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高中物理人教版 (新课标)选修37 涡流、电磁阻尼和电磁驱动多媒体教学课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修37 涡流、电磁阻尼和电磁驱动多媒体教学课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了变式迁移，基础巩固，能力提升等内容，欢迎下载使用。
知识与技能1．了解涡流产生的原理、涡流的防止和应用．2．了解电磁阻尼和电磁驱动．过程与方法1．通过实验探究，归纳、总结涡流产生的原理．2．通过实验探究，认识电磁阻尼和电磁驱动现象．
情感、态度与价值观1．通过实验的乐趣，积极去分析问题、解决问题，提高在学习中掌握知识的能力．2．通过理论与实际相结合，提高学习情趣，培养其用理论知识解决实际问题的能力．
在现代家庭的厨房中，电磁炉是家庭主妇非常青睐的炊具，它具有效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点．如图所示为电磁炉的实物图，工作时，给电磁炉接通电源，炉盘上面金属锅中的食物就能被加热．金属锅没有通电也没接触明火， 锅中的食物便可被加热，这是为什么？
1．定义：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感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水的旋涡，把它叫做涡电流，简称涡流．
2．产生：把金属块放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动时，金属块内都会产生涡流．涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律．3．特点：电流在金属块内自成闭合回路，整块金属的电阻很小，涡流往往很强．
4．利用用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流．涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度．利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．
5．防止电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上．线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器．因此，我们要想办法减小涡流．途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大，另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯．
1．概念：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运动的现象．2．应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数.
1．概念：如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动．如图所示，当转动蹄形磁铁时，线圈也跟着转动起来，产生这种现象的原因就是电磁驱动．
2．电磁驱动的原因分析：当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于图中所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了．根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来．说明：(1)线圈转动方向与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速，即同向异步．(2)下一章要介绍的感应电动机、家庭中用的电能表、汽车上用的电磁式速度表，也都是利用这种电磁驱动．
电磁阻尼与电磁驱动的区别
电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，安培力总是阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动．
例1 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，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( )
答案：D分析：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．
反思提升：本题易错选B、C.原因是错误地认为金属块最终停在O点处而错选B，或忽略了金属块刚开始滑动时具有动能而错选C.
变式训练1－1 如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一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．线圈中通以恒定电流，铁芯上放一铁锅水B．线圈中通以恒定电流，铁芯上放一玻璃杯水C．线圈中通以交变电流，铁芯上放一铁锅水D．线圈中通以交变电流，铁芯上放一玻璃杯水答案：C解析：通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．
例2 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金属线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图)，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况．
答案：见解析分析：金属线圈中产生的感应电流的磁场阻碍磁铁与线圈间的相对运动．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和线圈靠近或离开，也就使磁铁振动时除了空气阻力外，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．
反思提升：磁铁运动过程中实际是受到了电磁阻尼，所以很快停下来，如果把下面的金属线圈换成塑料线圈，则由于塑料线圈中不会产生感应电流，它对磁铁没有阻碍作用，磁铁停下来的时间与没有线圈时相同．
变式训练2－1 如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜球在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两点在同一水平线上B．A点高于B点C．A点低于B点D．铜球将做等幅摆动答案：B
解析：铜球进入磁场和出磁场的过程中，都有涡流产生，阻碍铜球的摆动，从而有机械能转化为内能，A点高于B点，最终铜球将在磁场中做等幅摆动．故选B.
例3 (电磁驱动原理)(课本P29第5题)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，该驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同．
答案：见解析解析：当磁铁向水平方向移动时，穿过圆环的磁通量减少，产生感应电流的磁场应与原磁场方向相同，即向下，故感应电流从上向下看沿顺时针，则因磁场的作用圆环各部分受水平方向的安培力作用，向外，且靠近磁铁一侧受力大，故环将向磁铁运动的方向运动．
变式训练3－1 如图所示，蹄形磁铁的N、S极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，若磁铁按图示方向绕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，但开始时转速小于磁铁的转速，以后会与磁铁的转速一致D．线圈与磁铁转动方向相同，但转速总小于磁铁的转速答案：D
解析：由于磁铁的转动，使穿过闭合线圈的磁通量发生变化，回路中有感应电流产生，感应电流的磁场要“阻碍”磁铁的转动，表现为线圈跟着磁铁同向转动，所以选项A错；线圈由于阻碍磁铁相对线圈的转动而跟着转起来后，根据楞次定律的“阻碍”作用，线圈的转速不会与磁铁一致，而且始终小于磁铁的转速，所以选项D正确.
