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第五节　涡流现象及其应用
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（分值：100分）
1~7题每题7分，共49分
考点一　涡流现象 涡流的热效应
1.（多选）（2023·肇庆市高二期末）电磁灶是现代家庭中的常用灶具，如图是某型号电磁灶的原理图。下列有关电磁灶的说法正确的是（　　　　）
A.电磁灶在使用时主要利用涡流热效应
B.电磁灶发热原理与电炉相同
C.不锈钢锅、塑料容器均可在电磁灶上使用
D.电磁灶加热食物是电磁感应在生活中的应用
2.（多选）如图是高频焊接原理示意图。当线圈中通有变化的电流时，待焊接的金属工件的焊缝处就会产生大量热量将金属熔化，把工件焊接在一起。下列说法正确的是（　　　　）
A.电源的频率越高，工件中的感应电流越大
B.电源的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电流大
D.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电阻大
考点二　电磁驱动和电磁阻尼
3.（多选）如图所示，是电表中的指针和电磁阻尼器，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稳定下来
4.（2023·东莞市石龙中学高二月考）著名的“圆盘实验”中，将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法不正确的是（　　　　）
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动
5.如图所示，有一铜盘被轻轻拨动后会绕转轴自由转动，如果转动时把蹄形磁体的两极放在铜盘的边缘，但不与铜盘接触。则下列说法正确的是（　　　　）
A.铜盘转得越来越快
B.铜盘中会有涡流产生
C.这是电磁驱动现象
D.上下交换磁极铜盘会转得越来越快
考点三　涡流的磁效应
6.（2024·江门市高二期末）关于下列四幅插图的说法正确的是（　　　　）
A.甲图中当摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快
B.乙图中探测地雷的探测器通过长柄线圈中的电流是变化电流
C.丙图是通过电磁炉生成的电磁波对食物加热
D.丁图中磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁驱动的作用
7.四川三星堆新发现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出能发出警报
8~11题每题9分，共36分
8.（多选）如图所示，纽扣形永磁铁直径略小于铜管、塑料管内径，某同学分别同时将两个纽扣形永磁铁从竖直放置的空心铜管和空心塑料管上端口处由静止释放，忽略空气阻力以及磁铁与管壁的摩擦。下列说法正确的是（　　　　）
A.纽扣形永磁铁在铜管中下落得快
B.纽扣形永磁铁在塑料管中下落得快
C.纽扣形永磁铁在铜管中下落过程中机械能守恒
D.纽扣形永磁铁在塑料管中下落过程中机械能守恒
9.高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N极靠近一块正在沿逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是（　　　　）
A.铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场
B.铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场
C.磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速
D.若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大
10.（多选）（2024·中山市高二期末）我们熟知磁铁不能吸引金银。但最近媒体报导了几起怪事，有人发现从正规渠道购买的金条能被磁铁“吸”得动起来，当强磁铁对着金条前后快速移动时，金条被“吸”得前后摆动，于是就怀疑金条有问题，但通过专业检测这些金条都符合国家标准。检测员再次用强磁铁在金条旁边上下左右、前后缓慢移动时，未发现金条被吸引的现象，只有在前后快速移动磁铁时才发现吸引现象，对此现象下列解释合理的是（　　　　）
A.金条被“吸”是因为受到万有引力的作用
B.前后快速移动磁铁时磁通量变化较快，金条中产生涡流，从而和磁铁发生相互作用，发生摆动
C.前后缓慢移动磁铁时，金条中磁通量不发生变化，所以没有感应电流
D.上下或左右缓慢移动磁铁时，磁通量变化较慢，金条中感应电流很小，和磁铁相互作用很弱，不足以观察到金条摆动
11.（多选）（2023·茂名市高二期末）如图所示为某种售货机硬币识别系统简图。虚线框内存在磁场，从入口A进入的硬币沿斜面滚落，通过磁场区域后，由测速器测出速度大小，若速度在某一合适范围，挡板B自动开启，硬币就会沿斜面进入接收装置；否则挡板C开启，硬币进入另一个通道拒绝接收。下列说法正确的是（　　　　）
A.磁场能使硬币的速度增大得更快
B.由于磁场的作用，硬币的机械能减小
C.硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力
D.如果没有磁场，则测速器示数会更大一些
12.（15分）磁场相对于导体运动，会出现电磁驱动现象。磁悬浮列车是一种高速运载工具，其驱动系统基本原理：在沿轨道安装的固定绕组（线圈）中通以变化的励磁电流，励磁电流在轨道上方产生等效的向前运动的磁场，该磁场可以让固定在车体下部的金属框产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用向前运动。我们给出的简化模型，图甲是磁悬浮列车与轨道示意图。图乙是固定在车底部金属线框与轨道上运动磁场的示意图。在图乙中，水平地面上有两根很长的平行直导轨，导轨间有竖直（垂直纸面）方向等距离间隔的匀强磁场B1和B2二者大小相等、方向相反，车底部平行导轨的金属线框宽度与磁场间隔相等。沿导轨分布的“条带状”磁场的各部分同时以恒定速度v0沿导轨水平向前运动时，金属线框将会受到沿导轨向前的安培力而运动起来。设金属线框垂直导轨的边长L=0.40 m、总电阻R=2.0 Ω，代表车厢的单匝铜制金属线框总质量m=1 kg，磁场B1=B2=B=1.0 T，磁场运动速度v0=5 m/s，线框向前运动时所受阻力f的大小与线框速率成正比，即f=kv，k=0.08。
