電爐、電磁爐、微波爐、高頻冶煉爐中，均不是利用渦流原理工作的是（）A．電爐、微波爐 B．電磁爐、微波爐 C．微波爐、高頻冶煉爐 D．電爐、電磁爐典例2管道高頻焊機(jī)可以對(duì)由鋼板卷成的圓管的接縫實(shí)施焊接。焊機(jī)的原理如圖所示，圓管通過(guò)一個(gè)接有高頻交流電源的線圈，線圈所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使圓管中產(chǎn)生交變電流，電流產(chǎn)生的熱量使接縫處的材料熔化將其焊接。焊接過(guò)程中所利用的電磁學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者為（）A.庫(kù)侖 B.霍爾 C.洛倫茲 D.法拉第典例3下列實(shí)例中屬于利用渦流的是（）A．利用微波爐加熱食物 B．變壓器的鐵芯用薄硅鋼片疊合而成C．利用真空冶煉爐冶煉合金鋼 D．電動(dòng)機(jī)的線圈繞在鐵芯上鞏固提升鞏固1如圖所示為高頻電磁爐的工作示意圖。電磁爐工作時(shí)產(chǎn)生的電磁波，完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋所吸收，不會(huì)泄漏，對(duì)人體健康無(wú)危害。關(guān)于電磁爐，以下說(shuō)法正確的是（??）A．電磁爐是利用變化的磁場(chǎng)在食物中產(chǎn)生渦流對(duì)食物加熱的B．電磁爐是利用變化的磁場(chǎng)在含鐵質(zhì)鍋底部產(chǎn)生渦流，使含鐵質(zhì)鍋底迅速升溫，進(jìn)而對(duì)鍋內(nèi)食物加熱的C．電磁爐是利用變化的磁場(chǎng)使食物中的極性水分子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)來(lái)對(duì)食物加熱的D．電磁爐跟電爐一樣是讓電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生熱量來(lái)對(duì)食物加熱的鞏固2安檢門(mén)原理圖如圖所示，左邊門(mén)框中有一通電線圈，右邊門(mén)框中有一接收線圈。若工作過(guò)程中某段時(shí)間內(nèi)通電線圈中存在順時(shí)針?lè)较颍ㄗ笠晥D）均勻增大的電流，則下列說(shuō)法正確的是（電流方向判斷均從左向右觀察）（）A．有金屬片通過(guò)時(shí)，金屬片中會(huì)感應(yīng)出渦流B．有金屬片通過(guò)時(shí)，接收線圈中的感應(yīng)電流的方向可能改變C．無(wú)金屬片通過(guò)時(shí)，接收線圈中的感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針D．無(wú)金屬片通過(guò)時(shí)，接收線圈中的感應(yīng)電流可能逐漸減小鞏固3如圖所示，用導(dǎo)線環(huán)繞在一金屬塊上許多匝，當(dāng)導(dǎo)線中通以交變電流時(shí)，金屬塊中的磁通量會(huì)不斷變化從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這些電流的分布就像水中的漩渦一樣，我們把它叫做渦電流，簡(jiǎn)稱渦流。渦流會(huì)消耗電能產(chǎn)生熱量，下列判斷正確的有（）A．產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是渦旋電場(chǎng)給電荷的作用力B．如果想增大渦流發(fā)熱，可以僅增大金屬材料的電阻率C．如果想增大渦流發(fā)熱，可以僅增加線圈的匝數(shù)D．如果想增大渦流發(fā)熱，在線圈電流強(qiáng)度不變的條件下，可以僅增大電流頻率拓展拔高拓展1如圖所示，在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上放一小鐵鍋冷水。現(xiàn)接通交流電源，幾分鐘后，鍋中的水沸騰起來(lái)，t0A．線圈中電流變化越大，自感電動(dòng)勢(shì)越大，自感系數(shù)也增大B．小鐵鍋中產(chǎn)生渦流，渦流的熱效應(yīng)使水沸騰起來(lái)C．t0D．變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能增大渦流拓展2以下為教材中的四幅圖，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A．甲圖是法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第根據(jù)對(duì)稱性思想，做了如上實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了磁生電的現(xiàn)象B．乙圖是真空冶煉爐，當(dāng)爐外線圈通入高頻交流電時(shí)，線圈產(chǎn)生大量熱量，從而冶煉金屬C．丙圖是無(wú)軌電車電車在行駛過(guò)程中由于車身顛簸電弓和電網(wǎng)之間容易閃現(xiàn)電火花，這是由于車弓脫離電網(wǎng)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)使空氣電離D．