第四章 电磁感应
第7节 涡流、电磁阻尼与电磁驱动
[随堂演练]
1．(涡流的应用)(多选)安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”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
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
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电流，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，又利用了电流的磁效应，D对。
答案 BD
2．(对电磁阻尼的理解)(多选)如图4－7－6所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是
图4－7－6
A．防止涡流而设计的 B．利用涡流而设计的
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转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流，涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用。
答案 BC
3．(对电磁驱动的理解)如图4－7－7所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是
图4－7－7
A．两环都向右运动 B．两环都向左运动
C．环1静止，环2向右运动 D．两环都静止
解析 条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动
答案 C
4．(对电磁驱动的理解)(多选)位于光滑水平面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水平穿过，如图4－7－8所示，在此过程中
图4－7－8
A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动
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，由楞次定律知螺线管左端相当于S极，与磁铁S极相斥，阻碍磁铁的运动。同理，磁铁穿出时，由楞次定律知螺线管右端为S极，与磁铁的N极相吸，阻碍磁铁的运动。故整个过程中，磁铁做减速运动，选项B是正确的。而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺线管会产生感应电流，从而使螺线管受到的安培力都是水平向右的，在这个安培力的作用下小车向右运动起来，且一直做加速运动。故选项C正确。综上所述，正确选项为B、C。
答案 BC
[限时检测]
?题组一 涡流的应用
1．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
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均错误；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
2．(多选)如图4－7－9所示，光滑金属球从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，设金属球初速度为零，曲面光滑，则
图4－7－9
A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于h
B．若是匀强磁场，球滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h
解析 若是匀强磁场，则穿过球的磁通量不发生变化，球中无涡流，机械能没有损失，故球滚上的高度等于h，选项A错、B对；若是非匀强磁场，则穿过球的磁通量发生变化，球中有涡流产生，部分机械能转化为内能，故球滚上的高度小于h，选项C错、D对。
答案 BD
3．(多选)如图4－7－10所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是
图4－7－10
A．探测器内的探测线圈会产生交变磁场
B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
答案 AD
4．如图4－7－11所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法中正确的是
图4－7－11
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的
B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
解析 电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过舍铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，故选项A、D错误，B正确；而选项C是微波炉的加热原理，C错误。
答案 B
?题组二 对电磁阻尼的理解
5．如图4－7－12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
图4－7－12
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．铜环做等幅摆动
解析 铜环进入磁场和出磁场的过程中，都有涡流产生，阻碍铜环的摆动，从而有机械能转化为内能，A点高于B点，A、C错误，B正确；往复运动一段时间，由于铜环的一部分机械能转化为电能，其摆动幅度逐渐减小，当铜环完全进入磁场后，铜环最终将在磁场中做等幅摆动，D错误。
答案 B
6．(多选)如图4－7－13是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是
图4－7－13
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
解析 1在2中转动产生涡流，受到安培力作用阻碍指针的转动，故A、D正确。
答案 AD
7．(多选)如图4－7－14所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面。下面对两管描述可能正确的是
图4－7－14
A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的
B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的
C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的
D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的
解析 磁性小球穿过金属圆管过程中，将圆管看做由许多金属圆环组成，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，据楞次定律，该电流阻碍磁性小球的下落，小球向下运动的加速度小于重力加速度；小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体运动，穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少。
答案 AD
8．甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转，当给以相同的初角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图4－7－15所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是
图4－7－15
A．甲环先停 B．乙环先停
C．两环同时停下 D．无法判断两环停止的先后
解析 甲环转动时不产生感应电流，而乙环转动时产生感应电流，因而据楞次定律得知，乙环必受到阻碍其转动的安培力作用，所以乙环先停下来，故B正确。
答案 B
9．如图4－7－16所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则
图4－7－16
A．铜盘转动将变慢
B．铜盘转动将变快
C．铜盘仍以原来的转速转动
D．铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁的上下两端的极性来决定
解析 当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流受到的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘的转动将变慢，本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢，故正确选项为A。
答案 A
10．如图4－7－17所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它们一个相同的初速度，让其向磁铁滚去，观察小球的运动情况是
图4－7－17
A．都做匀速运动
B．甲、乙做加速运动
C．甲做加速运动，乙做减速运动，丙做匀速运动
D．甲做减速运动，乙做加速运动，丙做匀速运动
解析 铁球将加速运动，其原因是铁球被磁化后与磁铁之间产生相互吸引的磁力。铝球将减速运动，其原因是铅球内产生了感应电流，感应电流的磁场阻碍相对运动。木球将匀速运动，其原因是木球既不能被磁化，也不能产生感应电流，所以磁铁对木球不产生力的作用。
答案 C
11．(多选)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、开关相连，如图4－7－18所示。线圈上端与电源正极相连，闭合开关的瞬间，铝环向上跳起。则下列说法中正确的是
图4－7－18
A．若保持开关闭合，则铝环不断升高
B．若保持开关闭合，则铝环停留在某一高度