（1）（5分）设t=0时刻，金属线框的速度为零，试求此时线圈回路的电流大小I0；
（2）（5分）设某时刻，金属线框的速度v1=2 m/s，试求此时金属线框的加速度大小a；
（3）（5分）试求该金属线框所能达到的最大速率v2。
答案精析
1.AD　［电磁灶使用时，线圈将电能转化为电磁能，在锅底产生涡流是将电磁能转化为电能，电能通过涡流做功再转化为内能，电炉利用的是电流的热效应，故B错误，A、D正确；铁质锅、不锈钢锅可在电磁灶上使用，塑料容器不可在电磁灶上使用，故C错误。］
2.AD　［根据法拉第电磁感应定律，电源的频率越高，感应电动势越大，工件中的感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，A正确，B错误；焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处接触面积小，电阻大，C错误，D正确。］
3.AD　［当电表的指针摆动时，金属框1在蹄形磁铁2中同时转动，金属框中的磁通量发生变化，则产生感应电流——即涡流，金属框在磁场中所受的安培力阻碍其相对运动，使指针很快稳定下来，故A、D正确。］
4.D　［圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，选项A正确，不符合题意；圆盘转动过程中会形成涡流，涡流产生的磁场导致磁针转动，选项B正确，不符合题意；圆盘转动过程中，圆盘位置、圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，选项C正确，不符合题意；当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，产生涡流，而磁针对电流有力的作用，根据力的作用是相互的，磁针会受力发生转动，故D错误，符合题意。］
5.B　［由于电磁阻尼作用导致铜盘转得越来越慢，故A、C错误；可以将铜盘分成很多部分，铜盘转动时穿过铜盘的各个部分的磁通量发生变化，故产生涡流，故B正确；上下交换磁极同样会由于电磁阻尼作用导致铜盘转得越来越慢，故D错误。］
6.B　［由电磁驱动原理，题图甲中摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转得慢，即同向异步，故A错误；
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在地面上扫过，线圈中有变化的电流，如果地下埋着金属物品，金属中感应涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警，故B正确；
电磁炉是采用磁场感应涡流加热食物的，故C错误；
磁电式仪表中，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁阻尼的作用，故D错误。］
7.D　［探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中产生感应电流，所以发射线圈产生的磁场是变化的磁场，A错误；感应电流的磁场又影响线圈中的电流，说明感应电流产生的磁场是变化的，在线圈中又产生了感应电流，从而发出警报，B错误；探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱有关，发射线圈中的电流越强，其产生的磁场也越强，其探测的深度就越深，C错误；因为探测器产生的磁场是变化的，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，D正确。］
8.BD　［纽扣形永磁铁在塑料管中下落时只受重力作用，做自由落体运动，在铜管中下落时，使铜管的磁通量发生变化，铜管中产生感应电流，感应电流产生的磁场对磁铁产生磁场力的作用，根据“来拒去留”规律，可知磁铁所受磁场力向上，比自由落体运动慢，所以纽扣形永磁铁在塑料管中下落得快，A错误，B正确；由于纽扣形永磁铁在铜管中下落过程中部分机械能转变为电能，机械能不守恒，而纽扣形永磁铁在塑料管中下落过程中只有重力做功，机械能守恒，C错误，D正确。］
9.C　［铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A错误；
铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B错误；
由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C正确；
若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D错误。］
10.BD　［当磁铁快速前后移动时，穿过金条的磁通量变化较快，金条中产生涡流，从而和磁铁发生相互作用，发生摆动，故A错误，B正确；
当磁铁在金条旁边上下左右、前后缓慢移动时，穿过金条的磁通量变化较慢，金条中感应电流很小，和磁铁相互作用很弱，不足以观察到金条摆动，故C错误，D正确。］
11.BCD　［根据题意可知，硬币进入磁场和离开磁场时，穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电流，硬币受到安培力作用会阻碍硬币的相对运动，即硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力，若磁场阻力大于硬币重力沿斜面的分力，硬币将做减速运动，若磁场阻力等于硬币重力沿斜面的分力，硬币将匀速进入磁场，若磁场阻力小于硬币重力沿斜面的分力，硬币继续加速运动，但速度增加变慢，综上所述，A错误，C正确；安培力对硬币做负功，使硬币的机械能减小，故B正确；如果没有磁场，对硬币没有阻碍作用，由动能定理可知，硬币到达测速器位置时速度会更大一些，故D正确。］
12.（1）2 A　（2）0.8 m/s2　（3）4 m/s
解析　（1）当金属线框的速度为零时，线框相对于磁场的速度大小为v0，线框中左右两边都切割磁感线，产生感应电动势，则有E0=2BLv0=4 V
产生的感应电流I0==2 A
（2）当金属线框的速度v1=2 m/s，产生的感应电动势E1=2BL（v0-v1）=2.4 V，产生感应电流I1==1.2 A
根据牛顿第二定律2BI1L-kv1=ma
解得a=0.8 m/s2
（3）该金属线框所能达到的最大速率v2时所受安培力
F=·BL=，此时安培力与阻力平衡F=f=kv2
解得v2=4 m/s。第五节　涡流现象及其应用