丁圖是電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)金屬弦被磁化，弦振動(dòng)過(guò)程中線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而使音箱發(fā)聲。如果選用銅質(zhì)弦，電吉他不能正常工作拓展3如圖是一種焊接方法的原理示意圖。將圓形待焊接金屬工件放在線圈中，然后在線圈中通以某種電流，待焊接工件中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在焊縫處產(chǎn)生大量的熱量將焊縫兩邊的金屬熔化，待焊工件就焊接在一起。我國(guó)生產(chǎn)的自行車車輪圈就是用這種辦法焊接的。下列說(shuō)法中正確的是()A．線圈中的電流是很強(qiáng)的恒定電流B．線圈中的電流是交變電流，且頻率很高C．待焊工件焊縫處的接觸電阻比非焊接部分電阻小D．焊接工件中的感應(yīng)電流方向與線圈中的電流方向總是相反題型2.電磁阻尼及電磁驅(qū)動(dòng)經(jīng)典例題典例1如圖所示，將懸掛在O點(diǎn)的銅球從方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域左側(cè)一定高度處由靜止釋放，磁場(chǎng)區(qū)域的左右邊界處于豎直方向，不考慮空氣阻力，則（）A．銅球在左右兩側(cè)擺起的最大高度相同B．銅球最終將靜止在O點(diǎn)正下方C．銅球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)受到的安培力最大D．銅球向右進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，受到的安培力方向水平向左典例2如圖所示是某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)的電梯墜落的應(yīng)急安全裝置，在電梯掛廂上安裝永久磁鐵，并在電梯的井壁上鋪設(shè)線圈，這樣可以在電梯突然墜落時(shí)減小對(duì)人員的傷害。關(guān)于該裝置，下列說(shuō)法正確的是()A.當(dāng)電梯突然墜落時(shí)，該安全裝置可使電梯停在空中B.當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時(shí)，閉合線圈A、B中的電流方向相反C.當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時(shí)，只有閉合線圈A在阻礙電梯下落D.當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時(shí)，只有閉合線圈B在阻礙電梯下落典例31824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“阿拉果圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤(pán)水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤(pán)在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤(pán)中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后，下列說(shuō)法正確的是（）A．因?yàn)榇┻^(guò)圓盤(pán)的磁通量不變，圓盤(pán)上沒(méi)有感應(yīng)電流B．穿過(guò)整個(gè)圓盤(pán)的磁通量發(fā)生了變化從而產(chǎn)生沿圓盤(pán)邊緣的環(huán)形電流C．圓盤(pán)內(nèi)局部面積的磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)D．圓盤(pán)中的自由電子隨圓盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)形成了環(huán)形電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)典例4如圖所示，金屬球（銅球）下端有通電的線圈，今把金屬球向上拉離平衡位置后釋放，此后金屬球的運(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(wú)法判定鞏固提升鞏固1掃描隧道顯微鏡(STM)可用來(lái)探測(cè)樣品表面原子尺度上的形貌，為了有效隔離外界震動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng)，在圓底盤(pán)周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對(duì)紫銅薄板，并施加磁場(chǎng)來(lái)快速衰減其微小振動(dòng)，如圖所示，無(wú)擾動(dòng)時(shí)，按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場(chǎng)；出現(xiàn)擾動(dòng)后，對(duì)于紫銅薄板上下及其左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是(A)鞏固2如圖所示，把一個(gè)閉合線圈放在蹄形磁體的兩磁極之間，蹄形磁體和閉合線圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)蹄形磁體從圖示位置開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈僅在安培力作用下也開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，則：（）A．