7渦流、電磁阻尼和電磁驅動知識內容渦流、電磁阻尼和電磁驅動考試要求必考加試b課時要求1.了解渦流的產生原因，知道渦流的本質是感應電流．2．了解電磁阻尼和電磁驅動現象．3．了解渦流的應用和減小渦流危害的方法.一、渦流[導學探究]如圖1所示，線圈中的電流隨時間變化時，導體中有感應電流嗎？如果有，它的形狀像什么？圖1答案有．變化的電流產生變化的磁場，變化的磁場產生感生電場，使導體中的自由電子發生定向移動，產生感應電流，它的形狀像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流．[知識梳理]1．渦流：當線圈中的電流隨時間變化時，線圈附近的任何導體中都會產生感應電流，電流在導體中組成閉合回路，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(eq\f(ΔB,Δt)越大)，導體的橫截面積S越大，導體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大．3．應用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門等．4．防止：為了減小電動機、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．二、電磁阻尼和電磁驅動[導學探究]1．彈簧上端固定，下端懸掛一個磁鐵．將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來．如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它(如圖2所示)，磁鐵就會很快停下來，這屬于什么現象？圖2答案電磁阻尼2．一個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動．當蹄形磁鐵順時針轉動時線圈也順時針轉動；磁鐵逆時針轉動時線圈也逆時針轉動．圖3(1)蹄形磁鐵轉動時，穿過線圈的磁通量是否變化？(2)線圈轉動起來的動力是什么力？線圈的轉動速度與磁鐵的轉動速度有什么關系？答案(1)變化(2)線圈內產生感應電流受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉動起來．線圈的轉速小于磁鐵的轉速．[知識梳理]1．電磁阻尼：當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導體的運動，這種現象稱為電磁阻尼．2．電磁驅動：若磁場相對導體運動，在導體中會產生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅動．3．電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，最終轉化為內能；電磁驅動中通過安培力做功，部分電能轉化為導體的機械能而對外做功．[即學即用]1．判斷下列說法的正誤．(1)導體中有渦流時，導體沒有和其他元件組成閉合回路，故導體不會發熱．(×)(2)電磁阻尼和電磁驅動均遵循楞次定律．(√)(3)電磁阻尼發生的過程，存在機械能向內能的轉化．(√)(4)電磁驅動中有感應電流產生，電磁阻尼中沒有感應電流產生．(×)2．光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖4所示，拋物線的方程為y＝x2，其下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是y＝a的直線(如圖中的虛線所示)．一個質量為m的小金屬塊從拋物線上y＝b(b>a)處以速度v沿拋物線下滑，假設曲面足夠長，重力加速度為g，則金屬塊在曲面上滑動的過程中產生的焦耳熱總量為________．圖4答案mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2一、渦流的理解、利用和防止1．產生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中．(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動．2．產生渦流時的能量轉化(1)金屬塊在變化的磁場中，磁場能轉化為電能，最終轉化為內能．(2)金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉化為電能，最終轉化為內能．例1(多選)高頻焊接原理示意圖如圖5所示，線圈通以高頻變化的電流，金屬工件的焊縫中就產生大量焦耳熱，將焊縫融化焊接，要使焊接處產生的熱量較大，可采用()圖5A．增大高頻變化電流的電壓B．增大高頻變化電流的頻率C．增大焊接縫的接觸電阻D．減小焊接縫的接觸電阻答案BC解析根據法拉第電磁感應定律分析可知，電流變化的頻率越高，磁通量變化頻率越高，產生的感應電動勢越大，感應電流越大，焊縫處的溫度升高的越快，A錯誤，B正確；增大電阻，在相同電流下，焊縫處熱功率大，溫度上升的越高，故C正確，D錯誤．