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2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动
知识梳理：
一、电磁感应现象中的感生电场
1．感生电场
认为：磁场变化时会在空间激发一种 ，这种电场叫作感生电场。
2．感生电动势
由 产生的电动势叫感生电动势。
3．电子感应加速器
电子感应加速器是利用 使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。
二、涡流
1．定义：涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生 ，电流很像水中的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．
2．应用
(1)涡流热效应的应用：如真空冶炼炉、电磁炉。
(2)涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门。
3．防止
电动机、变压器等设备中为防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施:
(1)途径一：增大铁芯材料的 。
(2)途径二：用相互 的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。
三、电磁阻尼和电磁驱动
1．电磁阻尼
(1)产生：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 导体的运动的现象。
(2)应用：电学仪表中利用 使指针很快地停下来，便于读数。
2．电磁驱动
(1)产生：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生 ，使导体受到 的作用而运动起来。
(2)应用：交流感应电动机。
随堂练习：
【例1】如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环口径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，若运动过程中小球的带电荷量不变，那么(　　)
A．洛伦兹力对小球一直做正功
B．小球受到的洛伦兹力不断增大
C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动
D．小球仍做匀速圆周运动
【例2】(多选)机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品，安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流，关于其工作原理，以下说法正确的是(　　)
A．人身上携带的金属物品会被地磁场磁化，在线圈中产生感应电流
B．这个安检门也能检查出人身上携带的毒品
C．线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流
D．金属物品中感应电流产生的交变磁场会影响线圈中的电流
【例3】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。
【例4】(多选)如图所示，蹄形磁体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(　　)
A．线圈将逆时针转动，转速与磁体相同
B．线圈将逆时针转动，转速比磁体小
C．线圈转动时将产生方向变化的感应电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
课后巩固
1．(多选)如图一金属半圆环置于匀强磁场中，磁场方向垂直于半圆面向外，下列说法正确的是(　　)
A．当磁场突然减弱时，N端电势高于M端
B．当磁场突然减弱时，M端电势高于N端
C．若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，N端电势高于M端
D．若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，M端电势高于N端
2．(多选)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
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。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则(　　)
A．铜盘的转动将变慢
B．铜盘的转动将变快
C．铜盘仍以原来的转速转动
D．铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁上下两端的极性来决定
4．关于涡流，下列说法中错误的是(　　)
A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流
5．(多选)如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑、但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速度释放，穿过A管比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管的描述中可能正确的是(　　)
A．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的
B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的
C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的
D．A管是铝制成的但有平行于轴线的裂缝，B管是用铝制成的
6． 如图所示，忽略空气阻力，一条形磁铁从静止开始向下穿过一个用双线绕成的闭合线圈，条形磁铁在穿过线圈的过程中(　　)
A．做自由落体运动
B．做减速运动
C．做匀速运动
D．做非匀变速运动
7．(多选)位于光滑水平面上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以初速度v水平向右穿过螺线管，如图所示，在此过程中(　　)
A．磁铁受向右的磁场力
B．磁铁受向左的磁场力
C．小车向右做加速运动
D．小车先加速后减速
8．(多选)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．提高交流电源的频率
C．将金属杯换为瓷杯
D．取走线圈中的铁芯
9．(多选) 如图所示，闭合金属环从光滑曲面上h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，曲面处在图中磁场中，则(　　)
A．若是匀强磁场，环上升的高度小于h
B．若是匀强磁场，环上升的高度等于h
C．若是非匀强磁场，环上升的高度等于h
D．若是非匀强磁场，环上升的高度小于h
10．(多选)如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(　　)
A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快
B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快
C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大
★11．扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动答案
知识梳理：
一、1．麦克斯韦 电场 2．感生电场 3．感生电场
二、1．感应电流 3．(1)电阻率 (2)绝缘
三、1．(1)阻碍 (2)电磁阻尼 2．(1)感应电流 安培力
随堂练习
【例1】答案　C
解析　因为玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的感生电场，电场力对带正电的小球做功，由楞次定律可判断感生电场方向为顺时针方向，在电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动，选项C正确，D错误；洛伦兹力方向始终与小球做圆周运动的线速度方向垂直，所以洛伦兹力对小球不做功，选项A错误；小球的速率先减小到零后再增大，开始时B＝0，F＝0，小球速率为零时，＝0，可知小球受到的洛伦兹力不是不断增大的，选项B错误。
【例2】答案　CD
解析　一般金属物品不一定能被磁化，且地磁场很弱，即使金属被磁化磁性也很弱，故A错误；安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是：线圈中交变电流产生交变磁场，使金属物品中产生涡流，故B错误，C正确；涡流产生的磁场又会影响探测器线圈的电流，而线圈中交变电流的变化可以被检测到，故D正确。
【例3】
解析　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靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来。
【例4】答案　BC
解析　由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁体同向转动，但转动的角速度一定小于磁体转动的角速度，如果两者相等，磁感线与线圈相对静止，线圈不会切割磁感线，将无感应电流的产生，则线圈不会转动，故A项错误，B项正确；当磁体逆时针转动时，线圈将与磁体同向转动，但转动的角速度一定小于磁体转动的角速度，等价于线圈不动，磁铁以较小的角速度绕线圈转动，导致线圈abcd中磁通量时而正向穿过增大或减小，时而反向穿过增大或减小，所以感应电流的方向会发生改变，故C项正确，D项错误。
课后巩固
答案 BD
答案 BC
解析　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B、C。
答案　A
4．答案 B
解析 真空冶炼炉是利用涡流产热来熔化金属的，A正确；迅速变化的电流通过电磁灶面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使铁锅底部产生涡流，B错误；根据楞次定律可知，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，C正确；涡流会造成能量的损失，所以变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，为了减小涡流造成的能量损失，D正确。
5．答案 AD
6．答案　A
解析　双线绕成的线圈由于两导线产生的磁通量相互抵消，不会产生感应电流，所以磁铁将做自由落体运动。
7．答案　BC
解析　磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知该电流产生的磁场阻碍磁铁的运动。同理，磁铁穿出时该电流产生的磁场也阻碍磁铁的运动，B项正确；而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，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一直做加速运动，C项对。
8．答案　AB
9．答案　BD
解析　若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错，B正确；若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故D正确。
10．答案　AD
解析　交流电频率越高，则产生的感应电流越大，升温越快，故A项对，B项错；工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，故C项错，D项对。
11．答案 A
解析　感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在A图中，系统振动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，在磁场中的部分有时多有时少，磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的振动；在B、D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无电流产生；在C图中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流，故选项A正确，B、C、D错误。

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