PAGEPAGE1渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動渦流[探新知·基礎(chǔ)練]1．渦流定義由于電磁感應(yīng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的感應(yīng)電流。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)：如真空冶煉爐。(2)渦流磁效應(yīng)：如探雷器、安檢門。4．防止電動機(jī)、變壓器等設(shè)備中應(yīng)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個硅鋼鐵芯。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．渦流也是一種感應(yīng)電流。()2．導(dǎo)體中有渦流時，導(dǎo)體本身會產(chǎn)熱。()3．利用渦流制成的探雷器無法探出“石雷”。()答案：1.√2.√3.√[釋疑難·對點(diǎn)練]1．渦流的產(chǎn)生渦流事實上是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)導(dǎo)體處在變更的磁場中，或者導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動時，導(dǎo)體內(nèi)部可以等效成許很多多的閉合電路。當(dāng)穿過這些閉合電路的磁通量變更時，在導(dǎo)體內(nèi)部的這些閉合電路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，即導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了渦流。2．渦流的特點(diǎn)當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流)時，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強(qiáng)，依據(jù)公式P＝I2R知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大。3．渦流的防止電動機(jī)、變壓器的線圈中有變更的電流，因而在鐵芯中產(chǎn)生了渦流，不僅奢侈了能量，還可能損壞電器，因此，要想方法減小渦流。為了達(dá)到減小渦流的目的，采納了電阻率大的硅鋼做鐵芯的材料，并把硅鋼做成彼此絕緣的薄片，這樣，就大大減小了渦流。4．渦流的利用用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈，線圈中通入反復(fù)變更的電流，爐內(nèi)的金屬中就產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬達(dá)到很高的溫度并熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個過程能在真空中進(jìn)行，這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。[試身手]1．下列應(yīng)用與渦流無關(guān)的是()A．高頻感應(yīng)冶煉爐B．汽車的電磁式速度表C．家用電度表D．閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動，切割磁感線產(chǎn)生的電流解析：選D高頻感應(yīng)冶煉爐，爐外線圈通入交變電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流；汽車的電磁式速度表即磁電式電流表，指針搖擺時，鋁框骨架中產(chǎn)生渦流；家用電度表(轉(zhuǎn)盤式)的轉(zhuǎn)盤中有渦流產(chǎn)生；閉合線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，不同于渦流，應(yīng)選D。電磁阻尼和電磁驅(qū)動[探新知·基礎(chǔ)練]1．電磁阻尼(1)概念：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)體運(yùn)動的現(xiàn)象。(2)應(yīng)用：磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針快速停止到某位置，便于讀數(shù)。2．電磁驅(qū)動(1)概念：磁場相對導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體中產(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)動起來的現(xiàn)象。(2)應(yīng)用：溝通感應(yīng)電動機(jī)。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．電磁阻尼和電磁驅(qū)動均遵循楞次定律。()2．電磁阻尼發(fā)生的過程中，存在機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。()3．電磁驅(qū)動時，被驅(qū)動的導(dǎo)體中有感應(yīng)電流。()答案：1.√2.√3.√[釋疑難·對點(diǎn)練]電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點(diǎn)成因由于導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場運(yùn)動引起磁通量的變更而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同，推動導(dǎo)體運(yùn)動能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，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，而對外做功相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運(yùn)動[特殊提示]電磁阻尼與電磁驅(qū)動現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙相對運(yùn)動，應(yīng)留意電磁驅(qū)動中，導(dǎo)體的運(yùn)動速度要小于磁場的運(yùn)動速度。[試身手]2.如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動。從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，則()A．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵大C．線圈轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生感應(yīng)電流D．線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電流的方向始終是abcda解析：選C當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于磁鐵不動而線圈順時針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C對；當(dāng)線圈相對磁鐵轉(zhuǎn)過90°時，其感應(yīng)電流方向不再是abcda，D錯；由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度肯定小于磁鐵轉(zhuǎn)動的角速度。