2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动导学单-（2019） 新人教版高中物理选择性必修二.rar

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动涡流、电磁阻尼和电磁驱动【学习目标学习目标】1. 了解感生电动势和动生电动势的概念2了解感生电动势和动生电动势产生的原因3能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算【开启新探索开启新探索】 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗? 【质疑提升质疑提升 1】电磁感应现象中的感生电场电磁感应现象中的感生电场1. 如图所示，一竖直向上的磁场通过水平放置的导线框，当磁场的磁感应强度逐渐增大时，试判定导线框中的电流方向？2. 为什么会在磁通量变化的闭合电路中产生感应电流呢？是谁提供了电荷定向移动的非静电力？如何判定非静电力方向？3. 如图所示，甲为电子感应加速器的侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动（俯视）。若要使电子加速，电磁铁线圈中的电流应如何变化？4感生电动势与动生电动势的比较对比项感生电动势动生电动势产生原因非静电力的来源大小决定因素方向判定方法【学以致用学以致用 1】（一）感生电动势的理解应用（一）感生电动势的理解应用1在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是(C)2在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是（ ） 沿 AB 方向磁场在迅速减弱 沿 AB 方向磁场在迅速增强 沿 BA 方向磁场在迅速减弱 沿 BA 方向磁场在迅速增强A B. C. D. 【质疑提升质疑提升 2】1 通过阅读，说说什么是涡流？涡流产生的原因是什么？. 你知道哪些实例是应用涡流？哪些是防止（减小）涡流？【学以致用学以致用 2】1 如图所示，一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( )A恒定直流、小铁锅 B恒定直流、玻璃杯C变化的电流、玻璃杯 D变化的电流、小铁锅2 如图所示为新一代炊具电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是( )A锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的B恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好C锅体中的涡流是由变化的磁场产生的D降低磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果【质疑提升质疑提升 3】.什么是电磁阻尼？电磁阻尼有哪些应用？【学以致用学以致用 3】1 如图所示，在 O 点正下方有一个有理想边界的磁场，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（ ）AA、B 两点在同一水平线 BA 点高于 B 点CA 点低于 B 点 D铜环将做等幅摆动 【质疑提升质疑提升 4】.什么是电磁驱动？电磁驱动有哪些应用？【学以致用学以致用 4】1.如图所示，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( )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BA【核心素养提升核心素养提升】1 如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环放在水平桌面上，环内有一带负电小球，整个装置处在竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将（ ）A沿顺时针方向运动 B沿逆时针方向运动C在原位置附近往复运动 D仍然保持静止状态 2 电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法中正确的是（）A电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热B是线圈发热，把热能传导给锅底来加热食物的C电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部D电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品3 四川三星堆新发现 6 个祭祀坑。挖掘之前考古人员用图示金属探测器在地面上进行探测定位，探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场又影响线圈中的电流，使探测器发出警报。则（）A发射线圈产生的磁场是恒定磁场B被测金属物中产生的电流是恒定电流C探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱无关D探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报4 如图所示，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()A增加线圈的匝数 B减小交流电源的频率C将金属杯换为瓷杯 D取走线圈中的铁芯5为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案，甲方案在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于零刻度中间；乙方案在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于零刻度中间。下列说法正确的是（）A甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流B甲方案中，铝板摆动时都能产生涡流，起电磁阻尼的作用C乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流D乙方案比甲方案更合理6如图所示,在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框 abcd。磁铁和线框都可以绕竖直轴 OO自由转动。若使蹄形磁铁以某角速度转动时，线框的情况将是（ ）A静止B随磁铁同方向转动C沿与磁铁相反方向转动D要由磁铁具体转动方向来决定7. 有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，铜盘就能在较短的时间内停止。分析这个现象产生的原因。 当铜盘在磁极间运动时，由于发生电磁感应现象，在铜盘中产生涡流，使铜盘受到安培力作用，而安培力阻碍导体的运动，所以铜盘很快就停了下来。8. 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。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，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象的产生原因，并说明此现象中能量转化的情况。当条形磁体的 N 极靠近线圈时，线圈中向下的磁通量增加，根据楞次定律可得，线圈中感应电流的磁场应该向上，再根据右手螺旋定则，判断出线圈中的感应电流方向为逆时针方向(自上而下看)。感应电流的磁场对条形磁体 N 极的作用力向上，阻碍条形磁体向下运动。当条形磁体的 N 极远离线圈时，线圈中向下的磁通量减小，根据楞次定律可得，线圈中感应电流的磁场应该向下，再根据右手螺旋定则，判断出线圈中的感应电流方向为顺时针方向(自上而下看)。感应电流的磁场对条形磁体 N 极的作用力向下，阻碍条形磁体向上运动。因此，无论条形磁体怎样运动，都将受到线圈中感应电流磁场的阻碍作用，所以条形磁体较快地停了下来，在此过程中，弹簧和磁体的机械能转化为线圈中的电能。9. 在科技馆中常看到这样的表演：一根长 1 m 左右的空心铝管竖直放置（图甲），把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。根据一般经验，小圆柱自由下落 1 m 左右的时间不会超过 0.5 s，但把小圆柱从上端放入管中后，过了许久它才从铝管下端落出。小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们相互吸引。是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管（图乙），圆柱在铝管中的下落就变快了。这又是为什么？在磁性很强的小圆柱下落的过程中，没有缺口的铝管中的磁通量发生变化(小圆柱上方铝管中的磁通量减小，下方的铝管中的磁通量增大)，所以铝管中将产生感应电流，感应电流的磁场对下落的小圆柱产生阻力，小圆柱在铝管中缓慢下落。如果小圆柱在有缺口的铝管中下落，尽管铝管中也会产生感应电流，感应电流的磁场也将对下落的小圆柱产生阻力，但这时的阻力非常小，所以小圆柱在有裂缝的铝管中下落比较快。