高中物理 第四章 第7节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件 新人教版选修3-2

答案：选 C
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考点二
电磁阻尼与电磁驱动的应用
电磁阻尼
电磁驱动
由于导体在磁场中运动 由于磁场运动引起磁通量的变化
成因 而产生感应电流，从而使 而产生感应电流，从而使导体受
导体受到安培力
到安培力
不 同
效果
安培力的方向与导体运 动方向相反，阻碍导体运
导体受安培力的方向与导体运动
点
动
方向相同，推动导体运动
损坏电器。
(1) 途径一：增大铁芯材料的 电阻率 。
(2)途径二：用相互绝缘的 硅钢片 叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯
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家用电磁炉是利用涡流工作的吗？微波炉呢？
解析：家用电磁炉是利用涡流的热效应工作的，而微波炉是利用电 磁波工作的。
2．电磁阻尼 (1)概念：当导体在磁场中运动时， 感应 电流会使导体受到安培力， 安培力的方向总是 阻碍 导体运动的现象。 (2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速 停下来 ，便于读 数。
A．mgb
B.12mv2
C．mg(b－a)
D．mg(b－a)＋12mv2
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解析：金属块进出磁场时，会产生涡流，部分机械能转化成焦耳热， 所能达到的最高位置越来越低，当最高位置 y＝a 时，由于金属块中的磁 通量不再发生变化，金属块中不再产生涡流，机械能也不再损失，金属块 会在磁场中往复运动，此时的机械能 mga，整个过程中减少的机械能为全 部转化为内能，即 Q＝mg(b－a)＋12mv2，所以 D 项正确。
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1
1．涡流
定 义 由于 电磁感应 ，在导体中产生的像水中旋涡样的 感应 电流
特 点 若金属的电阻率小，涡流往往 很强 ，产生的热量很多
应用
(1)涡流热效应的应用：如 真空冶炼炉 。 (2)涡流磁效应的应用：如 探雷器 、 安检门
电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，
防止
A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C．线圈转动时将产生交流电 D．线圈转动时感应电流的方向始终是 abcda
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[思路探究] (1)线圈转动方向及感应电流方向的判定需用楞次定律。 (2)线圈的转速与磁铁的转速的关系。
[解析] 当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切 割磁感线，线圈中产生交流电，故 C 正确，D 错误；由楞次定律的推广含 义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角 速度，如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止，线圈不切 割磁感线，无感应电流产生，A 错误，B 正确。
能量 转化
导体克服安培力做功，其 他形式能转化为电能，最
由于电磁感应，磁场能转化为电 能，通过安培力做功，电能转化
终转化为内能
为导体的机械能，而对外做功
相同点
两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍 引起感应电流的导体与磁场间的相对运动
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[典例 2] [多选]如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴 OO′ 转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则( )
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3．涡流中的能量转化 涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化 为内能。如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终 转化为内能；如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于 克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。
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[典例 1] (广东高考)如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管 P 和塑 料管 Q 竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落 至底部。则小磁块( )
答案：选 D
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3．(全国高考)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的 竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口
平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率( )
A．均匀增大
B．先增大，后减小
C．逐渐增大，趋于不变
D．先增大，再减小，最后不变
答案：选 A
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2．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛
物线的方程为 y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场
中，磁场的上边界是 y＝a 的直线(如图中的虚线所示)。一个
小金属块从抛物线上 y＝b(b>a)处以速度 v 沿抛物线下滑，假
设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )
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3．电磁驱动 (1)概念：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流，感应电 流使导体受到 安培力 的作用， 安培力 使导体 运动起来 。 (2)应用：交流感应电动机。
在电磁阻尼和电磁驱动中，导体受到的安培力作用效果一样吗？ 解析：不一样，在电磁阻尼中，安培力是阻力；而在电磁驱动中， 安培力是动力。
解析：条形磁铁在下落过程中受到向上的排斥力，绝缘铜环内产生感 应电流，导致条形磁铁做加速度逐渐减小的加速运动，故其速率逐渐增大， 最后趋于不变，C 正确，A、B、D 错误。
答案：选 C
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[答案] C
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【总结提能】 (1)涡流是整块导体中发生的电磁感应现象，分析涡流一般运用楞次定 律和法拉第电磁感应定律。 (2)导体内部可以等效为许多闭合电路。 (3)导体内部发热的原理是电流的热效应。
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1.如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别
放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流，一段时间后，
答案：选 BC
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1．下列关于涡流的说法中正确的是( ) A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变 化而产生的 B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流 C．涡流有热效应，但没有磁效应 D．在硅钢中不能产生涡流
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解析：涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，在穿过导体的磁 通量变化时产生的，所以 A 正确，B 错误；涡流不仅有热效应，同其他 电流一样也有磁效应，C 错误；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍 能产生涡流，D 错误。
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2．[多选]位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的 条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在．磁铁做减速运动 D．小车先加速后减速
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解析：磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知螺 线管左端相当于 S 极，与磁铁 S 极相斥，阻碍磁铁的运动。同理，磁铁穿 出时，由楞次定律知螺线管右端为 S 极，与磁铁的 N 极相吸，阻碍磁铁的 运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B 正确；而对于小车上螺线管来说， 在此过程中，螺线管会产生感应电流，从而使螺线管受到的安培力都是水平 向右，这个安培力使小车向右运动起来，且一直做加速运动，C 正确。
[答案] BC
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【总结提能】 (1)电磁阻尼是感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动， 而电磁驱动是感应电流受到的安培力对导体做正功，推动导体运动。 (2)在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向一致，被 动部分的速度(或角速度)较小。 (3)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，在这两种现象中可以运用 楞次定律分析导体的受力情况，运用力学知识和能量守恒定律分析导体的 运动情况和能量转化情况。
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考点一
对涡流的进一步理解
1．涡流的实质 (1)涡流仍然是由电磁感应而产生的，它仍然遵循感应电流的产生 条件，特殊之处在于涡流产生于块状金属中。 (2)严格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流产生，只是 涡流的大小有区别，以致一些微弱的涡流被我们忽视了。
2．可以产生涡流的两种情况 (1)把块状金属放在变化的磁场中。 (2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。
一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是( )
A．恒定直流、小铁锅
B．恒定直流、玻璃杯
C．变化的电流、小铁锅
D．变化的电流、玻璃杯
解析：通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通 入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导 体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是 由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温，C 正确。
A．在 P 和 Q 中都做自由落体运动 B．在两个下落过程中的机械能都守恒 C．在 P 中的下落时间比在 Q 中的长 D．落至底部时在 P 中的速度比在 Q 中的大
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[思路探究] (1)小磁块在铜管和塑料管中受力情况不同。 (2)根据受力情况和运动学公式分析落地速度和下落时间。
[解析] 小磁块从铜管 P 中下落时，P 中的磁通量发生变化，产生感 应电流，给小磁块一个向上的磁场力，阻碍小磁块向下运动，因此小磁块 在 P 中不是做自由落体运动，而塑料管 Q 中不会产生电磁感应现象，因 此 Q 中小磁块做自由落体运动，A 错误；P 中磁场力对小磁块做负功，机 械能不守恒，B 错误；由于在 P 中小磁块下落的加速度小于 g，而 Q 中小 磁块做自由落体运动，因此从静止开始下落相同高度，在 P 中下落的时间 比在 Q 中长，C 正确；根据动能定理可知，落到底部时在 P 中的速度比 在 Q 中的小，D 错误。