物理3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动精品课后测评

第二章　电磁感应

课时2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动

1. 知道感生电场的产生。
2. 知道涡流是如何产生的。
3. 知道涡流对我们有不利和有利两方面的影响，以及如何利用和防止涡流。
4. 知道电磁阻尼和电磁驱动。

一、涡流

1．定义：由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。

2．特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多。

3．应用

(1)涡流热效应：如真空冶炼炉。

(2)涡流磁效应：如探雷器、安检门。

4．防止

电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。

(1)途径一：增大铁芯材料的电阻率。

(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯。

二、电磁阻尼和电磁驱动

1．电磁阻尼

(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。

2．电磁驱动

(1)概念：磁场相对导体转动时，导体中产生感应电流，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的现象。

(2)应用：交流感应电动机。

基础过关练

题组一　电磁感应现象中的感生电场

1.(多选)下列说法中正确的是 (　　)

A.感生电场由变化的磁场产生

B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场

C.感生电场的方向同样也可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定

D.感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向

2.(多选)如图所示，一个闭合线圈静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使线圈中产生了感应电动势，下列说法中正确的是 (　　)

A.使电荷定向移动形成电流的力是磁场力

B.磁场变化时，会在空间激发一个电场

C.从上往下看，当磁场增强时，线圈中有逆时针方向的感应电流

D.使电荷定向移动形成电流的力是电场力

题组二　涡流

3.如图所示是冶炼金属的真空冶炼炉的示意图，冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时炉内被冶炼的金属就会熔化。这种冶炼方法速度快、温度容易控制，并能避免杂质混入被冶炼金属中，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.利用红外线

C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流

D.利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波

4.以下属于涡流现象的应用的是 (　　)

5.(多选)下列磁场垂直加在金属圆盘上能产生涡流的是 (　　)

题组三　电磁阻尼和电磁驱动

6.(多选)关于电磁阻尼，下列说法正确的是 (　　)

A.当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动的现象称为电磁阻尼

B.磁电式仪表利用电磁阻尼原理使指针迅速停下来，从而便于读数

C.电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功的现象，阻碍导体运动

D.电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律

7.(多选)如图所示为演示电磁驱动的装置，图中①是磁铁，②是电机，当电机带动磁铁旋转时，靠近它们的金属圆盘(图中③)也会绕轴转动起来。关于电磁驱动与电磁阻尼，下列说法正确的是 (　　)

A.电磁驱动是一种非接触传动，它减小了皮带或齿轮传动的粉尘、噪音、震动等危害，还能避免磨损问题

B.电磁驱动离不开涡流，正是磁场对涡流的作用力，实现了这种非接触传动，而且磁铁和圆盘的转速可以达到同步

C.电磁驱动效率可以达到100%

D.磁电式仪表运输过程中用导线将正负接线柱短接，利用了电磁阻尼

能力提升练

题组一　涡流的产生及应用

1.()(多选)金属探测器是用来探测金属的仪器，如图所示，关于其工作原理，下列说法中正确的是 (　　)

A.探测器内的探测线圈会产生变化的磁场

B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到

C.探测到金属物是因为金属物中产生了涡流

D.探测到金属物是因为探测器中产生了涡流

2.()(多选)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。如图所示为一手持式封口机，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.封口机工作时封口头内的线圈中有短时间的恒定电流通过

C.可以通过控制封口头内线圈中电流的频率来设定铝箔发热的功率

D.封口头内线圈中电流产生的磁场方向应当与铝箔表面垂直

题组二　电磁阻尼和电磁驱动的比较及应用

3.()如图所示，将一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，铝框可以绕竖直的转轴OO'自由转动。转动手柄使磁铁绕竖直转轴旋转，观察到铝框会随之转动。对这个实验现象的描述和解释，下列说法中正确的是 (　　)

A.铝框的转动方向与蹄形磁铁的转动方向一定是相同的

B.铝框的转动快慢与蹄形磁铁的转动快慢总是一致的

C.铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时，铝框中的感应电流最大

D.铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时，铝框两个竖直边受到的磁场力均为零

4.()(多选)物理课上，老师做了一个“电磁阻尼”的实验：如图甲所示，A摆摆片是铜片，B摆摆片由相互绝缘的导体片叠加而成，A、B两摆在通过磁场时，A摆很快停下来，B摆摆动了很长一段时间后才停下。图乙是致远同学另找器材再来探究此实验的装置：A是由摆片和细杆组成的摆，其摆动平面在磁铁的两极之间，当绕在磁铁上的励磁线圈未通电时，摆片可自由摆动，要经过较长时间才会停下来；当线圈通电时，摆动应当迅速停止。他连接好电路，经重复实验，均没出现摆动迅速停止的现象。对比老师的演示实验，下列四个选项中，正确的说法是 (　　)

A.老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流

B.老师实验中，B摆摆动了很长时间后才停下来的原因是摆上没有产生感应电流

C.致远同学没有成功的原因可能是所选线圈的匝数过多

D.致远同学没有成功的原因可能是构成摆的材质是塑料

5.()如图1所示是一个电磁阻尼现象演示装置，钢锯条上端固定在支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摆动较长时间；如图2所示，若在其正下方固定一铜块(不与磁铁接触)，则摆动迅速停止。关于该实验，以下分析与结论正确的是 (　　)