例2(多選)如圖6所示，閉合金屬環從光滑曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側上升，設環的初速度為零，摩擦不計，曲面處在圖中磁場中，則()圖6A．若是勻強磁場，環上升的高度小于hB．若是勻強磁場，環上升的高度等于hC．若是非勻強磁場，環上升的高度等于hD．若是非勻強磁場，環上升的高度小于h答案BD解析若磁場為勻強磁場，穿過環的磁通量不變，不產生感應電流，即無機械能向電能轉化，機械能守恒，故A錯誤，B正確；若磁場為非勻強磁場，環內要產生電能，機械能減少，故C錯誤，D正確．二、電磁阻尼電磁阻尼是一種十分普遍的物理現象，任何在磁場中運動的導體，只要給感應電流提供回路，就會存在電磁阻尼作用．例3(2016·銅鄉一中月考)在水平放置的光滑絕緣導軌上，沿導軌固定一個條形磁鐵，如圖7所示．現有銅、鋁和有機玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們分別從導軌上的A點以某一初速度向磁鐵滑去．各滑塊在向磁鐵運動的過程中()圖7A．都做勻速運動 B．甲、乙做加速運動C．甲、乙做減速運動 D．乙、丙做勻速運動答案C解析甲、乙向磁鐵靠近時要產生渦流，受電磁阻尼作用，做減速運動，丙則不會產生渦流，只能勻速運動．三、電磁驅動例4如圖8所示，在一蹄形磁鐵下面放一個銅盤，銅盤和磁鐵均可以自由繞OO′軸轉動，兩磁極靠近銅盤，但不接觸，當磁鐵繞軸轉動時，銅盤將()圖8A．以相同的轉速與磁鐵同向轉動B．以較小的轉速與磁鐵同向轉動C．以相同的轉速與磁鐵反向轉動D．靜止不動答案B解析因磁鐵的轉動，引起銅盤中磁通量發生變化而產生感應電流，進而受安培力作用而使銅盤發生轉動，由楞次定律可知安培力的作用是阻礙相對運動，所以銅盤與磁鐵同向轉動，又由產生電磁感應的條件可知，線圈中能產生感應電流的條件必須是磁通量發生變化，故要求銅盤轉動方向與磁鐵相同而轉速較小，不能與磁鐵同速轉動，所以正確選項是B.1．(渦流的應用)(2017·紹興高二檢測)電磁爐熱效率高達90%，爐面無明火，無煙無廢氣，電磁“火力”強勁，安全可靠，如圖9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9A．當恒定電流通過線圈時，會產生恒定磁場，恒定磁場越強，電磁爐加熱效果越好B．電磁爐通電線圈加變化的電流后，在鍋底產生渦流，進而發熱工作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加熱原理，其內部通過電子線路板組成部分產生交變磁場，當把金屬鍋具底部放置在爐面時，在鍋具底部金屬部分產生渦流，用來加熱和烹飪食物，從而達到煮食的目的，A錯誤，B正確；電磁爐工作時需要在鍋底產生感應電流，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋不屬于金屬導體，不能產生感應電流，C錯誤；線圈產生的磁場能穿透紙板到達鍋底，在鍋底產生感應電流，利用電流的熱效應起到加熱作用，故D錯誤．2．(對電磁阻尼的考查)(多選)如圖10所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是()圖10A．防止渦流而設計的B．利用渦流而設計的C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅動的作用答案BC解析線圈通電后在安培力作用下轉動，鋁框隨之轉動，在鋁框內產生渦流．渦流將阻礙線圈的轉動，使線圈偏轉后盡快停下來，這樣做是利用渦流來起電磁阻尼的作用，故B、C正確．3．(對電磁驅動的考查)如圖11所示，蹄形磁鐵的兩極之間放置一個線圈abcd，磁鐵和線圈都可以繞OO′軸轉動，當磁鐵按圖示方向繞OO′軸轉動時，線圈的運動情況是()圖11A．俯視，線圈順時針轉動，轉速與磁鐵相同B．俯視，線圈逆時針轉動，轉速與磁鐵相同C．線圈與磁鐵轉動方向相同，但轉速小于磁鐵的轉速D．線圈靜止不動答案C解析當磁鐵轉動時，由楞次定律知，線圈中有感應電流產生，且感應電流的方向必定是使其受到的安培力的方向與磁鐵轉動方向相同，以減小磁通量的增加，因而線圈跟著轉動起來，但轉速小于磁鐵的轉速．考點一渦流的理解、利用和防止1．下列關于渦流的說法中正確的是()A．渦流跟平時常見的感應電流一樣，都是因為穿過導體的磁通量變化而產生的B．渦流不是感應電流，而是一種有別于感應電流的特殊電流C．渦流有熱效應，但沒有磁效應D．在硅鋼中不能產生渦流答案A解析渦流的本質是電磁感應現象中產生的感應電流，只不過是由金屬塊自身構成回路，它既有熱效應，也有磁效應，所以A正確，B、C錯誤；硅鋼中產生的渦流較小，D錯誤．2．(2016·臺州校級期中)變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成，而不采用一整塊硅鋼，這是為了()A．增大渦流，提高變壓器的效率B．減小渦流，降低變壓器的效率C．增大渦流，減小鐵芯的發熱量D．減小渦流，減小鐵芯的發熱量答案D3．