2024-2025版高中物理第四章電磁感應(yīng)7渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動學(xué)案新人教版選修3-2

PAGE15-渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動目標(biāo)導(dǎo)航思維脈圖1.知道渦流是怎樣產(chǎn)生的。(物理觀念)2.了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。 (科學(xué)思維)3.了解電磁驅(qū)動和電磁阻尼的原理及其應(yīng)用。(科學(xué)探究)必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、渦流真空冶煉爐的工作原理是什么?金屬探測器為什么能探測金屬物?提示:真空冶煉爐的外面有線圈,線圈中通入反復(fù)變更的電流,爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流,渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化;金屬探測器是利用渦流工作的,手持一個長柄線圈在地面掃過,線圈中有變更著的電流,假如地下埋著金屬物品,金屬中會感應(yīng)出渦流,渦流的磁場反過來影響線圈中的電流,使儀器報警。1.產(chǎn)生:在變更的磁場中的導(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,簡稱渦流。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.應(yīng)用:(1)渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用:如真空冶煉爐。(2)渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用:如探雷器、安檢門。4.防止:電動機(jī)、變壓器等設(shè)備中為防止鐵芯中渦流過大而導(dǎo)致奢侈能量,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。二、電磁阻尼和電磁驅(qū)動1.電磁阻尼:(1)產(chǎn)生:當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時,感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動的現(xiàn)象。(2)應(yīng)用:電學(xué)儀表中利用電磁阻尼使指針很快地停下來,便于讀數(shù)。2.電磁驅(qū)動:(1)產(chǎn)生:假如磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動,在導(dǎo)體中會產(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)動起來。(2)應(yīng)用:溝通感應(yīng)電動機(jī)。(1)渦流跟平常常見的感應(yīng)電流一樣,都是因?yàn)榇┻^導(dǎo)體的磁通量變更而產(chǎn)生的。 (√)(2)渦流有熱效應(yīng),但沒有磁效應(yīng)。 (×)(3)在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流。 (×)(4)電磁阻尼、電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,都遵循楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律。 (√)(5)電磁阻尼是由電磁感應(yīng)中安培力阻礙導(dǎo)體與磁場的相對運(yùn)動產(chǎn)生的,而電磁驅(qū)動是由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中安培力增加磁場與導(dǎo)體間的相對運(yùn)動產(chǎn)生的。 (×)關(guān)鍵實(shí)力·合作學(xué)習(xí)學(xué)問點(diǎn)一渦流1.渦流的本質(zhì):電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2.