［学习目标］　1.理解涡流产生的原理，了解涡流在生产和生活中的应用（重点）。2.了解涡流的热效应及其应用（重难点）。3.了解涡流的机械效应，理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，并了解其在生产和生活中的应用（重点）。4.了解涡流的磁效应及其应用。
一、涡流现象　涡流的热效应
如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？
1.涡流：当线圈中的　　　　随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以叫作　　　　，简称　　　　。这种整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。
2.涡流的热效应：金属块中的涡流会产生　　　　，如果金属的电阻率　　　　，则会产生很强的涡流，产生大量的　　　　，利用涡流产生的　　　　可以冶炼金属。
3.产生涡流的两种情况
（1）块状金属放在变化的磁场中。
（2）块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。
4.产生涡流时的能量转化
（1）金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能。
（2）金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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。
5.涡流的应用与防止
（1）应用：真空冶炼炉、电磁炉等。
（2）防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢作材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯。
（1）涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。（　　）
（2）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。（　　）
（3）导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。（　　）
例1　（多选）（2024·梅州市高二月考）“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，它的工作原理是：在封口机工作时，套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过，致使靠近线圈（但与线圈绝缘）的铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在被封容器的瓶口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是（　　）
A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔
B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带
C.封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率
D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器
二、涡流的机械效应
（1）如图甲所示，将两磁铁在同一高度释放，下方放有闭合线圈的磁铁很快停止振动，而下方不放闭合线圈的磁铁能振动较长时间，如何解释这个现象？
（2）如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁铁时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么？
1.涡流的机械效应：磁场中的涡流会受到　　　　的作用，表现出相应的机械效应。
2.电磁驱动：当磁场相对于导体运动时，导体中产生的涡流使导体受到　　　　　　，　　　　　使导体运动起来的现象叫作电磁驱动。
3.电磁阻尼：当导体在　　　　中运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，安培力总是　　　　导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼。
例2　电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被视为将带来交通工具大革命。多国科学家都致力于此项研究。在日常生活中，比如摩托车和汽车上装有的磁性式转速表就是利用了电磁驱动原理。如图所示，是磁性式转速表及其原理图，关于磁性式转速表的电磁驱动原理，下列说法正确的是（　　）
A.铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
B.永久磁铁随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力而转动
C.铝盘转动的方向与永久磁铁转动方向相反
D.铝盘和永久磁铁被同转轴带动，两者转动是完全同步的
例3　电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的减震悬架等。某车型的减震系统由两部分组成：一部分是机械弹簧主减震系统；另一部分是电磁辅助减震系统。装置示意图如图所示，强磁体固定在汽车底盘上，阻尼线圈固定在轮轴上，轮轴与底盘通过弹簧主减震系统相连，在震动过程中磁体可在线圈内上下移动。则（　　）
A.对调磁体的磁极，电磁辅助减震系统就起不到减震效果
B.增多线圈匝数，不影响安培力的大小
C.只要产生震动，电磁辅助减震系统就能起到减震效果
D.震动过程中，线圈中有感应电流，且感应电流方向不变
电磁阻尼 电磁驱动
不 同 点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的
效果 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力方向与导体运动方向相同，为动力
能量 转化 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 磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能
共同点 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动
三、涡流的磁效应