(2017·金華期末)如圖1所示，電磁爐是利用電流通過線圈產生磁場，該磁場使鐵質鍋底部產生無數小渦流，使鍋體發熱．則下列相關說法中正確的是()圖1A．鍋體發熱是由于電磁爐本身發熱且傳導給鍋體B．鍋體中的渦流是由恒定的磁場產生的C．恒定磁場的磁感應強度越大，電磁爐的熱功率越大D．只提高磁場變化頻率，可提高電磁爐的熱功率答案D解析鍋體發熱是由于變化的磁場產生渦流，并不是電磁爐本身發熱且傳導給鍋體，故A錯誤；鍋體中的渦流是由變化的磁場產生的，故B、C錯誤；提高磁場變化的頻率，即提高了磁通量的變化率，從而增大渦流，可提高電磁爐的熱功率，故D正確．4．(2016·諸暨市校級期中)高頻感應爐是用來熔化金屬對其進行冶煉的，如圖2所示為冶煉金屬的高頻感應爐的示意圖，爐內放入被冶煉的金屬，線圈通入反復變化的電流，這時被冶煉的金屬就能被熔化，這種冶煉方法速度快，溫度易控制，并能避免有害雜質混入被冶煉金屬中，因此適于冶煉特種金屬．該爐的加熱原理是()圖2A．利用反復變化的電流的交變磁場在爐內金屬中產生的渦流B．利用線圈中電流產生的磁場C．利用線圈中電流產生的焦耳熱D．給線圈通電的同時，給爐內金屬也通了電答案A解析高頻感應爐的原理是電磁感應現象．當線圈中的電流反復變化時，線圈中產生高頻變化的磁場，磁場穿過金屬，在金屬內產生強渦流，從而在金屬中產生大量的熱，并不是單純利用線圈中電流的磁場，也沒有利用線圈中電流產生的焦耳熱，更沒有給爐內金屬通電，故A正確，B、C、D錯誤．5．(多選)(2016·臺州市聯考)渦流檢測是工業上無損檢測的方法之一，如圖3所示，線圈中通以一定頻率的周期性變化的電流，靠近待測工件時，工件內會產生渦流，同時線圈中的電流受渦流影響也會發生變化．下列說法中正確的是()圖3A．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周期性變化的電流頻率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解析根據楞次定律得知：感應電流的磁場總是要阻礙引起感應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周期性變化的電流頻率，故B正確；因為線圈中的電流是周期性變化的，故在工件中引起的電流也是周期性變化的，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；電磁感應不能發生在塑料或橡膠制品中，故D錯誤．考點二電磁阻尼的理解6.彈簧上端固定，下端掛一條形磁鐵，使磁鐵上下振動，磁鐵的振動幅度不變．若在振動過程中把線圈靠近磁鐵，如圖4所示，觀察磁鐵的振幅將會發現()圖4A．S閉合時振幅逐漸減小，S斷開時振幅不變B．S閉合時振幅逐漸增大，S斷開時振幅不變C．S閉合或斷開，振幅變化相同D．S閉合或斷開，振幅都不發生變化答案A解析S斷開時，磁鐵振動穿過線圈的磁通量發生變化，但線圈中無感應電流，振幅不變；S閉合時有感應電流，有電能產生，磁鐵的機械能越來越少，振幅逐漸減小，A正確．7．如圖5所示，使一個銅盤繞其豎直的軸OO′轉動，且假設摩擦等阻力不計，轉動是勻速的．現把一個蹄形磁鐵移近銅盤，則()圖5A．銅盤的轉動將變慢B．銅盤的轉動將變快C．銅盤仍以原來的轉速轉動D．銅盤的轉動速度是否變化，要根據磁鐵上下兩端的極性來決定答案A8．如圖6所示，在光滑絕緣水平面上，有一鋁質金屬球以一定的初速度通過有界勻強磁場，則從球開始進入磁場到完全穿出磁場的過程中(磁場寬度大于金屬球的直徑)，小球()圖6A．整個過程勻速運動B．進入磁場過程中做減速運動，穿出磁場過程中做加速運動C．整個過程都做勻減速運動D．穿出時的速度一定小于初速度答案D9．掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌．為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向對稱地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖7所示．無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒定磁場；出現擾動后，對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是()圖7答案A解析紫銅薄板上下及左右振動，都存在磁通量變化的為選項A所示方案．10．一個半徑為r、質量為m、電阻為R的金屬圓環，用一根長為L的絕緣細繩懸掛于O點，離O點下方eq\f(L,2)處有一寬度為eq\f(L,4)、垂直紙面向里的勻強磁場區域，如圖8所示．現使圓環從與懸點O等高位置A處由靜止釋放(細繩張直，忽略空氣阻力)，擺動過程中金屬圓環所在平面始終垂直磁場，則在達到穩定擺動的整個過程中，金屬圓環產生的熱量是()圖8A．mgL B．mg(eq\f(L,2)＋r)C．mg(eq\f(3,4)L＋r) D．mg(L＋2r)答案C解析圓環在進入磁場和離開磁場時，磁通量發生變化，產生感應電流，機械能減少，最后圓環在磁