假如兩者的角速度相同，磁感線與線圈處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，線圈不切割磁感線，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故A、B錯。渦流的理解與應(yīng)用[典例1](多選)如圖所示是高頻焊接原理示意圖。線圈中通以高頻變更的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是()A．電流變更的頻率越高，焊縫處的溫度上升的越快B．電流變更的頻率越低，焊縫處的溫度上升的越快C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大[解析]溝通電頻率越高，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流越強(qiáng)，升溫越快，故A項對；工件上各處電流相同，電阻大處產(chǎn)生的熱量多，故D項對。[答案]AD[典例2]光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物線的方程為y＝x2，其下半部處在一個水平方向的勻強(qiáng)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(shè)曲面足夠長，則金屬塊在曲面上滑動的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是()A．mgb B.eq\f(1,2)mv2C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2[思路點(diǎn)撥]求解此題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)金屬塊進(jìn)出磁場時，產(chǎn)生焦耳熱，損失機(jī)械能。(2)金屬塊整體在磁場中運(yùn)動時，金屬塊機(jī)械能不再損失，在磁場中往復(fù)運(yùn)動。[解析]由初狀態(tài)到末狀態(tài)(金屬塊在磁場區(qū)域內(nèi)往復(fù)運(yùn)動)能量守恒。初狀態(tài)機(jī)械能E1＝mgb＋eq\f(1,2)mv2，末狀態(tài)機(jī)械能E2＝mga，焦耳熱Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2，故D正確。[答案]D解決渦流問題要駕馭以下幾個方面的學(xué)問：1．渦流的產(chǎn)生條件及能量轉(zhuǎn)化狀況。2．渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律。3．磁場變更越快eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ΔB,Δt)越大))，導(dǎo)體的橫截面積S越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大。電磁阻尼與電磁驅(qū)動[典例3]如圖所示，條形磁鐵用細(xì)線懸掛在O點(diǎn)。O點(diǎn)正下方固定一個水平放置的鋁線圈。讓磁鐵在豎直面內(nèi)搖擺，下列說法中正確的是()A．磁鐵左右搖擺一次，線圈內(nèi)感應(yīng)電流的方向變更2次B．磁鐵始終受到感應(yīng)電流磁場的斥力作用C．磁鐵所受到的感應(yīng)電流對它的作用力始終是阻力D．磁鐵所受到的感應(yīng)電流對它的作用力有時是阻力有時是動力[思路點(diǎn)撥]鋁線圈在整個過程中都有與磁鐵同步運(yùn)動的趨勢。[解析]磁鐵向下?lián)u擺時，依據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流(從上面看)，并且磁鐵受到感應(yīng)電流對它的作用力為阻力，阻礙它靠近；磁鐵向上搖擺時，依據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流(從上面看)，磁鐵受到感應(yīng)電流對它的作用力仍為阻力，阻礙它遠(yuǎn)離，所以磁鐵在左右搖擺一次過程中，電流方向變更3次，感應(yīng)電流對它的作用力始終是阻力，只有C項正確。[答案]C電磁阻尼與電磁驅(qū)動的聯(lián)系：電磁阻尼與電磁驅(qū)動現(xiàn)象中，安培力的作用效果均為阻礙相對運(yùn)動。從能量轉(zhuǎn)化的狀況看，電磁驅(qū)動過程是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而電磁阻尼過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。[課堂對點(diǎn)鞏固]1．下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是()A．把金屬塊放在勻強(qiáng)磁場中B．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做勻速運(yùn)動C．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做變速運(yùn)動D．把金屬塊放在變更的磁場中解析：選D渦流就是整個金屬塊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變更。而A、B、C中磁通量不變更，所以A、B、C錯誤；把金屬塊放在變更的磁場中時，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變更，有渦流產(chǎn)生，所以D正確。2．(多選)磁電式儀表的線圈通常用鋁框當(dāng)骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是為了()A．防止渦流而設(shè)計的 B．利用渦流而設(shè)計的C．起電磁阻尼的作用 D．起電磁驅(qū)動的作用解析：選BC線圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，鋁框隨之轉(zhuǎn)動，并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成渦流，渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，使線圈偏轉(zhuǎn)后較快停下來。所以，這樣做的目的是利用渦流起電磁阻尼的作用。故B、C正確。3．(2024·浙江象山中學(xué)檢測)將一個閉合金屬環(huán)用絕緣絲線懸于O點(diǎn)，如圖所示，虛線左邊有垂直于紙面對外的勻強(qiáng)磁場，而右邊沒有磁場，不計空氣阻力，將金屬環(huán)拉至圖示位置釋放后()A．金屬環(huán)的搖擺不會停下來，始終做等幅搖擺B．金屬環(huán)的搖擺幅度越來越小，小到某一數(shù)值后做等幅搖擺C．金屬環(huán)的搖擺最終會停下來D．金屬環(huán)搖擺過程中機(jī)械能守恒解析：選C當(dāng)金屬環(huán)進(jìn)入或離開磁場區(qū)域時磁通量發(fā)生變更，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而阻礙線圈運(yùn)動，即有機(jī)械能通過安培力做負(fù)功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則金屬環(huán)的機(jī)械能不守恒，所以金屬環(huán)最終靜止，故A、B、D錯誤，C正確。4.