線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈轉(zhuǎn)速小于磁體轉(zhuǎn)速B．線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈轉(zhuǎn)速等于磁體轉(zhuǎn)速C．線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中有感應(yīng)電流D．線圈克服安培力做功動(dòng)能增加鞏固3如圖所示，將一個(gè)鋁框放在蹄形磁鐵的兩個(gè)磁極間，鋁框可以繞豎直軸線OO′自由轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵發(fā)現(xiàn)原來(lái)靜止的鋁框也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是(B)A．鋁框與磁極轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反B．勻速或加速轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵，鋁框都比磁極轉(zhuǎn)動(dòng)慢C．鋁框是因?yàn)榇盆F吸引鋁質(zhì)材料而轉(zhuǎn)動(dòng)的D．鋁框中沒(méi)有電流鞏固4物理課上，老師做了一個(gè)“神奇”的實(shí)驗(yàn)：如圖所示，將30cm長(zhǎng)的鋁管豎直放置，一磁性很強(qiáng)的磁鐵從上管口由靜止釋放，觀察到磁鐵用較長(zhǎng)時(shí)間才從下管口落出．對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象同學(xué)們經(jīng)分析討論做出相關(guān)的判斷，你認(rèn)為正確的是（下落過(guò)程中不計(jì)空氣阻力，磁鐵與管壁沒(méi)有接觸）．則（）A．如果磁鐵的磁性足夠強(qiáng)，磁鐵會(huì)停留在鋁管中，永遠(yuǎn)不落下來(lái)B．磁鐵在鋁管中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于不計(jì)空氣阻力，所以機(jī)械能守恒C．如果磁鐵的磁性足夠強(qiáng)，磁鐵在鋁管中運(yùn)動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)，但一定會(huì)落下來(lái)D．如果將鋁管換成塑料管，磁鐵從塑料管中出來(lái)也會(huì)用較長(zhǎng)時(shí)間拓展拔高拓展1如圖所示，矩形線圈放置在水平薄木板上，有兩塊相同的蹄形磁體，四個(gè)磁極之間的距離相等，當(dāng)兩塊磁體以相同的速度勻速向右通過(guò)線圈時(shí)，線圈始終靜止不動(dòng)，那么線圈受到木板的摩擦力方向是()A．先向左、后向右 B．先向左、后向右、再向左C．一直向右 D．一直向左拓展2如圖所示，磁電式電流表的線圈常用鋁框作骨架，把線圈繞在鋁框上，鋁框的兩端裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的兩邊各有一個(gè)螺旋彈簧（繞制方向相反），關(guān)于磁電式電流表下列說(shuō)法正確的是（）A．線圈通電后，由于螺旋彈簧的彈力作用，可以使指針盡快穩(wěn)定下來(lái)B．線圈通電后，由于鋁框中的電磁阻尼作用，可以使指針盡快穩(wěn)定下來(lái)C．線圈骨架換成塑料，通電后也可以使指針盡快穩(wěn)定下來(lái)D．在運(yùn)輸時(shí)要把正負(fù)接線柱用導(dǎo)線連在一起，主要是為了增強(qiáng)鋁框中的電磁阻尼作用拓展3如圖所示，鋁管豎直置于水平桌面上，小磁體從鋁管正上方由靜止開(kāi)始下落，在磁體穿過(guò)鋁管的過(guò)程中，磁體不與管壁接觸，且無(wú)翻轉(zhuǎn)，不計(jì)空氣阻力。下列選項(xiàng)正確的是（）A．磁體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B．磁體的機(jī)械能守恒C．磁體動(dòng)能的增加量小于重力勢(shì)能的減少量D．鋁管對(duì)桌面的壓力大于鋁管和磁體的重力之和拓展4如圖甲所示，把一個(gè)閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極間，蹄形磁鐵和