例4 如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交流电的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起，当A中通有交流电时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化而焊接起来．
(1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系．(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件其他部分并不很热．答案：见解析分析：焊接是利用了涡流的热效应．
解析：(1)线圈A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流的热功率P＝I2R也越大，焊接越快．(2)B中各处电流大小相等，但在接口a处因是点接触，故此种接触电阻很大，电流的热功率P＝I2R也很大，而其他部分电阻很小，电流的热功率也很小，所以接口处已被熔化，而其他部分并不很热．反思提升：涡流现象产生的热效应取决于产生电流的强弱及电阻的大小．
变式训练4－1 我们用作煮食的炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相同．有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如天然气炉；还有以直接用电热方式加热的，例如电饭锅．下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉．
如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图．炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热物体的作用从而煮食．电磁炉的特点是：电磁炉的效率比一般的炉子都高，热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁炉火力强劲，安全可靠．
因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用．对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能被磁铁吸住的就能用．适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等．(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有(回答三个即可)：①____________________________；②____________________________；③____________________________.
(2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是__________．(3)在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？答案：见解析
解析：(1)①电流的磁效应(或电生磁) ②电磁感应现象(或磁生电) ③电流的热效应(或焦耳定律)(2)不能产生电磁感应现象；电阻率小，电热少，效率低(3)能起到加热作用．由于线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用.
1．当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中会产生________，看起来像水中的漩涡，所以把它叫做________，简称________．2．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________，这种现象称为电磁阻尼．3．如果磁场相对导体运动，导体中会产生感应电流，感应电流所受的安培力使导体运动起来．这种作用称为________．
1．感应电流 涡电流 涡流2．阻碍导体的运动3．电磁驱动
一、涡流1．定义：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感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水的漩涡，把它叫做涡电流，简称涡流．2．产生：把金属块放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动时，金属块内都会产生涡流．涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律．3．特点：电流在金属块内自成闭合回路，整块金属的电阻很小，涡流往往很强．
4．利用用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流．涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度．利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．5．防止电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上．线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器．因此，我们要想办法减小涡流．途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大．另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯．
如右图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，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 解析：铜环在进入和穿出磁场的过程中，穿过环的磁通量发生变化，则环中有感应电流产生，故应损耗一定的机械能．所以A点高于B点． 答案：B
1.右图是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交变电流的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起．当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化焊接起来． (1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系？ (2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件的其他部分并不很热？
解析：(1)A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流热功率P＝I2R也越大，焊接得越快．(2)B中各处电流大小相等，但接口a处电阻大，电流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，所以接口a处已被熔化而零件其他部分并不很热．
二、电磁阻尼和电磁驱动1．电磁阻尼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．说明：电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快的停下来，就是电磁阻尼作用．电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中．
2．电磁驱动 如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动． 如右图所示，当转动蹄形磁铁时，线圈也跟着转动起来，产生这种现象的原因就是电磁驱动． 电磁驱动的原因分析：当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于图中所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了．根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来．
磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是( )A．防止涡流 B．利用涡流C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用解析：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．答案：BC
2．如右图所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触．使磁铁转动，圆盘也会跟着转动．这种现象称为“电磁驱动”．请你说明电磁驱动的原理．
解析：当蹄形磁铁转动时，圆盘上不同位置的磁通量发生变化，因而圆盘中会有涡流形成，该涡流的磁场阻碍磁通量的变化，使圆盘随着磁铁一起转，但圆盘转动速度比磁铁慢．
1．(2011年宁夏银川)电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是( )A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗
解析：涡流是高频交流电产生的磁场引起的电磁感应现象，故选项A正确B错误；电磁炉表面一般用绝缘材料制成，避免产生涡流，锅体用金属制成利用涡流加热物体，故选项CD错误．答案：A
5．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如下图所示，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( ) A．mgb B. mv2 C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋ mv2
解析：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．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．金属块机械能不再损失，在磁场中往复运动．由于金属块减少的动能和重力势能全部转化为内能，所以Q＝|ΔEp＋ΔEk|＝mg(b－a)＋ mv2.答案：D
涡流式电感测压传感器原理利用涡流效应可改变电感线圈电感的原理，可以测定动态压强．如图所示，一个空心线圈L由高频电源供电，在线圈的一端置有一块用非铁磁性材料制成的导电金属膜片，膜面与线圈的轴线相垂直．
当高频电流输入电感线圈L时，线圈便产生变化的磁场．在变化磁场的作用下，靠近线圈的金属膜片感应出与线圈轴线同心的涡流，而涡流又产生一个磁场，使通过线圈的磁通量发生变化，这也是一种互感作用．由图可知，在被测压强P作用下，金属膜片将沿着线圈的轴线移动，膜片靠近线圈越近，互感越大；反之，则越小．因此，金属膜片在被测压强作用下发生位移时，电感线圈的等效电感与被测压强之间存在确定的函数关系．
可以证明，当金属膜片受被测压强的作用移近线圈L时，互感增强将使导线线圈的等效电感减小．若用电学方法测出等效电感的变化，即可得知被测压强P.