10. 人造卫星绕地球运行时，轨道各处的地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有感应电流。分析这一现象中的能量转化情形。它对卫星的运动可能产生怎样的影响？ 这些微弱的感应电流，将使卫星受到地磁场的安培力作用。因为克服安培力作用，卫星的一部分机械能转化为电能，运动轨道离地面高度会逐渐降低。11. 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，驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同。当条形磁体向右移动时，金属圆环中的磁通量减小，圆环中将产生感应电流，金属圆环将受到条形磁体向右的作用力。这个力实际上就是条形磁体的磁场对感应电流的安培力，这个安培力将驱使金属圆环向右运动。2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动涡流、电磁阻尼和电磁驱动【学习目标学习目标】1. 了解感生电动势和动生电动势的概念2了解感生电动势和动生电动势产生的原因3能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算【开启新探索开启新探索】 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗? 【质疑提升质疑提升 1】电磁感应现象中的感生电场电磁感应现象中的感生电场1. 如图所示，一竖直向上的磁场通过水平放置的导线框，当磁场的磁感应强度逐渐增大时，试判定导线框中的电流方向？2. 为什么会在磁通量变化的闭合电路中产生感应电流呢？是谁提供了电荷定向移动的非静电力？如何判定非静电力方向？3. 如图所示，甲为电子感应加速器的侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动（俯视） 。若要使电子加速，电磁铁线圈中的电流应如何变化？4感生电动势与动生电动势的比较对比项感生电动势动生电动势产生原因非静电力的来源大小决定因素方向判定方法【学以致用学以致用 1】（一）感生电动势的理解应用（一）感生电动势的理解应用1在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是()2在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是（ ） 沿 AB 方向磁场在迅速减弱 沿 AB 方向磁场在迅速增强 沿 BA 方向磁场在迅速减弱 沿 BA 方向磁场在迅速增强A B. C. D. 【质疑提升质疑提升 2】1 通过阅读，说说什么是涡流？涡流产生的原因是什么？. 你知道哪些实例是应用涡流？哪些是防止（减小）涡流？【学以致用学以致用 2】1 如图所示，一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( )A恒定直流、小铁锅 B恒定直流、玻璃杯C变化的电流、玻璃杯 D变化的电流、小铁锅2 如图所示为新一代炊具电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是( )A锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的B恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好C锅体中的涡流是由变化的磁场产生的D降低磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果【质疑提升质疑提升 3】.什么是电磁阻尼？电磁阻尼有哪些应用？【学以致用学以致用 3】1 如图所示，在 O 点正下方有一个有理想边界的磁场，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（ ）AA、B 两点在同一水平线 BA 点高于 B 点CA 点低于 B 点 D铜环将做等幅摆动 【质疑提升质疑提升 4】.什么是电磁驱动？电磁驱动有哪些应用？BA【学以致用学以致用 4】1.如图所示，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( )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【核心素养提升核心素养提升】1 如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环放在水平桌面上，环内有一带负电小球，整个装置处在竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将（ ）A沿顺时针方向运动 B沿逆时针方向运动C在原位置附近往复运动 D仍然保持静止状态 2 电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法中正确的是（）A电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热B是线圈发热，把热能传导给锅底来加热食物的C电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部D电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品3 四川三星堆新发现 6 个祭祀坑。挖掘之前考古人员用图示金属探测器在地面上进行探测定位，探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场又影响线圈中的电流，使探测器发出警报。则（）A发射线圈产生的磁场是恒定磁场B被测金属物中产生的电流是恒定电流C探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱无关D探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报4 如图所示，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()A增加线圈的匝数 B减小交流电源的频率C将金属杯换为瓷杯 D取走线圈中的铁芯5为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案，甲方案在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于零刻度中间；乙方案在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于零刻度中间。下列说法正确的是（）A甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流B甲方案中，铝板摆动时都能产生涡流，起电磁阻尼的作用C乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流D乙方案比甲方案更合理6如图所示,在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框 abcd。磁铁和线框都可以绕竖直轴 OO自由转动。若使蹄形磁铁以某角速度转动时，线框的情况将是（ ）A静止B随磁铁同方向转动C沿与磁铁相反方向转动D要由磁铁具体转动方向来决定7. 有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，铜盘就能在较短的时间内停止。分析这个现象产生的原因。8. 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。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，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象的产生原因，并说明此现象中能量转化的情况。9. 在科技馆中常看到这样的表演：一根长 1 m 左右的空心铝管竖直放置（图甲），把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。根据一般经验，小圆柱自由下落 1 m 左右的时间不会超过 0.5 s，但把小圆柱从上端放入管中后，过了许久它才从铝管下端落出。小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们相互吸引。是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管（图乙），圆柱在铝管中的下落就变快了。这又是为什么？10. 人造卫星绕地球运行时，轨道各处的地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有感应电流。分析这一现象中的能量转化情形。它对卫星的运动可能产生怎样的影响？ 11. 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，驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同。