如圖所示，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(zhuǎn)動，當(dāng)磁鐵按圖示方向繞OO′軸轉(zhuǎn)動時，線圈的運(yùn)動狀況是()A．俯視，線圈順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．俯視，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同C．線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速D．線圈靜止不動解析：選C當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動時，由楞次定律知，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量的增加，因而線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)起來，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速。假如轉(zhuǎn)速相等，線圈中的磁通量不再變更，起“驅(qū)動”作用的安培力將消逝。故C正確。eq\a\vs4\al(---------------)[課堂小結(jié)]eq\a\vs4\al(---------------)[課時跟蹤檢測(八)]一、單項選擇題1．下列現(xiàn)象屬于電磁阻尼的是()①磁電式儀表線圈的骨架用鋁框來做②微安表的表頭在運(yùn)輸時要把兩接線柱短接③自制金屬地雷探測器④溝通感應(yīng)電動機(jī)A．①② B．①③C．②③ D．③④解析：選A①鋁是導(dǎo)體，儀表指針偏轉(zhuǎn)時鋁框隨之轉(zhuǎn)動，并切割磁感線產(chǎn)生電流，感應(yīng)電流又會受到安培力，阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，屬于電磁阻尼；②接線柱短接后由于電磁效應(yīng)，動圈阻尼變得極大，運(yùn)輸時線圈不再簡單搖擺，可防止指針打壞，屬于電磁阻尼；③金屬地雷探測器由高頻振蕩器、振蕩檢測器等組成，不屬于電磁阻尼；④溝通感應(yīng)電動機(jī)，線框由于電流受安培力轉(zhuǎn)動，屬于電磁驅(qū)動。綜上，A項正確。2.(2024·浙江金華檢測)如圖所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫上升，則通入的電流與水溫上升的是()A．恒定直流、小鐵鍋 B．恒定直流、玻璃杯C．變更的電流、小鐵鍋 D．變更的電流、玻璃杯解析：選C通入恒定直流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變更的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變更，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫上升；渦流是由變更的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會升溫。C正確。3.如圖所示，一個銅質(zhì)圓環(huán)，無初速度地自位置Ⅰ下落到位置Ⅱ，若圓環(huán)下落時其軸線與磁鐵懸線重合，圓環(huán)面始終水平。位置Ⅰ與位置Ⅱ的高度差為h，則運(yùn)動時間()A．等于eq\r(\f(2h,g)) B．大于eq\r(\f(2h,g))C．小于eq\r(\f(2h,g)) D．無法判定解析：選B由于圓環(huán)下落過程中出現(xiàn)電磁阻尼，阻礙其下落，所以下落時間大于eq\r(\f(2h,g))。B正確。4.如圖所示，金屬球(銅球)下端有通電的線圈，今把小球拉離平衡位置后釋放，此后關(guān)于小球的運(yùn)動狀況是(不計空氣阻力)()A．做等幅振動B．做阻尼振動C．振幅不斷增大D．無法判定解析：選B金屬球在通電線圈產(chǎn)生的磁場中運(yùn)動，金屬球中產(chǎn)生渦流，故金屬球要受到安培力作用，阻礙它與線圈磁場的相對運(yùn)動，做阻尼振動。故B正確。5.如圖所示，一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)線掛于O點(diǎn)，將圓環(huán)拉至某一位置并釋放，圓環(huán)搖擺過程中(環(huán)平面與磁場始終保持垂直)經(jīng)過有界的水平勻強(qiáng)磁場區(qū)域，A、B為該磁場的豎直邊界，若不計空氣阻力，則()A．圓環(huán)向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度B．在進(jìn)入和離開磁場時，圓環(huán)中均有感應(yīng)電流C．圓環(huán)進(jìn)入磁場后，離最低點(diǎn)越近速度越大，感應(yīng)電流也越大D．圓環(huán)最終將靜止在最低點(diǎn)解析：選B在圓環(huán)進(jìn)入和穿出磁場的過程中，圓環(huán)中磁通量發(fā)生變更，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，即圓環(huán)的機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，其機(jī)械能越來越小，上升的高度越來越低，選項A錯誤，B正確；圓環(huán)完全進(jìn)入磁場后，不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項C錯誤；最終圓環(huán)將不能擺出磁場，從今無機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化，其搖擺的幅度不再變更，選項D錯誤。6.如圖所示，上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置。小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部。不計空氣阻力，則小磁塊()A．在P和Q中都做自由落體運(yùn)動B．在兩個下落過程中的機(jī)械能都守恒C．在P中的下落時間比在Q中的長D．落至底部時在P中的速度比在Q中的大解析：選C小磁塊在內(nèi)壁光滑的塑料管Q中，由靜止釋放做自由落體運(yùn)動，機(jī)械能守恒；小磁塊在內(nèi)壁光滑的銅管P中下落時，則會產(chǎn)生電磁阻尼阻礙小磁塊的運(yùn)動，比在Q中下落時間長，C項正確，A項錯誤；在P中下落時由于電磁阻尼產(chǎn)生焦耳熱，機(jī)械能不守恒，B項錯誤；由于在P中下落時機(jī)械能有損失，落至底部時的速度比在Q中的小，D項錯誤。二、多項選擇題7．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．這個安檢門也能檢查出毒品攜帶者B．這個安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者C．假如這個“門框”的線圈中通上恒定電流，也能檢查出金屬物品攜帶者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)解析：選BD這個安檢門是利用渦流工作的，因而只能檢查出金屬物品攜帶者，A錯，B對；若“門框”的線圈中通上恒定電流，只能產(chǎn)生恒定磁場，它不能使金屬物品產(chǎn)生渦流，因而不能檢查出金屬物品攜帶者，C錯；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)，D對。8.位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v水平穿過，如圖所示，在此過程中()A．磁鐵做勻速直線運(yùn)動B．磁鐵做減速