知识与技能1．了解涡流产生的原理、涡流的防止和应用．2．了解电磁阻尼和电磁驱动．过程与方法1．通过实验探究，归纳、总结涡流产生的原理．2．通过实验探究，认识电磁阻尼和电磁驱动现象．
情感、态度与价值观1．通过实验的乐趣，积极去分析问题、解决问题，提高在学习中掌握知识的能力．2．通过理论与实际相结合，提高学习情趣，培养其用理论知识解决实际问题的能力．
在现代家庭的厨房中，电磁炉是家庭主妇非常青睐的炊具，它具有效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点．如图所示为电磁炉的实物图，工作时，给电磁炉接通电源，炉盘上面金属锅中的食物就能被加热．金属锅没有通电也没接触明火， 锅中的食物便可被加热，这是为什么？
1．定义：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感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水的旋涡，把它叫做涡电流，简称涡流．
2．产生：把金属块放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动时，金属块内都会产生涡流．涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律．3．特点：电流在金属块内自成闭合回路，整块金属的电阻很小，涡流往往很强．
4．利用用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流．涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度．利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．
5．防止电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上．线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器．因此，我们要想办法减小涡流．途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大，另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯．
1．概念：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运动的现象．2．应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数.
1．概念：如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动．如图所示，当转动蹄形磁铁时，线圈也跟着转动起来，产生这种现象的原因就是电磁驱动．
2．电磁驱动的原因分析：当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于图中所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了．根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来．说明：(1)线圈转动方向与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速，即同向异步．(2)下一章要介绍的感应电动机、家庭中用的电能表、汽车上用的电磁式速度表，也都是利用这种电磁驱动．
电磁阻尼与电磁驱动的区别
电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，安培力总是阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动．
例1 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，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( )
答案：D分析：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．
反思提升：本题易错选B、C.原因是错误地认为金属块最终停在O点处而错选B，或忽略了金属块刚开始滑动时具有动能而错选C.
变式训练1－1 如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一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．线圈中通以恒定电流，铁芯上放一铁锅水B．线圈中通以恒定电流，铁芯上放一玻璃杯水C．线圈中通以交变电流，铁芯上放一铁锅水D．线圈中通以交变电流，铁芯上放一玻璃杯水答案：C解析：通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．
例2 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金属线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图)，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况．
答案：见解析分析：金属线圈中产生的感应电流的磁场阻碍磁铁与线圈间的相对运动．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和线圈靠近或离开，也就使磁铁振动时除了空气阻力外，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．
反思提升：磁铁运动过程中实际是受到了电磁阻尼，所以很快停下来，如果把下面的金属线圈换成塑料线圈，则由于塑料线圈中不会产生感应电流，它对磁铁没有阻碍作用，磁铁停下来的时间与没有线圈时相同．
变式训练2－1 如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜球在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两点在同一水平线上B．A点高于B点C．A点低于B点D．铜球将做等幅摆动答案：B
解析：铜球进入磁场和出磁场的过程中，都有涡流产生，阻碍铜球的摆动，从而有机械能转化为内能，A点高于B点，最终铜球将在磁场中做等幅摆动．故选B.
例3 (电磁驱动原理)(课本P29第5题)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，该驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同．
答案：见解析解析：当磁铁向水平方向移动时，穿过圆环的磁通量减少，产生感应电流的磁场应与原磁场方向相同，即向下，故感应电流从上向下看沿顺时针，则因磁场的作用圆环各部分受水平方向的安培力作用，向外，且靠近磁铁一侧受力大，故环将向磁铁运动的方向运动．
变式训练3－1 如图所示，蹄形磁铁的N、S极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，若磁铁按图示方向绕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，但开始时转速小于磁铁的转速，以后会与磁铁的转速一致D．线圈与磁铁转动方向相同，但转速总小于磁铁的转速答案：D
解析：由于磁铁的转动，使穿过闭合线圈的磁通量发生变化，回路中有感应电流产生，感应电流的磁场要“阻碍”磁铁的转动，表现为线圈跟着磁铁同向转动，所以选项A错；线圈由于阻碍磁铁相对线圈的转动而跟着转起来后，根据楞次定律的“阻碍”作用，线圈的转速不会与磁铁一致，而且始终小于磁铁的转速，所以选项D正确.