產(chǎn)生渦流的兩種狀況:(1)塊狀金屬放在變更的磁場中。(2)塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動。3.產(chǎn)生渦流時的能量轉(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)金屬塊放在變更的磁場中,磁場能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(2)假如是金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動,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。線圈中的電流變更時,導(dǎo)體中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電流? (物理觀念)提示:電磁感應(yīng)?！镜淅侩姶艩t又名電磁灶,是現(xiàn)代廚房革命的產(chǎn)物,它無需明火或傳導(dǎo)式加熱而讓熱干脆在鍋底產(chǎn)生,因此熱效率得到了極大的提高。是一種高效節(jié)能廚具,完全區(qū)分于傳統(tǒng)全部的有火或無火傳導(dǎo)加熱廚具。如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖,下列說法正確的是 ()A.電磁爐通電線圈加直流電,電流越大,電磁爐加熱效果越好B.電磁爐的原理是通電線圈加溝通電后,在鍋底產(chǎn)生渦流,進(jìn)而發(fā)熱工作C.在鍋和電磁爐中間放一絕緣物質(zhì),電磁爐不能起到加熱作用D.電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋,主要緣由是這些材料的導(dǎo)熱性能較差【解題探究】(1)電磁爐是怎么工作的?提示:電磁爐的臺面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈,采納磁場感應(yīng)渦流加熱原理工作。當(dāng)通上交替變更極快的電流時,在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場,磁感線穿過鍋體,使鍋底產(chǎn)生強(qiáng)渦流,當(dāng)磁場內(nèi)的磁感線通過鐵質(zhì)鍋底時會產(chǎn)生多數(shù)的渦流,使鍋體本身自行快速發(fā)熱,就放出大量的熱量,然后再作用于鍋內(nèi)食物,將飯菜煮熟。(2)為什么電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋?提示:陶瓷和玻璃是絕緣體,不能產(chǎn)生感應(yīng)電流,不能加熱鍋內(nèi)食物?！窘馕觥窟xB。電磁爐通電線圈加直流電,會產(chǎn)生恒定磁場,穿過鍋底的磁通量不會發(fā)生變更,不能產(chǎn)生渦流,所以沒有加熱效果,故A錯誤;電磁爐的原理是磁場感應(yīng)渦流加熱,即利用交變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場,所以電磁爐通過線圈加溝通電后,在鍋底產(chǎn)生渦流,進(jìn)而發(fā)熱工作,故B正確;在鍋和電磁爐中間放一絕緣物質(zhì),不會影響渦流的產(chǎn)生,因此不會影響電磁爐的加熱作用,故C錯誤;金屬鍋?zhàn)陨懋a(chǎn)生多數(shù)小渦流而干脆加熱鍋,陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋屬于絕緣材料,不會產(chǎn)生渦流,不是因?yàn)閷?dǎo)熱性能較差,故D錯誤。故選B。1.如圖所示為大型考試用到的金屬探測器,工作時其內(nèi)部的探測器線圈內(nèi)通有正弦溝通電,關(guān)于探測器的工作原理,下列說法不正確的是 ()A.探測器線圈中通有頻率越低的溝通電,越簡潔探測出金屬物品B.探測器線圈中正弦溝通電會產(chǎn)生變更的磁場C.探測器旁邊有金屬時,金屬中會產(chǎn)生渦流D.探測器旁邊有金屬時,探測器線圈中電流會發(fā)生變更【解析】選A。