47涡流、电磁阻尼和电磁驱动—陕西省蓝田县前卫中学人教版高中物理选修3-2学案

第四章第7节一、选择题1．以下关于涡流的说法中，正确的是( )A．涡流跟平时常见感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变而产生的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．涡流有热效应，但没有磁效应D．在硅钢中不能产生涡流答案 A解析根据涡流的产生原因(变的磁场中的金属块、电流变的线圈附近的导体中都产生涡流)知，涡流就是平时常见的感应电流，是因为穿过导体的磁通量发生变而产生的，符合感应电流产生的原因，所以A正确，B错误；涡流和其他电流一样，也有热效应和磁效应，错误；硅钢的电阻率大，产生的感应电流——涡流较小，不是不能产生涡流，D错误。

2．(多选)如图所示，闭合金属环从曲面上高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则( )A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于答案BD解析若是匀强磁场，金属环中无涡流产生，无机械能损失，若是非匀强磁场，金属环中有涡流产生，机械能损失转为内能。

3．[2015·临沂高二检测]如图所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它一个初速度，让其向磁铁滚去，观察小球的运动情况( )A．都做匀速运动B．铁球、铝球都做减速运动．铁球做加速运动，铝球做减速运动D．铝球、木球做匀速运动答案解析解答本题应注意以下两点：(1)磁铁能够吸引具有磁性的铁、钴、镍金属；(2)当穿过金属块的磁通量变时，金属块中有涡流产生。

铁球靠近磁铁时被磁，与磁铁之间产生相互吸引的作用力，故铁球将加速运动；铝球向磁铁靠近时，穿过它的磁通量发生变，因此在其内部产生涡流，涡流产生的感应磁场对原磁场的变起阻碍作用，所以铝球向磁铁运动时会受阻碍而减速；木球为非金属，既不能被磁，也不产生涡流现象，所以磁铁对木球不产生力的作用，木球将做匀速运动。