C．若保持开关闭合，则铝环跳起到某一高度后将回落
D．如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变
解析 铅环跳起是开关S闭合时，铝环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的。
答案 CD
?题组三 对电磁驱动的理解
12．(多选)如图4－7－19所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时
图4－7－19
A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同
B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小
C．线圈转动时将产生感应电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
解析 本题考查电磁驱动和楞次定律。当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生感应电流，故C正确；当线圈相对磁铁转过90°时电流方向不再是abcda，D错误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度，如两者的角速度相同，磁感线与线圈处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，故A错误、B正确。
答案 BC
13．如图4－7－20所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是
图4－7－20
A．先向左，后向右 B．先向左、后向右、再向左
C．一直向右 D．一直向左
解析 根据楞次定律的“阻碍变化”和“来拒去留”，当两磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动的趋势，受木板的摩擦力向左，当磁铁远离时，线圈要阻碍其远离，仍有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故选项D正确。
答案 D
14．如图4－7－21所示，质量m＝100 g的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h＝0.8 m，有一质量M＝200 g的小磁铁(长度可忽略)，以10 m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m，则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看做平抛运动)：
图4－7－21
(1)铝环向哪边偏斜？
(2)若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？(g取10 m/s2)
解析 (1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏斜(阻碍相对运动)。
(2)由能量守恒可得：由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出磁铁穿过后的速度
v＝ m/s＝9 m/s
E电＝Mv－Mv2－mv′2＝1.7 J。
答案 (1)铝环向右偏 (2)1.7 J
课件30张PPT。第7节 涡流、电磁阻尼与电磁驱动[学习目标]
1.了解涡流是怎样产生的。
2．了解涡流现象的利用和危害。
3．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。
4．了解电磁阻尼和电磁驱动。一、涡流
1．概念：当线圈中的电流随时间变化时，由于______________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作_________。
2．应用：__________、_________________、机场安检等。电磁感应涡流探雷器真空冶炼炉3．防止：将电动机、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_________，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________________________叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。电阻率相互绝缘的硅钢片二、电磁阻尼和电磁驱动
1．电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，___________会使导体受到安培力，安培力总是________导体运动，这种现象叫电磁阻尼。
2．电磁驱动：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，________使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。
3．电磁驱动的应用：交流感应电动机。感应电流阻碍安培力判断下列说法的正误。
1．涡流也是一种感应电流。( )
2．导体中有涡流时，导体本身会产热。( )
3．利用涡流制成的探雷器无法探出“石雷”。( )
4．电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。( )
5．电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。( )
6．电磁驱动时，被驱动的导体中有感应电流。( )［自主思考］√√√√√√考点一 对涡流的理解及应用2．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。
3．能量转化
伴随着涡流现象，其他形式的能转化为电能，最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属的机械能转化为电能，最终转化为内能。[题组突破]
1．(多选)如图4－7－1所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有图4－7－1A．增加线圈的匝数
B．提高交流电源的频率
C．将金属杯换为瓷杯
D．取走线圈中的铁芯解析 根据题意要缩短加热时间，只需要提高感应电动势，所以增加线圈的匝数、提高交流电源的频率都可以实现，A、B项正确；取走线圈中的铁芯，对应的感应电动势变小，故D项错误；将金属杯换为瓷杯，加热作用消失，故C项错误。
答案 AB2．(多选)如图4－7－2所示为高频焊接原理示意图，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用图4－7－2A．增大交变电流的电压
B．增大交变电流的频率
C．增大焊接缝的接触电阻
D．减小焊接缝的接触电阻解析 逐项分析如下3．如图4－7－3所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小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图4－7－3A．恒定直流、小铁锅
B．恒定直流、玻璃杯
C．变化的电流、小铁锅
D．变化的电流、玻璃杯解析 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。
答案 C电磁阻尼与电磁驱动的比较考点二 电磁阻尼与电磁驱动[例 题] (2015·全国Ⅰ卷)(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。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4－7－4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。下列说法中正确的是图4－7－4A．圆盘上产生了感应电动势
B．圆盘内的涡电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发生了变化
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[审题探究]
(1)磁针产生的磁场是怎样的？
(2)两个相反方向的磁场穿过圆盘时，如何求磁通量？
(3)如何理解感应电动势的产生原理？[解析] 当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针磁场的磁感线，产生感应电动势，故选项A正确。如图所示，圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，故选项B正确。
在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为0，故选项C错误。
圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转，而不会使磁针转动起来，故选项D错误。[答案] AB如图4－7－5所示，弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现［变式训练］图4－7－5 A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变
B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变
C．S闭合或断开，振幅变化相同
D．S闭合或断开，振幅都不发生变化
解析 S断开时，磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中无感应电流，振幅不变；S闭合时有感应电流；磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减少，选项A正确。
答案 A［课堂回顾 知识小结］本节结束
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