1、桃州中学 2011-2012 高二物理教学案 2011 年 月 日1第四章 电磁感应4.7 涡流 电磁阻尼和电磁驱动【教学目标】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：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。【自主预习】1涡流概念: 2、涡流的防止和利用（） 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
2、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_ _有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： 【典型例题】一、涡流的利用【例 1】 如图 473 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产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分发热很少，以下说法正确的是( )A交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快B交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小D工件上只有焊缝处温度升得很
3、高是因为焊缝处的电阻大二、电磁驱动【例 2】 如图 474 所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈 abcd，磁铁和线圈都可以绕 OO轴转动，当磁铁按图示方向绕 OO轴转动，线圈的运动情况是( )A俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同B俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同C线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速D线圈静止不动桃州中学 2011-2012 高二物理教学案 2011 年 月 日2三、电磁阻尼的应用【例 3】如图所示，abcd 是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点 O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦
4、和空气阻力不计，则( )A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反B.线框进入磁场区域后，越靠近 OO线时速度越大，因而产生的感应电流也越大C.线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能四、电磁感应问题的综合应用【例 4】如图 2 所示，一直导体棒质量为 m、长为 l、电阻为 r，其两端放在位于水平面内间距也为 l 的光滑平行导轨上，并与之密接；棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻 (图中未画出)；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为 B，方向垂直于导轨所在平面开始时，给导体棒一个平行于导轨的初速
5、度 v0.在棒的运动速度由 v0 减小至 v1 的过程中，通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流强度 I 保持恒定导体棒一直在磁场中运动若不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率【课后练习】1.下列关于涡流的说法中正确的是( )A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C涡流有热效应，但没有磁效应D在硅钢中不能产生涡流2如图 475 所示，在 O 点正下方有一个具有理想边界的方形磁场，铜球在 A 点由静止释放，向右摆到最高点 B，不考虑空气及摩擦阻力，则下列说法正确的是( )AA、B
6、两点在同一水平面上BA 点高于 B 点CA 点低于 B 点D铜球将做等幅摆动桃州中学 2011-2012 高二物理教学案 2011 年 月 日33如图 476 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) ，则小球( )A整个过程匀速运动B进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程做加速运动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 4
7、77 中 B 变大时，a、b 在固定光滑导轨上滑动5.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，以减小发热量6在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图 3 所示现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的 A 点以某一初速度向磁铁滑去各滑块在未接触磁铁前的运动情况将是( )A都做匀速运动 B甲、乙做加速运动C甲、乙做减速运动 D乙、丙做匀速运动7某磁场磁感线如图 4 所示，有铜盘自图示 A 位置落至 B 位置，在下落过程中，自
8、上向下看，线圈中的涡流方向是( )A始终顺时针B始终逆时针C先顺时针再逆时针D先逆时针再顺时针8如图 5 所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是( )A2 是磁铁，在 1 中产生涡流B1 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9如图 6 所示，一块长方形光滑铝板 A1 水平放在桌面上，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球以初速度 v 从板的左端沿中线向铝板的右端滚动，则( )桃州中学 2011-2012 高二物理教学案 2011 年 月 日4A铝球的滚动速度将越来越小B铝球将保持匀速滚动C铝球的运动将逐渐
9、偏向条形磁铁的 N 极或 S 极D铝球的运动速率不变，但运动方向发生改变10高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图 7 所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被治炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属该炉的加热原理是( )A利用线圈中电流产生的焦耳热B利用线圈中电流产生的磁场C利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电11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
10、圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图 8 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12如图 10 所示，两金属杆 ab 和 cd 长均为 l，电阻均为 R，质量分别为 M 和 m，M m.用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧，两金属杆都处在水平位置如图所示，整个装置处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为 B，若金属杆 ab 正好匀速向下运动，求其运动的速度桃州中学 2011-2012 高二物理教学案 2011 年 月 日5答案：例 1. 解析 交流电频率越高， 则产生的感应电流越强，升温越快，工
11、件电流相同，即电阻大，温度高，放热多答案 AD例 2. 解析 当磁铁转动时，由楞次定律知， 线圈中有感应电 流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁 铁的转速答案 C例 3. AC例 4. 答案 Bl(v0v 1) Bl(v0v 1)II 2r12 12解析 导体棒所受的安培力为 FIlB该力大小不变，棒做匀减速运 动，因此在棒的速度从 v0 减小到 v1 的过程中，平均速度为 (v0v 1)v12当棒的速度为 v 时，感应电动势 的大小为 ElvB棒中的平均感应电动势为 l BE v由式得
12、l(v0v 1)BE12导体棒中消耗的热功率为 P1I 2r负载电阻上消耗的平均功率为 IP 1P2 E由式得 l(v0v 1)BII 2rP212课后练习：1. 答案 A解析 涡流就是一种感应电流，同 样是由于磁通量的变化 产生的2. 答案 B解析 铜球在进入和穿出磁场的过程中，穿 过金属球的磁通量 发生变化，球中 产生涡流，进而产生焦耳热，因此球的机械能减少，故 A 点高于 B 点3. 答案 D解析 小球进出磁场时，有涡 流产生，要受到阻力，故穿出时的速度一定小于初速度4. 答案 AB DE解析 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
13、；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 5. 答案 BD解析 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，以减少电能转化成铁 芯的内能，提高效率，是为防止涡流而采取的措施6. 答案 C解析 铜块、铝块向磁铁靠近 时，穿 过它们的磁通量发生了 变化，因此在其内部产生涡流，反过来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻桃州中学 2011-2012 高二物理教学案 2011 年 月 日6而减速，所以选项 C 正确有机玻璃为非金属，不
14、产生涡流现象7. 答案 C解析 把铜盘从 A 至 B 的全过程分成两个阶段处理：第一阶段是铜盘从 A 位置下落到具有最大磁通量的位置 O，此过程中穿过铜盘磁通量的磁场方向向上且不断增大，由楞次定律判断感应电流方向(自上向下看)是顺时针的；第二阶段是铜盘从具有最大磁通量位置 O 落到 B 位置，此过程中穿过铜盘磁通量的磁场方向向上且不断减小，由楞次定律判断感 应电流方向(自上向下看)是逆时针的，故 C 答案正确8. 答案 AD解析 这是涡流的典型应用之一当指 针摆动时， 1 随之转动 ，2 是磁铁，那么在 1 中产生涡流，2 对 1 的安培力将阻碍 1 的转动 总之不管 1 向哪个方向 转动，2
15、 对 1 的效果总起到阻尼作用所以它能使指针很快地稳 定下来9. 答案 A10. 答案 C11. 答案 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受空气阻力外，还有线圈的磁场力阻碍，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来机械能的转化情况如下：机械能Error!12. 答案 v(M m)gR2B2l2解析 假设磁场 B 的方向是垂直纸面向里， ab 杆向下匀速运动的速度为 v，则 ab 杆切割磁感线产生的感应电动势大小 E=Blv,方向 ab；杆 cd 以速度 v 向上切割磁感线运动产生的感应电动势大小 EBlv，方向 dc.在闭合回路中产生 abdca 方向的感应电流 I，由闭合电路欧姆定律知 I E E2R ，ab 杆受磁场作用的安培力 F 方向向上，cd 杆受安培力 F方向向下，F、F的大2Blv2R BlvR小相等 FBIl B2l2vR对 ab 杆应有 TMgF对 cd 杆应有 T F mg 联立解得 v(M m)gR2B2l2
