资源简介

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
【学习目标】
1. 了解感生电动势和动生电动势的概念
2．了解感生电动势和动生电动势产生的原因
3．能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算
【开启新探索】
在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗
【质疑提升1】电磁感应现象中的感生电场
1. 如图所示，一竖直向上的磁场通过水平放置的导线框，当磁场的磁感应强度逐渐增大时，试判定导线框中的电流方向？
2. 为什么会在磁通量变化的闭合电路中产生感应电流呢？是谁提供了电荷定向移动的非静电力？如何判定非静电力方向？
3. 如图所示，甲为电子感应加速器的侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动（俯视）。若要使电子加速，电磁铁线圈中的电流应如何变化？
4．感生电动势与动生电动势的比较
对比项 感生电动势 动生电动势
产生原因
非静电力的来源
大小决定因素
方向判定方法
【学以致用1】
（一）感生电动势的理解应用
1．在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是(　C　)
2．在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是（ ）
① 沿AB方向磁场在迅速减弱 ② 沿AB方向磁场在迅速增强
③ 沿BA方向磁场在迅速减弱 ④ 沿BA方向磁场在迅速增强
A．①③ B. ②④ C.①④ D. ②③
【质疑提升2】
1． 通过阅读，说说什么是涡流？涡流产生的原因是什么？
２. 你知道哪些实例是应用涡流？哪些是防止（减小）涡流？
【学以致用2】
1． 如图所示，一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，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、玻璃杯 D．变化的电流、小铁锅
2． 如图所示为新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是( )
A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D．降低磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果
【质疑提升3】
１.什么是电磁阻尼？电磁阻尼有哪些应用？
【学以致用3】
1． 如图所示，在O点正下方有一个有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点
C．A点低于B点 D．铜环将做等幅摆动
【质疑提升4】
１.什么是电磁驱动？电磁驱动有哪些应用？
【学以致用4】
1.　如图所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是( )
A．先向左，后向右
B．先向左、后向右、再向左
C．一直向右
D．一直向左
【核心素养提升】
1． 如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环放在水平桌面上，环内有一带负电小球，整个装置处在竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将（ ）
A．沿顺时针方向运动
B．沿逆时针方向运动
C．在原位置附近往复运动
D．仍然保持静止状态
2． 电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法中正确的是（　　）
A．电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
B．是线圈发热，把热能传导给锅底来加热食物的
C．电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
D．电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
3． 四川三星堆新发现6个祭祀坑。挖掘之前考古人员用图示金属探测器在地面上进行探测定位，探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场又影响线圈中的电流，使探测器发出警报。则（　　）
A．发射线圈产生的磁场是恒定磁场
B．被测金属物中产生的电流是恒定电流
C．探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱无关
D．探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报
4． 如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　　)
A．增加线圈的匝数
B．减小交流电源的频率
C．将金属杯换为瓷杯
D．取走线圈中的铁芯
5．为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼"来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案，甲方案∶在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于零刻度中间；乙方案∶在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于零刻度中间。下列说法正确的是（　　）
A．甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流
B．甲方案中，铝板摆动时都能产生涡流，起电磁阻尼的作用
C．乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流
D．乙方案比甲方案更合理
6．如图所示,在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框abcd。磁铁和线框都可以绕竖直轴 OO′自由转动。若使蹄形磁铁以某角速度转动时，线框的情况将是（ ）
A．静止
　　B．随磁铁同方向转动
　　C．沿与磁铁相反方向转动
　　D．要由磁铁具体转动方向来决定
7. 有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，铜盘就能在较短的时间内停止。分析这个现象产生的原因。
当铜盘在磁极间运动时，由于发生电磁感应现象，在铜盘中产生涡流，使铜盘受到安培力作用，而安培力阻碍导体的运动，所以铜盘很快就停了下来。
8. 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象的产生原因，并说明此现象中能量转化的情况。
当条形磁体的N极靠近线圈时，线圈中向下的磁通量增加，根据楞次定律可得，线圈中感应电流的磁场应该向上，再根据右手螺旋定则，判断出线圈中的感应电流方向为逆时针方向(自上而下看)。感应电流的磁场对条形磁体N极的作用力向上，阻碍条形磁体向下运动。当条形磁体的N极远离线圈时，线圈中向下的磁通量减小，根据楞次定律可得，线圈中感应电流的磁场应该向下，再根据右手螺旋定则，判断出线圈中的感应电流方向为顺时针方向(自上而下看)。感应电流的磁场对条形磁体N极的作用力向下，阻碍条形磁体向上运动。因此，无论条形磁体怎样运动，都将受到线圈中感应电流磁场的阻碍作用，所以条形磁体较快地停了下来，在此过程中，弹簧和磁体的机械能转化为线圈中的电能。
9. 在科技馆中常看到这样的表演：一根长1 m左右的空心铝管竖直放置（图甲），把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。根据一般经验，小圆柱自由下落1 m左右的时间不会超过0.5 s，但把小圆柱从上端放入管中后，过了许久它才从铝管下端落出。小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们相互吸引。是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管（图乙），圆柱在铝管中的下落就变快了。这又是为什么？
在磁性很强的小圆柱下落的过程中，没有缺口的铝管中的磁通量发生变化(小圆柱上方铝管中的磁通量减小，下方的铝管中的磁通量增大)，所以铝管中将产生感应电流，感应电流的磁场对下落的小圆柱产生阻力，小圆柱在铝管中缓慢下落。如果小圆柱在有缺口的铝管中下落，尽管铝管中也会产生感应电流，感应电流的磁场也将对下落的小圆柱产生阻力，但这时的阻力非常小，所以小圆柱在有裂缝的铝管中下落比较快。
10. 人造卫星绕地球运行时，轨道各处的地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有感应电流。分析这一现象中的能量转化情形。它对卫星的运动可能产生怎样的影响？