1.涡流也是电流，而电流能够产生　　　　，因此涡流也具有磁效应。
2.涡流探测
（1）原理：互感。
（2）应用：探测行李包中的枪支、埋于地下的地雷、金属覆盖膜的厚度。
例4　如图所示为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈，若工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向（从左向右观察）均匀增大的电流，则下列说法正确的是（电流方向判断均从左向右观察）（　　）
A.无金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针
B.无金属片通过时，接收线圈中感应电流的大小不变
C.有金属片通过时，按收线圈中感应电流的方向为顺时针
D.有金属片通过时，接收线圈中感应电流会变大
答案精析
一、
有。它的形状像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。
梳理与总结
1.电流　涡电流　涡流
2.热量　小　焦耳热　热量
易错辨析
（1）×　（2）√　（3）×
例1　CD　［由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电源，A、B错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，可解决温度过高的问题，C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被加热，只能是玻璃、塑料等材质，D正确。］
二、
（1）题图甲中下方放有闭合线圈的磁铁振动时除了受空气阻力外，还受到线圈的磁场阻力，所以很快停下来。
（2）当蹄形磁铁顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁铁逆时针转动时，线圈也逆时针转动。线圈内产生感应电流，线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。
梳理与总结
1.安培力　2.安培力　安培力　3.磁场　阻碍
例2　B　［当永久磁铁随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中会产生感应电流，这时永久磁铁的磁场会对铝盘上的感应电流有力的作用，而产生一个转动的力矩，使指针转动，由于弹簧游丝的反力矩，会使指针稳定指在某一刻度上，A错误，B正确；
该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘磁场总是阻碍永久磁铁转动，要使减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁铁转动方向与铝盘转动方向相同，C错误；
永久磁铁固定在转轴上，铝盘固定在指针轴上，铝盘和永久磁铁不是同转轴带动，所以两者转动不是同步的，D错误。］
例3　C　［对调磁体的磁极，震动过程线圈仍会产生感应电流，不影响减震效果，故A错误，C正确；根据法拉第电磁感应定律E=n，线圈匝数越多，产生的感应电动势越大，线圈电流越大，电磁阻尼现象越明显，故增多线圈匝数会影响安培力的大小，故B错误；震动过程中，线圈中磁通量的变化情况会根据磁体的靠近或者远离而不同，由楞次定律可知，感应电流方向也会随之改变，故D错误。］
三、
1.磁场
例4　B　［当左侧通电线圈中通有不断增大的顺时针方向的电流时，知穿过右侧接收线圈的磁通量向右，且增大，根据楞次定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，即使有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针，故A、C错误；无金属片通过时，通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈产生的磁场均匀增大，所以穿过右侧接收线圈的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B正确；有金属片通过时，穿过金属片的磁通量也发生变化，金属片中也会产生感应电流，与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以会使该空间中磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，接收线圈中感应电流会变小，故D错误。］(共58张PPT)
DIERZHANG
第二章
第五节　涡流现象及其应用
1.理解涡流产生的原理，了解涡流在生产和生活中的应用(重点)。
2.了解涡流的热效应及其应用(重难点)。
3.了解涡流的机械效应，理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，并了解其在生产和生活中的应用(重点)。
4.了解涡流的磁效应及其应用。
学习目标
一、涡流现象　涡流的热效应
二、涡流的机械效应
课时对点练
内容索引
三、涡流的磁效应
涡流现象　涡流的热效应
一
如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？
答案　有。它的形状像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。
1.涡流：当线圈中的 随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以叫作 ，简称 。这种整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。
2.涡流的热效应：金属块中的涡流会产生 ，如果金属的电阻率 ，则会产生很强的涡流，产生大量的 ，利用涡流产生的 可以冶炼金属。
3.产生涡流的两种情况
(1)块状金属放在变化的磁场中。
梳理与总结
电流
涡电流
涡流
热量
小
焦耳热
热量
(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。
4.产生涡流时的能量转化
(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能。
(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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。
5.涡流的应用与防止
(1)应用：真空冶炼炉、电磁炉等。