探測器線圈中的溝通電頻率越低,電流變更越慢,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流越小,靈敏度越低,越不簡潔探測出金屬物品,故A符合題意;依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知當(dāng)探測器線圈中通以正弦溝通電會產(chǎn)生變更的磁場,故B不符合題意;探測器中有一個通有交變電流的線圈,當(dāng)線圈四周有金屬時,金屬中會產(chǎn)生渦流,渦流的磁場反過來影響線圈中的電流,探測器線圈中電流會發(fā)生變更,使探測器報警,故C、D不符合題意。本題選不正確的,故選A。2.電磁爐具有無煙、無明火、無污染、不產(chǎn)生有害氣體、無微波輻射、高效節(jié)能等優(yōu)勢。電磁爐是利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場,當(dāng)磁場的磁感線通過含鐵質(zhì)鍋底部時,即會產(chǎn)生多數(shù)小渦流,使鍋體本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱鍋內(nèi)食物。下列相關(guān)說法中正確的是 ()A.鍋體可以用不導(dǎo)電的陶瓷制成B.鍋體中的渦流是由恒定的磁場產(chǎn)生的C.恒定磁場越強(qiáng),電磁爐的加熱效果越好D.提高磁場變更的頻率,可提高電磁爐的加熱效果【解析】選D。假如鍋體是不導(dǎo)電的陶瓷制成,則在鍋體不能產(chǎn)生渦流即不能加熱,故A錯誤;鍋體中的渦流是由變更的磁場產(chǎn)生的,故B、C錯誤;提高磁場變更的頻率,可提高電磁爐的加熱效果,故D正確。故選D?！炯庸逃?xùn)練】1.(多選)變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成,而不是采納一整塊硅鋼,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.增大渦流,減小鐵芯的發(fā)熱量D.減小渦流,減小鐵芯的發(fā)熱量【解析】選B、D。渦流的主要效應(yīng)之一就是發(fā)熱,而變壓器的鐵芯發(fā)熱,是我們不希望出現(xiàn)的,所以不采納整塊硅鋼,而采納薄硅鋼片疊壓在一起,目的是減小渦流,減小鐵芯的發(fā)熱量,進(jìn)而提高變壓器的效率,故選項(xiàng)B、D正確。2.(多選)下列哪些措施是為了防止渦流的危害 ()A.電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B.磁電式電表的線圈經(jīng)常用鋁框做骨架,把線圈繞在鋁框上C.變壓器的鐵芯不做成整塊,而是用很多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D.變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層【解析】選C、D。電磁爐是采納電磁感應(yīng)原理,在金屬鍋上產(chǎn)生渦流,使鍋體發(fā)熱從而加熱食物的,屬于渦流的應(yīng)用,故A不符合題意;磁電式電表的線圈經(jīng)常用鋁框做骨架,起到電磁阻尼作用,是為了利用電磁感應(yīng),故B不符合題意;變壓器的鐵芯不做成整塊,而是用很多電阻率很大的硅鋼片疊合而成,是為了減小變壓器鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的渦流,屬于渦流的防止,故C正確;變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層,是為了減小變壓器鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的渦流,屬于渦流的防止,故D正確;故選C、D。學(xué)問點(diǎn)二電磁阻尼和電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點(diǎn)成因由導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動形成的由磁場運(yùn)動而形成的效果安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反,為阻力安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同,為動力能量轉(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)能磁場能轉(zhuǎn)化為電能,通過安培力做功,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)體受到的安培力都是阻礙導(dǎo)體與磁場間的相對運(yùn)動提示:(1)電磁阻尼、電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,都遵循楞次定律。