A.如果将磁铁的磁极调换，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象

B.用闭合的铜制线圈替代铜块，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象

C.在图2情况中，下摆和上摆过程中磁铁和锯条组成的系统机械能均减少

D.在摆动过程中铜块不受磁铁的作用力

答案全解全析

基础过关练

1.AC　变化的电场一定产生磁场，磁场变化时可以在周围空间激发电场，选项A正确。恒定的磁场在周围空间不能产生电场，选项B错误。感生电场的方向同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定，选项C正确。感生电场的电场线是闭合曲线，其电场方向可根据磁场的变化情况由楞次定律和右手螺旋定则判断，选项D错误。

2.BD　在变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，选项B正确；因线圈处于激发的电场中，电场力使线圈中的自由电荷定向移动，从而产生了感应电流，选项A错误，D正确；当磁场变强时，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向向下，从上往下看，线圈中有顺时针方向的感应电流，选项C错误。

3.C　把被冶炼的金属放在冶炼炉中，冶炼炉外面绕着线圈，给线圈通入高频交流电，冶炼炉内待冶炼的金属在快速变化的磁场中感应出很强的涡流，涡流产生大量的热量使金属熔化，选项C正确。

4.B　电烤箱是利用电流的热效应工作的，选项A不符合题意；监考老师手中的金属探测器，可以探测人身是否携带通讯设备(金属制品)，是通过金属中产生涡流而使报警器发出报警信号的，选项B符合题意；高压作业人员穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业，利用了静电屏蔽原理，选项C不符合题意；车载充电器工作时利用的是变压器原理(第三章内容)，选项D不符合题意。

5.BCD　只有垂直加在金属圆盘上的是变化的磁场，才会引起磁通量的变化，使金属圆盘内产生涡流，选项B、C、D正确，A错误。

6.ABC　根据电磁阻尼的定义知，当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动的现象称为电磁阻尼，选项A正确；磁电式仪表利用电磁阻尼原理使指针迅速停下来，从而便于读数，选项B正确；电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功的现象，阻碍导体运动，选项C正确；电磁阻尼现象实质上是电磁感应现象，分析时不仅遵循楞次定律，同样也遵循法拉第电磁感应定律，选项D错误。

7.AD　电磁驱动利用磁场对涡流的作用力，实现了非接触传动，减小了皮带或齿轮传动的粉尘、噪音、震动等危害，还能避免磨损问题，但磁铁与圆盘的转速不可能达到同步，要有速度差，选项A正确，B错误；涡流要消耗能量，所以电磁驱动效率必定小于100%，选项C错误；磁电式仪表运输过程中用导线将正负接线柱短接，当指针摆动时产生感应电流，要阻碍转子的运动，利用了电磁阻尼，选项D正确。

能力提升练

1.AC　金属探测器利用涡流探测金属物品的原理是：探测器内的探测线圈中有交变电流，产生交变磁场，金属物品在交变磁场中会产生感应电流(涡流)，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在探测线圈中产生感应电流，引起线圈中电流发生变化，从而探测到金属物品，选项A、C正确，B、D错误。

2.CD　由涡流的产生原理可知，当磁感线穿过封口处的铝箔材料时，铝箔中产生涡流，致使铝箔自行快速发热；而如果封口材料用普通塑料来代替，则不能产生涡流，不能起到加热的作用，选项A错误；由涡流的产生原理可知，穿过线圈的磁场必须是变化的磁场，才能使铝箔内产生涡流，所以封口机工作时封口头内的线圈中有高频变化的电流，选项B错误；若改变封口头内线圈中电流的频率，则电流产生的交变磁场的频率也发生改变，则周期改变，根据法拉第电磁感应定律可知在铝箔内产生的感应电动势改变，则产生的涡流大小改变，封口过程中铝箔的发热功率改变，所以可以通过控制封口头内线圈中电流的频率来设定铝箔发热的功率，选项C正确；由封口机的工作原理可知，封口头内线圈中电流产生的磁场发生改变时，铝箔表面的磁通量发生改变，产生涡流，当封口头内线圈中电流产生的磁场方向与铝箔表面垂直时，在铝箔内部产生的涡流效果最好，选项D正确。

3.A　铝框的转动方向与蹄形磁铁的转动方向一定是相同的，选项A正确；铝框的转动快慢与蹄形磁铁的转动快慢有关，但铝框比磁铁转动得慢，选项B错误；铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时，铝框中的感应电流为零，选项C错误；铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时，铝框两个竖直边受到的磁场力等大反向，选项D错误。

易错警示　电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的效果是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的效果，导体的运动速度要小于磁铁的运动速度。

4.AD　老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流，从而阻碍磁通量的变化，选项A正确；老师实验中，B摆摆片是用相互绝缘的导体片叠加成的，产生的涡流很小，所以B摆摆动了很长时间后才停下来，B错误；线圈的匝数越多，摆受阻碍作用越明显，则越容易停下来，选项C错误；如果致远同学实验时所用摆的材质是塑料，则不会产生感应电流，摆不会受到磁场力作用，故摆不会很快停下来，选项D正确。

5.C　此实验的原理是：当磁铁在铜块正上方摆动时，在铜块中产生涡流，涡流的磁场阻碍磁铁的运动。如果将磁铁的磁极调换，重复实验仍能观察到电磁阻尼现象，选项A错误；用闭合的铜制线圈替代铜块，仍能在线圈中产生感应电流，从而对磁铁的运动产生阻碍作用，则重复实验仍能观察到电磁阻尼现象，选项B错误；在图2情况中，磁铁下摆和上摆过程中，铜块均会产生涡流，从而消耗机械能，则磁铁和锯条组成的系统机械能均减少，选项C正确；在摆动过程中，铜块对磁铁有阻碍作用，同时铜块也要受磁铁的作用力，选项D错误。