(2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢作材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯。
(1)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。(　　)
(2)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。(　　)
(3)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。(　　)
√
×
×
　(多选)(2024·梅州市高二月考)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，它的工作原理是：在封口机工作时，套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过，致使靠近线圈(但与线圈绝缘)的铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在被封容器的瓶口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是
A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔
B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带
C.封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率
D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属
容器
例1
√
√
由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电源，A、B错误；
减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，可解决温度过高的问题，C正确；
封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被加热，只能是玻璃、塑料等材质，D正确。
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涡流的机械效应
二
(1)如图甲所示，将两磁铁在同一高度释放，下方放有闭合线圈的磁铁很快停止振动，而下方不放闭合线圈的磁铁能振动较长时间，如何解释这个现象？
答案　题图甲中下方放有闭合线圈的磁铁振动时除了受空气阻力外，还受到线圈的磁场阻力，所以很快停下来。
(2)如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁铁时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么？
答案　当蹄形磁铁顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁铁逆时针转动时，线圈也逆时针转动。线圈内产生感应电流，线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。
1.涡流的机械效应：磁场中的涡流会受到 的作用，表现出相应的机械效应。
2.电磁驱动：当磁场相对于导体运动时，导体中产生的涡流使导体受到________， 使导体运动起来的现象叫作电磁驱动。
3.电磁阻尼：当导体在 中运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，安培力总是 导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼。
梳理与总结
安培力
安培力
安培力
磁场
阻碍
　电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被视为将带来交通工具大革命。多国科学家都致力于此项研究。在日常生活中，比如摩托车和汽车上装有的磁性式转速表就是利用了电磁驱动原理。如图所示，是磁性式转速表及其原理图，关于磁性式转速表的电磁驱动原理，下列说法正确的是
A.铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作
用下带动指针转动
B.永久磁铁随转轴转动产生运动的磁场，在
铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受
磁场力而转动
C.铝盘转动的方向与永久磁铁转动方向相反
D.铝盘和永久磁铁被同转轴带动，两者转动是完全同步的
例2
√
当永久磁铁随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中会产生感应电流，这时永久磁铁的磁场会对铝盘上的感应电流有力的作用，而产生一个转动的力矩，使指针转动，由于弹簧游丝的反力矩，会使指针稳定指在某一刻度上，A错误，B正确；
该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘磁场总是阻碍永久磁铁转动，要使减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁铁转动方向与铝盘转动方向相同，C错误；
永久磁铁固定在转轴上，铝盘固定在指针轴上，铝盘和永久磁铁不是同转轴带动，所以两者转动不是同步的，D错误。
　电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的减震悬架等。某车型的减震系统由两部分组成：一部分是机械弹簧主减震系统；另一部分是电磁辅助减震系统。装置示意图如图所示，强磁体固定在汽车底盘上，阻尼线圈固定在轮轴上，轮轴与底盘通过弹簧主减震系统相连，在震动过程中磁体可在线圈内上下移动。则
A.对调磁体的磁极，电磁辅助减震系统就起不到减震
效果
B.增多线圈匝数，不影响安培力的大小
C.只要产生震动，电磁辅助减震系统就能起到减震效果
D.震动过程中，线圈中有感应电流，且感应电流方向不变
例3
√
对调磁体的磁极，震动过程线圈仍会产生感应电
流，不影响减震效果，故A错误，C正确；
根据法拉第电磁感应定律E=n，线圈匝数越多，
产生的感应电动势越大，线圈电流越大，电磁阻尼现象越明显，故增多线圈匝数会影响安培力的大小，故B错误；
震动过程中，线圈中磁通量的变化情况会根据磁体的靠近或者远离而不同，由楞次定律可知，感应电流方向也会随之改变，故D错误。
总结提升