(2)電磁阻尼、電磁驅(qū)動現(xiàn)象中安培力的作用效果都是阻礙相對運(yùn)動,應(yīng)留意電磁驅(qū)動中阻礙的結(jié)果。若磁鐵運(yùn)動,線圈中的感應(yīng)電流的結(jié)果是安培力的方向與磁鐵運(yùn)動方向相同,即電磁驅(qū)動;若磁場不動,線圈運(yùn)動,則感應(yīng)電流的結(jié)果是阻礙線圈運(yùn)動,即電磁阻尼。靈敏電流表運(yùn)輸中,為什么常用導(dǎo)體把兩個接線柱連在一起? (科學(xué)思維)提示:連接接線柱后,晃動表,由于電磁阻尼,表針晃動幅度會變小,并能較快停下,起到愛護(hù)表針的作用?！镜淅?多選)安檢門是一個用于平安檢查的“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,從而引起報警。以下關(guān)于這個安檢門的說法正確的是 ()A.B.C.假如這個“門框”的線圈中通上恒定電流,也能檢查出金屬D.這個安檢門工作時,既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,又利用了電流的磁效應(yīng)【審題關(guān)鍵】序號信息提取①毒品不是金屬物品,檢測不出來②攜帶金屬物品可以檢測出來③“門框”的線圈通上變更的電流才可檢測出金屬物品【解析】選B、D。安檢門利用渦流探測人身上攜帶的金屬物品原理是:線圈中交變電流產(chǎn)生交變的磁場,會在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流,而金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,引起線圈中交變電流發(fā)生變更,從而被探測到,但不能檢測到毒品,故A錯誤,B正確;假如這個“門框”的線圈中通上恒定電流,只能產(chǎn)生恒定的磁場,則不能使金屬產(chǎn)生感應(yīng)電流,因而不能檢查出金屬物品攜帶者,故C錯誤;依據(jù)A的分析可知,安檢門工作時,既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,又利用了電流的磁效應(yīng),故D正確。故選B、D。【總結(jié)提升】安檢門中接有線圈,線圈中通以交變電流,在空間產(chǎn)生交變的磁場,金屬物品會產(chǎn)生感應(yīng)電流;反過來,金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而被探測到;恒定電流,只能產(chǎn)生恒定的磁場,則不能使塊狀金屬產(chǎn)生感應(yīng)電流。1.如圖所示,在一蹄形磁鐵兩極之間放一個矩形線框abcd,磁鐵和線框都可以繞豎直軸OO′自由轉(zhuǎn)動。若使蹄形磁鐵以某角速度轉(zhuǎn)動時,線框的狀況將是 ()A.靜止B.隨磁鐵同方向轉(zhuǎn)動C.沿與磁鐵相反方向轉(zhuǎn)動D.要由磁鐵詳細(xì)轉(zhuǎn)動方始終確定【解析】選B。當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動時,線框中的磁通量減小,依據(jù)楞次定律可得,感應(yīng)電流的磁場要“阻礙”這種變更,則線框隨磁鐵同方向轉(zhuǎn)動,B正確。故選B。2.(多選)如圖所示,四根長度、內(nèi)徑均相同的空心圓管豎直放置,把一枚磁性很強(qiáng)的直徑略小于管的內(nèi)徑的小圓柱形永磁體,分別從四根圓管上端靜止釋放,空氣阻力不計(jì)。下列說法正確的是 ()A.永磁體在四根圓管中下落時間相同B.永磁體在甲管中下落時間最長C.永磁體在乙、丙、丁三管中下落時間相同D.永磁體在丙管中下落時間最短【解析】選B、C。