例4 如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交流电的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起，当A中通有交流电时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化而焊接起来．
(1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系．(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件其他部分并不很热．答案：见解析分析：焊接是利用了涡流的热效应．
解析：(1)线圈A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流的热功率P＝I2R也越大，焊接越快．(2)B中各处电流大小相等，但在接口a处因是点接触，故此种接触电阻很大，电流的热功率P＝I2R也很大，而其他部分电阻很小，电流的热功率也很小，所以接口处已被熔化，而其他部分并不很热．反思提升：涡流现象产生的热效应取决于产生电流的强弱及电阻的大小．
变式训练4－1 我们用作煮食的炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相同．有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如天然气炉；还有以直接用电热方式加热的，例如电饭锅．下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉．
如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图．炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热物体的作用从而煮食．电磁炉的特点是：电磁炉的效率比一般的炉子都高，热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁炉火力强劲，安全可靠．
因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用．对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能被磁铁吸住的就能用．适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等．(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有(回答三个即可)：①____________________________；②____________________________；③____________________________.
(2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是__________．(3)在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？答案：见解析
解析：(1)①电流的磁效应(或电生磁) ②电磁感应现象(或磁生电) ③电流的热效应(或焦耳定律)(2)不能产生电磁感应现象；电阻率小，电热少，效率低(3)能起到加热作用．由于线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用.
1．当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中会产生________，看起来像水中的漩涡，所以把它叫做________，简称________．2．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________，这种现象称为电磁阻尼．3．如果磁场相对导体运动，导体中会产生感应电流，感应电流所受的安培力使导体运动起来．这种作用称为________．
1．感应电流 涡电流 涡流2．阻碍导体的运动3．电磁驱动
一、涡流1．定义：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感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水的漩涡，把它叫做涡电流，简称涡流．2．产生：把金属块放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动时，金属块内都会产生涡流．涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律．3．特点：电流在金属块内自成闭合回路，整块金属的电阻很小，涡流往往很强．
4．利用用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流．涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度．利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．5．防止电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上．线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器．因此，我们要想办法减小涡流．途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大．另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯．
如右图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，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 解析：铜环在进入和穿出磁场的过程中，穿过环的磁通量发生变化，则环中有感应电流产生，故应损耗一定的机械能．所以A点高于B点． 答案：B
1.右图是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交变电流的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起．当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化焊接起来． (1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系？ (2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件的其他部分并不很热？
解析：(1)A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流热功率P＝I2R也越大，焊接得越快．(2)B中各处电流大小相等，但接口a处电阻大，电流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，所以接口a处已被熔化而零件其他部分并不很热．
二、电磁阻尼和电磁驱动1．电磁阻尼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．说明：电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快的停下来，就是电磁阻尼作用．电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中．
2．电磁驱动 如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动． 如右图所示，当转动蹄形磁铁时，线圈也跟着转动起来，产生这种现象的原因就是电磁驱动． 电磁驱动的原因分析：当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于图中所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了．根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来．
磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是( )A．防止涡流 B．利用涡流C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用解析：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．答案：BC
2．如右图所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触．使磁铁转动，圆盘也会跟着转动．这种现象称为“电磁驱动”．请你说明电磁驱动的原理．
解析：当蹄形磁铁转动时，圆盘上不同位置的磁通量发生变化，因而圆盘中会有涡流形成，该涡流的磁场阻碍磁通量的变化，使圆盘随着磁铁一起转，但圆盘转动速度比磁铁慢．
1．(2011年宁夏银川)电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是( )A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗
解析：涡流是高频交流电产生的磁场引起的电磁感应现象，故选项A正确B错误；电磁炉表面一般用绝缘材料制成，避免产生涡流，锅体用金属制成利用涡流加热物体，故选项CD错误．答案：A
5．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如下图所示，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( ) A．mgb B. mv2 C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋ mv2
解析：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．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．金属块机械能不再损失，在磁场中往复运动．由于金属块减少的动能和重力势能全部转化为内能，所以Q＝|ΔEp＋ΔEk|＝mg(b－a)＋ mv2.答案：D
涡流式电感测压传感器原理利用涡流效应可改变电感线圈电感的原理，可以测定动态压强．如图所示，一个空心线圈L由高频电源供电，在线圈的一端置有一块用非铁磁性材料制成的导电金属膜片，膜面与线圈的轴线相垂直．
当高频电流输入电感线圈L时，线圈便产生变化的磁场．在变化磁场的作用下，靠近线圈的金属膜片感应出与线圈轴线同心的涡流，而涡流又产生一个磁场，使通过线圈的磁通量发生变化，这也是一种互感作用．由图可知，在被测压强P作用下，金属膜片将沿着线圈的轴线移动，膜片靠近线圈越近，互感越大；反之，则越小．因此，金属膜片在被测压强作用下发生位移时，电感线圈的等效电感与被测压强之间存在确定的函数关系．
可以证明，当金属膜片受被测压强的作用移近线圈L时，互感增强将使导线线圈的等效电感减小．若用电学方法测出等效电感的变化，即可得知被测压强P.
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