高二物理人教版选修3-2课件：第四章 9 涡流、电磁阻尼和电磁驱动

当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动.
根据以上现象，回答下列问题： (1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？ 答案 变化.
图4
(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁 铁的转动速度相同吗？ 答案 线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力 作为动力使线圈转动起来.线圈的转速小于磁铁的转速.
框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”
内产生交变磁场，金属物品通过 “门”时能产生涡流，涡
流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警.以下
关于这个安检门的说法正确的是( )
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A.这个安检门也能检查出毒品携带者
B.这个安检门只能检查出金属物品携带者
C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出
)
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解析
涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产
生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即 穿过金属块的磁通量发生变化.而A、B、C中磁通量不变
化，所以A、B、C错误；
把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发
生了变化，有涡流产生，所以D正确.
答案 D
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2.(涡流的应用)安检门是一个用于安全检查的“门”，“门
内摆动，有界磁场的方向垂直纸面向里，铜片在摆
动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动.如果在
铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的 次数后才停止摆动，这是为什么？
图7
答案
没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产
生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜 片的摆动，因此铜片很快就停止摆动.如果在铜片上开有 多条长缝，就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜 片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片可 以摆动多次后才停止摆动.
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4.( 电磁驱动的理解与应用 ) 如图 10 所 示，磁极远离和靠近圆环时产生的现 象正确的是 ( ) 图10 A.图中磁铁N极接近A环时，A环被吸引，而后被推开
B.图中磁铁N极远离A环时，A环被排斥，而后随磁铁运动
C.用磁铁N极接近B环时，B环被排斥，远离磁铁运动
D.用磁铁的任意一磁极接近A环时，A环均被排斥
要点提炼
1.电磁阻尼
(1)定义：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 阻碍 导体的运动，这种现
象称为 电磁阻尼 .
(2)应用：电磁阻尼中需要克服安培力做功，其他形式的 能转化为电能，最终转化为内能.所以磁电式仪表中利用 电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数.
2.电磁驱动
三、对电磁驱动的理解
例3 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水平穿过，如图8所示， 图8
在此过程中(
)
B.磁铁做减速运动
A.磁铁做匀速直线运动
C.小车向右做加速运动
D.小车先加速后减速
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的作用力阻碍磁铁的运 动.同理，磁铁穿出时该电流产生的磁场的作用力也阻碍 磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B项对. 而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺线管受到
能达到的最高位置为 y ＝ a 时，金属块不再进出磁场，不
再产生焦耳热.金属块的机械能不再损失，而在磁场中做
往复运动.
由于金属块减少的动能和重力势能全部转化为内能，
所以
1 2 Q＝|ΔEp＋ΔEk|＝mg(b－a)＋2mv .
答案 D
二、对电磁阻尼的理解
例2 如图7所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面
2.如果磁场是用变化的电流来获取的，导体用整
块铁代替，如图2所示.请问铁块中有感应电流
吗？如果有，它的形状像什么？ 答案 图2
有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生
感生电场，感生电场在铁块中产生感应电流，它的形状
像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流.
要点提炼
1.定义：当线圈中的电流随时间变化时，由于 电磁感应，
在附近导体中产生像水中旋涡样的感应电流，所以把这
种感应电流叫做 涡流 .
ΔB 越大)，导体的横截面积S Δt 越 大 ，导体材料的电阻率越 小 ，形成的涡流就越大.
2.决定因素：磁场变化越快(
3.应用： 真空冶炼 、 探测地雷 、机场安检等.
4.防止：电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导
致浪费能量，损坏电器.可增大铁芯材料的 电阻率 、用 相互绝缘的 硅钢片 叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯.
的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动，
且一直做加速运动，C项对.
答案 BC
课堂要点小结
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自我检测
1.(涡流的理解)下列做法中可能产生涡流的是 ( A.把金属块放在匀强磁场中 B.让金属块在匀强磁场中做匀速运动 C.让金属块在匀强磁场中做变速运动 D.把金属块放在变化的磁场中
(1)定义：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应
电流 ，感应电流使导体受到安培力的作用， 安培力 使导
体运动起来，这种作用常称为电磁驱动.
注意：电磁驱动中导体的运动速度要 小于 磁场的运动速度.
(2)应用：电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向 相同 ， 安培力 做功， 推动 导体运动，电能转化为机械能. 所以利用电磁驱动发明了交流感应电动机.
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，弹簧振 子的机械能损失较快，因而会很快停下来.
2.电磁驱动
一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图
4所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转
动.当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动，
金属物品携带者
D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了
电流的磁效应
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解析
这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属
物品携带者，A错，B对.
若“门框 ”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它
不能使块状金属产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，
C错.
安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁
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 解析 交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越 快，故A项对. 工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，故D项对. 答案 AD
C.磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力
D.磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时
是动力
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解析
磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆
时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流 对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时， 根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上 面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它 远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3 次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确. 答案 C
二、电磁阻尼和电磁驱动
问题设计
1.电磁阻尼 弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁.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3所示)，磁 铁就会很快停下来，解释这个现象.
图3
பைடு நூலகம்
答案
当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会
C.mg(b－a) 1 2 D.mg(b－a)＋2mv
)
思路点拨
金属块进出磁场时，由于涡流现象产生焦耳
热而使机械能减少.解答本题首先应明确金属块的初、末
状态，然后根据金属块机械能的变化确定所产生的焦耳
热总量. 解析 金属块进出磁场时，会产生焦耳热，损失机械能
而使金属块所能达到的最高位置越来越低，当金属块所
效应，D对.
答案 BD
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3.(电磁阻尼的理解与应用)如图9所示，条 形磁铁用细线悬挂在O点.O点正下方固定一 个水平放置的铝线圈.让磁铁在竖直面内摆 动，下列说法中正确的是( ) 图9
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A.磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次
B.磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用
3.电磁阻尼与电磁驱动的联系：电磁阻尼与电磁驱动现
象中安培力的作用效果均为 阻碍 相对运动.
典例精析
一、涡流的理解与应用 例1 如图5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 图5 流，感应电流通过焊缝产生大量热，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( )
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解析
根据楞次定律，感应电流在回路中产生的磁通量
总是反抗(或阻碍)原磁通量的变化，所以用磁铁的任意一 磁极接近A环时，A环均被排斥；由于B环不是闭合回路，
因此没有感应电流.
答案 D
针对训练 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物 线，如图6所示，抛物线的方程是y＝x2，下半 部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上 边界是y＝a的直线(图中的虚线所示)，一个小 图6 金属块从抛物线上 y＝b(b＞a)处以初速度 v沿抛物线下滑 .假设抛 物线足够长，金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是 ( 1 2 A.mgb B.2mv
第四章
电磁感应