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电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的
效果 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力方向与导体运动方向相同，为动力
能量转化 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 磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能
共同点 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动
涡流的磁效应
三
1.涡流也是电流，而电流能够产生 ，因此涡流也具有磁效应。
2.涡流探测
(1)原理：互感。
(2)应用：探测行李包中的枪支、埋于地下的地雷、金属覆盖膜的厚度。
磁场
　如图所示为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈，若工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向(从左向右观察)均匀增大的电流，则下列说法正确的是(电流方向判断均从左向右观察)
A.无金属片通过时，接收线圈中感应电流的方向为顺时针
B.无金属片通过时，接收线圈中感应电流的大小不变
C.有金属片通过时，按收线圈中感应电流的方向为顺时针
D.有金属片通过时，接收线圈中感应电流会变大
例4
√
当左侧通电线圈中通有不断增大的顺时针方向的电流时，
知穿过右侧接收线圈的磁通量向右，且增大，根据楞次
定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，即使有金属
片通过时，接收线圈中的感应电流方向仍然为逆时针，
故A、C错误；
无金属片通过时，通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈产生的磁场均匀增大，所以穿过右侧接收线圈的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B正确；
有金属片通过时，穿过金属片的磁通量也发生变化，金属片中也会产生感应电流，与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以会使该空间中磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，接收线圈中感应电流会变小，故D错误。
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课时对点练
四
考点一　涡流现象 涡流的热效应
1.(多选)(2023·肇庆市高二期末)电磁灶是现代家庭中的常用灶具，如图是某型号电磁灶的原理图。下列有关电磁灶的说法正确的是
A.电磁灶在使用时主要利用涡流热效应
B.电磁灶发热原理与电炉相同
C.不锈钢锅、塑料容器均可在电磁灶上使用
D.电磁灶加热食物是电磁感应在生活中的应用
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基础对点练
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电磁灶使用时，线圈将电能转化为电磁能，在锅底产生涡流是将电磁能转化为电能，电能通过涡流做功再转化为内能，电炉利用的是电流的热效应，故B错误，A、D正确；
铁质锅、不锈钢锅可在电磁灶上使用，塑料容器不可在电磁灶上使用，故C错误。
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2.(多选)如图是高频焊接原理示意图。当线圈中通有变化的电流时，待焊接的金属工件的焊缝处就会产生大量热量将金属熔化，把工件焊接在一起。下列说法正确的是
A.电源的频率越高，工件中的感应电流越大
B.电源的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电流大
D.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电阻大
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根据法拉第电磁感应定律，电源的频率越高，感应电动势越大，工件中的感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，A正确，B错误；
焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处接触面积小，电阻大，C错误，D正确。
考点二　电磁驱动和电磁阻尼
3.(多选)如图所示，是电表中的指针和电磁阻尼器，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稳定下来
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当电表的指针摆动时，金属框1在蹄形磁铁2中同时转动，金属框中的磁通量发生变化，则产生感应电流——即涡流，金属框在磁场中所受的安培力阻碍其相对运动，使指针很快稳定下来，故A、D正确。
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4.(2023·东莞市石龙中学高二月考)著名的“圆盘实验”中，将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法不正确的是
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的
磁通量不变
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致
磁针转动
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圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，
在圆心和边缘之间产生了感应电动势，选项A正确，
不符合题意；
圆盘转动过程中会形成涡流，涡流产生的磁场导致
磁针转动，选项B正确，不符合题意；
圆盘转动过程中，圆盘位置、圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，选项C正确，不符合题意；