涡流、电磁阻尼和电磁驱动问题探究“金属探测器”趣谈谈起金属探测器，人们就会联想到探雷器，工兵用它来探测掩埋的地雷.金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器，除了用于探测有金属外壳或金属部件的地雷之外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆，甚至能够地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体.世界十大宝藏中的第三大宝藏（“阿托卡夫人”号沉船）和第九大宝藏（霍克森钱币）都是利用金属探测器发现的.近年来，为了加强安全措施，各国的安检已不限于机场，凡是重要场所和重要活动，都要对人员进行检查.甚至某些新电影的首映式，为了防止盗版，所有到场的影迷及嘉宾都要接受金属探测器的测试.如今任何工作都能用上高科技，废品回收也不例外.据报道，在湖南和江苏有捡拾废钢铁的青年，拿着金属探测器，在干涸的河床内和地面上探测金属，然后将挖出来的金属卖给废品站，收获颇丰.更有意思的是，由于实行新的月饼生产标准，有的月饼生产厂甚至将有探雷器之称的金属探测器也用到了月饼的生产中，用来防止细小的金属颗粒混入月饼馅中.据了解，这种金属探测器可以探测到最小0.5 cm的金属颗粒.近来，英国的科学家发明了一种金属探测器，也许可以给父母和医生们帮上不少忙.据路透社报道，这种探测器是把军事上的地雷探测技术转化到民用医疗设施上而制成的，它能帮助医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物.金属探测器为什么能探测金属呢？解答提示：交变电流通过金属探测器的线圈时，会产生变化的磁场.如果探测器周围有金属，金属内便产生涡流，涡流本身又会产生磁场反过来影响原有的磁场，这样就会引发探测器发出鸣叫声.自学导引1.涡流：把整块金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内将产生___________，这种电流在金属块内自成的闭合回路，很像水的漩涡，因此叫做涡流.答案：感应电流2.电磁阻尼：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_________________________________，这种现象叫电磁阻尼.答案：阻碍导体的运动3.电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到___________的作用，安培力使________________________，这种作用常常称为电磁驱动.答案：安培力导体运动起来疑难剖析1.涡流的应用与防止【例1】磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是（）A.防止涡流而设计的B.利用涡流而设计的C.起电磁阻尼的作用D.起电磁驱动的作用思路分析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流.涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来.所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用.正确选项是BC.答案：BC温馨提示：线圈通电后的转动不是电磁驱动，要弄清概念，电磁驱动是一种电磁感应现象.【例2】变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为（）A.增大涡流，提高变压器的效率B.减小涡流，提高变压器的效率C.增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量D.增大铁芯中的电阻，以减少发热量思路分析：不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是防止涡流而采取的措施.本题正确选项是BD.答案：BD温馨提示：任何事物都具有两面性.对人类有益的一面要尽量去开发利用，对人类有害的一面要尽可能防止.2.电磁阻尼总是阻碍导体的运动【例3】弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁.将磁铁托到某一高度后放开，磁铁能振动较长一段时间才停下来.如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它（如图所示），磁铁就会很快停下来.解释这个现象，并说明此现象中的能量转化情况.思路分析：当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来.3.正确理解电磁驱动及与电磁阻尼的区别：【例4】下列现象属电磁阻尼的是（）属电磁驱动的是（）A.磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做B.微安表的表头在运输时要把两接线框短接C.自制金属地雷探测器D.交流感应电动机E.当图中B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动思路分析：电磁阻尼是指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；而电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动.答案：AB DE拓展迁移【拓展点1】如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺旋管A.在弧形轨道上高为h的地方，无初速释放一磁铁B（可视为质点），B下滑至水平轨道时恰好沿螺旋管A的中心轴运动.设A、B的质量分别为M、m，求：（1）螺旋管A 获得的最大速度；（2）全过程中整个电路所消耗的电能.提示：（1）设小磁铁B 由h 高处下滑到水平轨道上时速度为v 0，由机械能守恒定律得：mgh=21mv 02 磁铁B 与螺线管A 速度相等时，螺线管A 的速度最大，即为v max ，由动量守恒定律得：mv 0=(M+m)v max所以有：v max =m M mv +0=mM gh m +2. （2）整个电路所消耗的电能 E=mgh-21 (M+m)v max2 =mM Mmgh +. 【拓展点2】 如图所示，在光滑的水平面上有一半径r=10 cm 、电阻R=1 Ω、质量m=1 kg 的金属环，以速度v=10 m/s 向一有界磁场滑去.匀强磁场方向垂直于纸面向里，B=0.5 T.从环刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时，圆环释放了3.2 J 的热量.求：（1）此时圆环中电流的瞬时功率；（2）此时圆环运动的加速度.提示：（1）由能量守恒mv 2/2=Q+mv ′2/2,而P=E 2/R=（B ·2r ·v ′）2/R ，二式联立可得P=0.36 W;(2)a=BIL/m=B 2(2r)2v ′/mR=6×10-4 m/s 2,向左.。

4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动自主学习一、涡流1．定义：当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流，所以把这种感应电流叫做涡流．2．决定因素：磁场变化越快(ΔB Δt越大)，导体的横截面积S 越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大．3．应用：真空冶炼、探测地雷、机场安检等．4．防止：电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导致浪费能量，损坏电器．可增大铁芯材料的电阻率、用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯．二、电磁阻尼和电磁驱动1．电磁阻尼(1)定义：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的运动，这种现象称为电磁阻尼．(2)应用：电磁阻尼中需要克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能．所以磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数．2．电磁驱动(1)定义：如果磁场相对于导体转动，在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，这种作用常称为电磁驱动．注意：电磁驱动中导体的运动速度要小于磁场的运动速度．(2)应用：电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同，安培力做功，推动导体运动，电能转化为机械能．所以利用电磁驱动发明了交流感应电动机．3．电磁阻尼与电磁驱动的联系：电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动．自主检测1．下列应用与涡流有关的是( )A ．高频感应冶炼炉B ．探雷器和安检门C ．收音机里的“磁性天线”D ．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流2．关于涡流的应用与危害，下列说法正确的是( )A．利用涡流的热效应制成了真空冶炼炉B．利用涡流的磁效应制成了地雷探测器和机场的安检门C．在各种电机中，涡流是非常有害的，它会使铁芯的温度升高，从而危害到线圈绝缘材料的寿命，严重时会使绝缘材料报废，又涡流是因发生电磁感应现象而产生的感应电流，因此不会消耗额外的能量，不会降低电机的效率D．由于涡流具有热效应，会使铁芯的温度快速升高，因此电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成的，其主要目的是增大散热的速度3．如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。