當(dāng)永磁體下落時,對甲銅管而言相當(dāng)于若干導(dǎo)線切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,由于磁場與電流的相互作用,使得永磁體下落“變慢”(阻礙磁通量變更),對乙銅管,由于有縫,相當(dāng)于導(dǎo)線不閉合,只能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,而無感應(yīng)電流產(chǎn)生,因此永磁體仍舊做自由落體運(yùn)動,對丙、丁塑料管而言不是導(dǎo)體,既無感應(yīng)電動勢,又無感應(yīng)電流產(chǎn)生,因此永磁體同樣做自由落體運(yùn)動,故A、D錯誤,B、C正確。【加固訓(xùn)練】空間有豎直邊界為AB、CD且垂直紙面對里的有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域。一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)線掛于O點(diǎn),將圓環(huán)拉至如圖所示位置靜止釋放,圓環(huán)在搖擺過程中環(huán)面始終與磁場垂直,若不計(jì)空氣阻力,則下列說法中正確的是 ()A.圓環(huán)完全進(jìn)入磁場后離最低點(diǎn)越近,感應(yīng)電流越大B.圓環(huán)在進(jìn)入和穿出磁場時,圓環(huán)中均有感應(yīng)電流C.圓環(huán)向左穿過磁場后再返回,還能擺到原來的釋放位置D.圓環(huán)最終將靜止在最低點(diǎn)【解析】選B。整個圓環(huán)進(jìn)入磁場后,磁通量不發(fā)生變更,不產(chǎn)生感應(yīng)電流,故A錯誤;只有當(dāng)圓環(huán)進(jìn)入或離開磁場區(qū)域時磁通量發(fā)生變更,會產(chǎn)生電流,故B正確;當(dāng)圓環(huán)向左穿過磁場區(qū)域時磁通量發(fā)生變更,會產(chǎn)生電流,機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化,所以機(jī)械能不守恒,當(dāng)再返回,不能擺到原來的釋放位置,故C錯誤;在圓環(huán)不斷經(jīng)過磁場,機(jī)械能不斷損耗過程中圓環(huán)越擺越低,最終整個圓環(huán)只會在磁場區(qū)域來回?fù)u擺,因?yàn)樵诖藚^(qū)域內(nèi)沒有磁通量的變更(始終是最大值),所以機(jī)械能守恒,即圓環(huán)最終的運(yùn)動狀態(tài)為在磁場區(qū)域來回?fù)u擺,而不是靜止在平衡位置,故D錯誤。3.某愛好小組制作了一個簡易的“轉(zhuǎn)動裝置”,如圖甲所示,在干電池的負(fù)極吸上兩塊圓柱形強(qiáng)磁鐵,然后將一金屬導(dǎo)線折成頂端有一支點(diǎn)、底端開口的導(dǎo)線框,并使導(dǎo)線框的支點(diǎn)與電源正極、底端與磁鐵均良好接觸但不固定,圖乙是該裝置的示意圖。若線框逆時針轉(zhuǎn)動(俯視),下列說法正確的是 ()A.線框轉(zhuǎn)動是因?yàn)榘l(fā)生了電磁感應(yīng)B.磁鐵導(dǎo)電且與電池負(fù)極接觸的一端是S極C.若將磁鐵的兩極對調(diào),則線框轉(zhuǎn)動方向不變D.線框轉(zhuǎn)動穩(wěn)定時的電流比起先轉(zhuǎn)動時的大【解析】選B。對線框的下端平臺側(cè)面分析,若扁圓柱形磁鐵上端為S極,下端為N極,四周磁感線由上往下斜穿入線框內(nèi)部,在垂直于紙面對外的徑向上,磁感線有垂直于紙面對里的重量,在此徑向上的負(fù)電荷由下往上運(yùn)動,由左手定則知:此負(fù)電荷受到垂直于徑向沿紙面對右的洛倫茲力,即在徑向的左垂線方向;同理,其他任一徑向上的電荷均受到左垂線方向的洛倫茲力(中心原點(diǎn)除外),所以,由上往下看(俯視),線框沿逆時針轉(zhuǎn)動,若扁圓柱形磁鐵上端為N極,下端為S極,則轉(zhuǎn)動方向相反,所以該裝置的原理是電流在磁場中的受力,不是電磁感應(yīng),故A、C錯誤,B正確;穩(wěn)定時,因?qū)Ь€切割磁感線,則線框中電流比剛起先轉(zhuǎn)動時的小,故D錯誤。【拓展例題】考查內(nèi)容:渦流現(xiàn)象在日常生活中的應(yīng)用【典例】如圖為電磁灶,是采納磁場感應(yīng)渦流原理,它利用高頻的溝通電通過環(huán)形線圈,從而產(chǎn)生多數(shù)封閉磁感線,當(dāng)磁感線通過導(dǎo)磁(如:鐵質(zhì)鍋)的底部,而底部可看作由多數(shù)個導(dǎo)體圓環(huán)構(gòu)成,當(dāng)穿過圓環(huán)的磁通量發(fā)生變更時,圓環(huán)上就產(chǎn)生感應(yīng)電流,即小渦流(一種交變電流,家用電磁爐運(yùn)用的是15～30kHz的高頻電流)。