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当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，产生涡流，而磁针对电流有力的作用，根据力的作用是相互的，磁针会受力发生转动，故D错误，符合题意。
5.如图所示，有一铜盘被轻轻拨动后会绕转轴自由转动，如果转动时把蹄形磁体的两极放在铜盘的边缘，但不与铜盘接触。则下列说法正确的是
A.铜盘转得越来越快
B.铜盘中会有涡流产生
C.这是电磁驱动现象
D.上下交换磁极铜盘会转得越来越快
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由于电磁阻尼作用导致铜盘转得越来越慢，故A、C错误；
可以将铜盘分成很多部分，铜盘转动时穿过铜盘的各个部
分的磁通量发生变化，故产生涡流，故B正确；
上下交换磁极同样会由于电磁阻尼作用导致铜盘转得越来越慢，故D错误。
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考点三　涡流的磁效应
6.(2024·江门市高二期末)关于下列四幅插图的说法正确的是
A.甲图中当摇动手柄使得蹄形磁铁转
动，则铝框会同向转动，且和磁铁
转得一样快
B.乙图中探测地雷的探测器通过长柄线圈中的电流是变化电流
C.丙图是通过电磁炉生成的电磁波对食物加热
D.丁图中磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁驱动的
作用
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由电磁驱动原理，题图甲中摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转得慢，即同向异步，故A错误；
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在地面上扫过，线圈中有变化的电流，如果地下埋着金属物品，金属中感应涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警，故B正确；
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电磁炉是采用磁场感应涡流加热食物的，故C错误；
磁电式仪表中，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁阻尼的作用，故D错误。
7.四川三星堆新发现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出能发出警报
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探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属
物中产生感应电流，所以发射线圈产生的磁场是变
化的磁场，A错误；
感应电流的磁场又影响线圈中的电流，说明感应电流产生的磁场是变化的，在线圈中又产生了感应电流，从而发出警报，B错误；
探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱有关，发射线圈中的电流越强，其产生的磁场也越强，其探测的深度就越深，C错误；
因为探测器产生的磁场是变化的，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，D正确。
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8.(多选)如图所示，纽扣形永磁铁直径略小于铜管、塑料管内径，某同学分别同时将两个纽扣形永磁铁从竖直放置的空心铜管和空心塑料管上端口处由静止释放，忽略空气阻力以及磁铁与管壁的摩擦。下列说法正确的是
A.纽扣形永磁铁在铜管中下落得快
B.纽扣形永磁铁在塑料管中下落得快
C.纽扣形永磁铁在铜管中下落过程中机械能守恒
D.纽扣形永磁铁在塑料管中下落过程中机械能守恒
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能力综合练
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纽扣形永磁铁在塑料管中下落时只受重力作用，做自
由落体运动，在铜管中下落时，使铜管的磁通量发生
变化，铜管中产生感应电流，感应电流产生的磁场对
磁铁产生磁场力的作用，根据“来拒去留”规律，可
知磁铁所受磁场力向上，比自由落体运动慢，所以纽
扣形永磁铁在塑料管中下落得快，A错误，B正确；
由于纽扣形永磁铁在铜管中下落过程中部分机械能转变为电能，机械能不守恒，而纽扣形永磁铁在塑料管中下落过程中只有重力做功，机械能守恒，C错误，D正确。
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9.高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N极靠近一块正在沿逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。图中磁铁左方铝盘的甲区域(虚线区域)朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域(虚线区域)朝离开磁铁方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是
A.铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场
B.铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场
C.磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，
都会使铝盘减速
D.若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大
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铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，
甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应
电流的磁场方向垂直纸面向外，故A错误；
铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，
乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B错误；
由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C正确；
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若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D错误。
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10.(多选)(2024·中山市高二期末)我们熟知磁铁不能吸引
金银。但最近媒体报导了几起怪事，有人发现从正规渠
道购买的金条能被磁铁“吸”得动起来，当强磁铁对着
金条前后快速移动时，金条被“吸”得前后摆动，于是就怀疑金条有问题，但通过专业检测这些金条都符合国家标准。检测员再次用强磁铁在金条旁边上下左右、前后缓慢移动时，未发现金条被吸引的现象，只有在前后快速移动磁铁时才发现吸引现象，对此现象下列解释合理的是
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A.金条被“吸”是因为受到万有引力的作用
B.前后快速移动磁铁时磁通量变化较快，金条中产生
涡流，从而和磁铁发生相互作用，发生摆动
C.前后缓慢移动磁铁时，金条中磁通量不发生变化，所以没有感应电流
D.上下或左右缓慢移动磁铁时，磁通量变化较慢，金条中感应电流很小，
和磁铁相互作用很弱，不足以观察到金条摆动
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当磁铁快速前后移动时，穿过金条的磁通量变化较
快，金条中产生涡流，从而和磁铁发生相互作用，
发生摆动，故A错误，B正确；
当磁铁在金条旁边上下左右、前后缓慢移动时，穿过金条的磁通量变化较慢，金条中感应电流很小，和磁铁相互作用很弱，不足以观察到金条摆动，故C错误，D正确。
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11.(多选)(2023·茂名市高二期末)如图所示为某种售货机硬币识别系统简图。虚线框内存在磁场，从入口A进入的硬币沿斜面滚落，通过磁场区域后，由测速器测出速度大小，若速度在某一合适范围，挡板B自动开启，硬币就会沿斜面进入接收装置；否则挡板C开启，硬币进入另一个通道拒绝接收。下列说法正确的是
A.磁场能使硬币的速度增大得更快
B.由于磁场的作用，硬币的机械能减小
C.硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力
D.如果没有磁场，则测速器示数会更大一些
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根据题意可知，硬币进入磁场和离开磁场时，
穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感
应电流，硬币受到安培力作用会阻碍硬币的
相对运动，即硬币进入磁场的过程会受到来
自磁场的阻力，若磁场阻力大于硬币重力沿斜面的分力，硬币将做减速运动，若磁场阻力等于硬币重力沿斜面的分力，硬币将匀速进入磁场，若磁场阻力小于硬币重力沿斜面的分力，硬币继续加速运动，但速度增加变慢，综上所述，A错误，C正确；
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安培力对硬币做负功，使硬币的机械能减小，故B正确；
如果没有磁场，对硬币没有阻碍作用，由动能定理可知，硬币到达测速器位置时速度会更大一些，故D正确。
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12.磁场相对于导体运动，会出现电磁驱动现象。磁悬浮列车是一种高速运载工具，其驱动系统基本原理：在沿轨道安装的固定绕组(线圈)中通以变化的励磁电流，励磁电流在轨道上方产生等效的向前运动的磁场，该磁场可以让固定在车体下部的金属框产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用向前运动。我们给出的简
化模型，图甲是磁悬浮列车与轨道示意图。
图乙是固定在车底部金属线框与轨道上运动
磁场的示意图。
尖子生选练
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在图乙中，水平地面上有两根很长的平行直
导轨，导轨间有竖直(垂直纸面)方向等距离
间隔的匀强磁场B1和B2二者大小相等、方向
相反，车底部平行导轨的金属线框宽度与磁
场间隔相等。沿导轨分布的“条带状”磁场的各部分同时以恒定速度v0沿导轨水平向前运动时，金属线框将会受到沿导轨向前的安培力而运动起来。设金属线框垂直导轨的边长L=0.40 m、总电阻R=2.0 Ω，代表车厢的单匝铜制金属线框总质量m=1 kg，磁场B1=B2=B=1.0 T，磁场运动速度v0=5 m/s，线框向前运动时所受阻力f的大小与线框速率成正比，即f=kv，k=0.08。
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(1)设t=0时刻，金属线框的速度为零，试求此时线圈回路的电流大小I0；
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答案　2 A　
当金属线框的速度为零时，线框相对于磁场的速度大小为v0，线框中左右两边都切割磁感线，产生感应电动势，则有E0=2BLv0=4 V
产生的感应电流I0==2 A
(2)设某时刻，金属线框的速度v1=2 m/s，试求此时金属线框的加速度大小a；
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答案　0.8 m/s2　
当金属线框的速度v1=2 m/s，产生的感应电动势E1=2BL(v0-v1)=2.4 V，产生感应电流I1==1.2 A
根据牛顿第二定律2BI1L-kv1=ma
解得a=0.8 m/s2
(3)试求该金属线框所能达到的最大速率v2。
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答案　4 m/s
该金属线框所能达到的最大速率v2时所受安培力F=·BL=，
此时安培力与阻力平衡F=f=kv2
解得v2=4 m/s。
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