这些微弱的感应电流，将使卫星受到地磁场的安培力作用。因为克服安培力作用，卫星的一部分机械能转化为电能，运动轨道离地面高度会逐渐降低。
11. 如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。请通过分析形成以下结论：把条形磁铁向水平方向移动时，金属圆环将受到水平方向运动的驱动力，驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同。
当条形磁体向右移动时，金属圆环中的磁通量减小，圆环中将产生感应电流，金属圆环将受到条形磁体向右的作用力。这个力实际上就是条形磁体的磁场对感应电流的安培力，这个安培力将驱使金属圆环向右运动。
B
A2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
【学习目标】
1. 了解感生电动势和动生电动势的概念
2．了解感生电动势和动生电动势产生的原因
3．能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算
【开启新探索】
在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗
【质疑提升1】电磁感应现象中的感生电场
1. 如图所示，一竖直向上的磁场通过水平放置的导线框，当磁场的磁感应强度逐渐增大时，试判定导线框中的电流方向？
2. 为什么会在磁通量变化的闭合电路中产生感应电流呢？是谁提供了电荷定向移动的非静电力？如何判定非静电力方向？
3. 如图所示，甲为电子感应加速器的侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动（俯视）。若要使电子加速，电磁铁线圈中的电流应如何变化？
4．感生电动势与动生电动势的比较
对比项 感生电动势 动生电动势
产生原因
非静电力的来源
大小决定因素
方向判定方法
【学以致用1】
（一）感生电动势的理解应用
1．在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是(　　)
2．在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是（ ）
① 沿AB方向磁场在迅速减弱 ② 沿AB方向磁场在迅速增强
③ 沿BA方向磁场在迅速减弱 ④ 沿BA方向磁场在迅速增强
A．①③ B. ②④ C.①④ D. ②③
【质疑提升2】
1． 通过阅读，说说什么是涡流？涡流产生的原因是什么？
２. 你知道哪些实例是应用涡流？哪些是防止（减小）涡流？
【学以致用2】
1． 如图所示，一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，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、玻璃杯 D．变化的电流、小铁锅
2． 如图所示为新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是( )
A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D．降低磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果
【质疑提升3】
１.什么是电磁阻尼？电磁阻尼有哪些应用？
【学以致用3】
1． 如图所示，在O点正下方有一个有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点
C．A点低于B点 D．铜环将做等幅摆动
【质疑提升4】
１.什么是电磁驱动？电磁驱动有哪些应用？
【学以致用4】
1.　如图所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是( )
A．先向左，后向右
B．先向左、后向右、再向左
C．一直向右
D．一直向左
【核心素养提升】
1． 如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环放在水平桌面上，环内有一带负电小球，整个装置处在竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将（ ）
A．沿顺时针方向运动
B．沿逆时针方向运动
C．在原位置附近往复运动
D．仍然保持静止状态
2． 电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法中正确的是（　　）
A．电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
B．是线圈发热，把热能传导给锅底来加热食物的
C．电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
D．电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
3． 四川三星堆新发现6个祭祀坑。挖掘之前考古人员用图示金属探测器在地面上进行探测定位，探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场又影响线圈中的电流，使探测器发出警报。则（　　）
A．发射线圈产生的磁场是恒定磁场
B．被测金属物中产生的电流是恒定电流
C．探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱无关
D．探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报
4． 如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　　)
A．增加线圈的匝数
B．减小交流电源的频率
C．将金属杯换为瓷杯
D．取走线圈中的铁芯
5．为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼"来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案，甲方案∶在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于零刻度中间；乙方案∶在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于零刻度中间。下列说法正确的是（　　）
A．甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流
B．甲方案中，铝板摆动时都能产生涡流，起电磁阻尼的作用
C．乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流
D．乙方案比甲方案更合理
6．如图所示,在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框abcd。磁铁和线框都可以绕竖直轴 OO′自由转动。若使蹄形磁铁以某角速度转动时，线框的情况将是（ ）
A．静止
　　B．随磁铁同方向转动
　　C．沿与磁铁相反方向转动
　　D．要由磁铁具体转动方向来决定
7. 有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，铜盘就能在较短的时间内停止。分析这个现象产生的原因。
8. 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象的产生原因，并说明此现象中能量转化的情况。
9. 在科技馆中常看到这样的表演：一根长1 m左右的空心铝管竖直放置（图甲），把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。根据一般经验，小圆柱自由下落1 m左右的时间不会超过0.5 s，但把小圆柱从上端放入管中后，过了许久它才从铝管下端落出。小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们相互吸引。是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管（图乙），圆柱在铝管中的下落就变快了。这又是为什么？
10. 人造卫星绕地球运行时，轨道各处的地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有感应电流。分析这一现象中的能量转化情形。它对卫星的运动可能产生怎样的影响？
11. 如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。请通过分析形成以下结论：把条形磁铁向水平方向移动时，金属圆环将受到水平方向运动的驱动力，驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同。
B
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