它和一般電流一樣要放出焦耳熱,會使鍋體本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱鍋內(nèi)食物。(1)為什么鍋體必需是導(dǎo)磁性材料?(2)如圖所示為電磁灶的結(jié)構(gòu)示意圖。電磁灶是依據(jù)渦流原理給鍋加熱的,調(diào)查探討電磁灶與一般烹飪灶具比較具有哪些優(yōu)點(diǎn)?(寫出兩條即可)【解析】(1)由于非導(dǎo)磁性材料不能有效匯聚磁感線,幾乎不能形成渦流,所以基本上不加熱;另外,導(dǎo)電實(shí)力特殊差的磁性材料由于其電阻率太高,產(chǎn)生的渦流電流也很小,也不能很好地產(chǎn)生熱量。所以,電磁灶運(yùn)用的鍋體材料導(dǎo)電性能相對較好,一般采納鐵磁性材料的金屬或者合金以及它們的復(fù)合體,一般采納的鍋有:鑄造鐵鍋、生鐵鍋、不銹鐵鍋。純不銹鐵鍋材料由于其導(dǎo)磁性能特別低,所以在電磁灶上并不能正常工作。(2)①熱效率高。由于電磁灶是通過渦流而使磁性鍋體發(fā)熱的,它不存在熱量再傳導(dǎo)或輻射的過程,也就削減了傳導(dǎo)和輻射過程中的熱量損耗,熱效率較高。一般電爐的熱效率為50%,煤氣灶的熱效率為40%,而電磁灶的熱效率可達(dá)80%。②控溫精確。電磁灶能便利而精確地依據(jù)用戶的要求限制發(fā)熱功率及烹調(diào)溫度,熱慣性小,斷電即斷磁,也就不再發(fā)熱,而且使鍋內(nèi)溫度分布勻稱,烹調(diào)效果好。③平安牢靠。由于電磁灶運(yùn)用時不產(chǎn)生明火,再加上灶臺本身不發(fā)熱,并且又附有多種自動愛護(hù)功能,因此運(yùn)用時,不會發(fā)生燙傷事故,也不會引起火災(zāi)、爆炸、中毒等事故。④清潔衛(wèi)生。由于電磁灶無明火,無煙,不會產(chǎn)生有害氣體污染空氣,還能保持鍋體和灶臺清潔,由于灶臺面板為結(jié)晶陶瓷玻璃制成,即使食物溢出也不會焦糊,如有污物很簡潔擦凈。⑤運(yùn)用便利。電磁灶體積小,重量輕,操作簡潔,一目了然,可隨意搬動,便于攜帶,可以作為外出旅游之用,也可以放在餐桌上運(yùn)用。答案:見解析情境·模型·素養(yǎng)電磁緩速器是應(yīng)用于車輛上以提高運(yùn)行平安性的協(xié)助制動裝置,其工作原理是利用電磁阻尼作用減緩車輛的速度。電磁阻尼作用可以借助如下模型探討:如圖所示,將形態(tài)相同的兩根平行且足夠長的鋁條固定在光滑斜面上,斜面與水平方向夾角為θ。一質(zhì)量為m的條形磁鐵滑入兩鋁條間,恰好勻速穿過,穿過時磁鐵兩端面與兩鋁條的間距始終保持恒定,其引起電磁感應(yīng)的效果與磁鐵不動、鋁條相對磁鐵運(yùn)動相同。磁鐵端面是邊長為d的正方形,由于磁鐵距離鋁條很近,磁鐵端面正對兩鋁條區(qū)域的磁場均可視為勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,鋁條的高度大于d,電阻率為ρ。為探討問題便利,鋁條中只考慮與磁鐵正對部分的電阻和磁場,其他部分電阻和磁場可忽視不計(jì),假設(shè)磁鐵進(jìn)入鋁條間以后,削減的機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化為鋁條的內(nèi)能,重力加速度為g。探究:(1)求鋁條中與磁鐵正對部分的電流I;(2)若兩鋁條的寬度均為b,推導(dǎo)磁鐵勻速穿過鋁條間時速度v的表達(dá)式;(3)在其他條件不變的狀況下,僅將兩鋁條更換為寬度b′>b的鋁條,磁鐵仍以速度v進(jìn)入鋁條間,試簡要分析說明磁鐵在鋁條間運(yùn)動時的加速度和速度如何變更?！窘馕觥?1)磁鐵在鋁條間運(yùn)動時,兩根鋁條受到的安培力大小相等均為F安,有F安=IdB ①磁鐵受到沿斜面對上的作用力為F,其大小有F=2F安 ②磁鐵勻速運(yùn)動時受力平衡,則有F-mgsinθ=0 ③聯(lián)立①②③式可得I= ④(2)磁鐵穿過鋁條時,在鋁條中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E,有E=Bdv ⑤鋁條與磁鐵正對部分的電阻為R,由電阻定律有R=ρ ⑥由歐姆定律有I= ⑦聯(lián)立④⑤⑥⑦式可得v= ⑧(3)磁鐵以速度v進(jìn)入鋁條間,恰好做勻速運(yùn)動時,磁鐵受到沿斜面對上的作用力F,聯(lián)立①②⑤⑥⑦式可得F= ⑨當(dāng)鋁條的寬度b′>b時,磁鐵以速度v進(jìn)入鋁條間時,磁鐵受到的作用力變?yōu)镕′,有F′= ⑩可見,F′>F=mgsinθ,磁鐵所受到的合力方向沿斜面對上,獲得與運(yùn)動方向相反的加速度,磁鐵將減速下滑,此時加速度最大。