4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动[目标]1、了解涡流是怎样产生的。

2、了解涡流现象的利用与危害。

3、了解电磁阻尼和电磁驱动。

[重、难点]重点：涡流的概念及应用难点：电磁阻尼和电磁驱动的实例分析[教学流程]一、引入新课1、感生电场及感生电流是如何产生的？学生:变化的磁场能在其周围产生电场，这就是感生电场。

在感生电场中放入闭合电路，就能产生感生电流。

二、涡流1、如果在感生电场中放入的不是一个闭合电路，而是一块金属板会怎么样呢？（1）涡流概念：（2）涡流产生原因：（3）涡流的利用(1)热效应的利用，如：(2)磁效应的利用，如：(4)涡流的防止：电动机和变压器中为减小涡流常采用哪两种途径？三、电磁阻尼与电磁驱动1、猜想转动蹄形磁铁后的现象并分析原因。

完成下列问题。

1．电磁阻尼概念：2．电磁阻尼的应用：3．电磁驱动概念：4电磁阻尼电磁驱动不同点成因由于______在_________中运动而产生感应电流由于______运动引起磁通量的变化而产生感应电流效果安培力的方向与导体运动方向_______，______（此空填“推动”或“阻碍”）物体的运动。

导体受安培力的方向与运动方向________，______（此空填“推动”或“阻碍”）物体的运动。

能量转化导体克服安培力做功，______转化为______________，最终转化为_________________。

由于电磁感应，_____能转化_________能，通过安培力做功，___ __能转化为导体的______，而对外做功。

相同点两者都是_______________现象[1、用丝线悬挂闭合金属环，悬于O点，虚线左边有匀强磁场，右边没有磁场。

金属环的摆动会很快停下来。

试解释这一现象。

若整个空间都有向外的匀强磁场，会有这种现象吗？2、如图所示是电表中的指针和电磁阻器，下列说法中正确的是()A．2是磁铁，在1中产生涡流B．1是磁铁，在2中产生涡流C．该装置的作用是使指针能够转动D．该装置的作用是使指针能很快地稳定3、如图所示，挂在弹簧下端的条形磁铁在闭合线圈内上下振动，如果空气阻力不计，则：（）A．磁铁的振幅不变B．磁铁做阻尼振动C．线圈中产生方向不变的电流D．线圈中产生方向变化的电流4、如图所示，一块长方形光滑铝板放在水平桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则：()A．铝环的滚动速度将越来越小B．铝环将保持匀速滚动C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变5、如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球()A．整个过程匀速B．进入磁场过程中球做减速，穿出过程球做加速C．整个过程都做匀减速运动D．穿出时的速度一定小于初速度6、如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO′轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触．当磁铁绕轴转动时，铜盘将()A．以相同的转速与磁铁同向转动B．以较小的转速与磁铁同向转动C．以相同的转速与磁铁反向转动D．静止不动[答案]1、在闭合金属环进入和离开磁场区域的过程中发生电磁感应现象，依据楞次定律“阻碍”作用，线圈会很快停下来。

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第四章电磁感应第七节涡流电磁阻尼和电磁驱动【学习目标】1．知道涡流是如何产生的；2．知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止；3．知道电磁阻尼和电磁驱动。

【重点、难点】重点：1．涡流的概念及其应用。

2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。

难点:电磁阻尼和电磁驱动的实例分析【预习案】【自主学习】1．涡流概念:2．涡流的防止和利用（１）用来冶炼合金钢的真空___________,炉外有___________，线圈中通入___________电流，炉内的金属中产生___________。

涡流产生的___________使金属熔化并达到很高的温度。

（2）利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在___________中进行，这样就能防止___________进入金属,可以冶炼高质量的___________.(3）探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈从地面扫过，线圈中________的电流．如果地下埋着___________，金属中会感应出___________，涡流的___________又会反过来影响线圈中的___________，使仪器报警．3．电磁阻尼: .4．电磁驱动：。

【学始于疑】【探究案】【合作探究一】1、仔细观察电动机、变压器铁芯有什么特点？2、为什么要这样做呢?用一个整块的金属做铁心不是更省事儿?【合作探究二】1．涡流［实验1]演示涡流生热实验。