之后,隨著運(yùn)動速度減小,F′也隨著減小,磁鐵所受的合力也減小,由于磁鐵加速度與所受到的合力成正比,磁鐵的加速度漸漸減小。綜上所述,磁鐵做加速度漸漸減小的減速運(yùn)動,直到F′=mgsinθ時,磁鐵重新達(dá)到平衡狀態(tài),將再次以較小的速度勻速下滑。答案:(1)(2)v=(3)見解析如圖所示是高頻焊接原理示意圖,線圈中通以高頻溝通電時,待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,由于焊接縫處的接觸電阻很大,放出的焦耳熱很多,致使溫度升得很高,將金屬熔化,焊接在一起,我國生產(chǎn)的自行車車架就是用這種方法焊接的。探究:為什么交變電流的頻率越高,焊接縫處放出的熱量越大?【解析】交變電流的頻率越高,它產(chǎn)生的磁場的變更就越快,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,在待焊接工件中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大,感應(yīng)電流就越大,而放出的電熱與電流的平方成正比,所以交變電流的頻率越高焊接處放出的熱量越多。答案:見解析課堂檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.物理學(xué)的基本原理在生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用。下面列舉的四種器件中,利用電磁感應(yīng)原理工作的是 ()【解析】選B。可變電容器是變更極板間的正對面積進(jìn)而變更電容的,故A錯誤;電磁爐是利用鍋底在磁場中產(chǎn)生渦流而產(chǎn)生熱量,應(yīng)用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故B正確;質(zhì)譜儀是利用了帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)而工作的,故C錯誤;示波管是帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn),故D錯誤。故選B?！炯庸逃?xùn)練】電磁爐是利用渦流加熱的,它利用交變電流通過線圈產(chǎn)生變更的磁場,當(dāng)磁場內(nèi)的磁感線通過鍋底時,即會產(chǎn)生多數(shù)小渦流,使鍋體本身高速發(fā)熱,從而達(dá)到烹飪食物的目的。因此,下列的鍋類或容器中,適用于電磁爐的是 ()A.煮中藥的瓦罐 B.不銹鋼鍋C.玻璃茶杯 D.塑料盆【解析】選B。煮中藥的瓦罐、玻璃茶杯、塑料盆都不是鐵質(zhì)鍋,不能被磁化,因而不能形成渦流(即電流),故不能用來加熱食物,故A、C、D錯誤,B正確。2.甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定的軸OO′無摩擦旋轉(zhuǎn),若分別加上如圖甲、乙所示的勻強(qiáng)磁場,當(dāng)同時給甲、乙相同的初速度旋轉(zhuǎn)時 ()A.甲環(huán)先停B.乙環(huán)先停C.兩環(huán)同時停下D.無法推斷兩環(huán)停止的先后【解析】選B。甲環(huán)旋轉(zhuǎn)時,穿過環(huán)的磁通量不變,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,而乙環(huán)旋轉(zhuǎn)時,穿過環(huán)的磁通量不斷變更,有感應(yīng)電流產(chǎn)生,依據(jù)楞次定律,運(yùn)動導(dǎo)體上的感應(yīng)電流所受的磁場力(安培力)總是抗拒(或阻礙)導(dǎo)體的運(yùn)動,因此乙環(huán)先停下。故A、C、D錯誤,B正確。故選B。3.如圖是機(jī)場的安檢人員用手持金屬探測器檢查乘客的情景,探測線圈內(nèi)通有交變電流,能產(chǎn)生快速變更的磁場,當(dāng)探測線圈靠近金屬物體時,這個磁場能在金屬物體內(nèi)部產(chǎn)生渦電流,渦電流又會產(chǎn)生