第7节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
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知识点
题号
1.涡流的产生条件
1
2.涡流的热效应及综合应用
3、10、11
3.涡流的防止与应用
2
4.电磁驱动
5、7、8
5.电磁阻尼
4、6、9
巩固基础
1.下列做法中可能产生涡流的是( D )
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
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.
2.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( BC )
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.
3.如图所示,闭合金属环从曲面上h高处滚下,又沿曲面的另一侧上升,设环的初速度为零,摩擦不计,曲面处在图示磁场中,则( BD )
A.若是匀强磁场,环滚上的高度小于h
B.若是匀强磁场,环滚上的高度等于h
C.若是非匀强磁场,环滚上的高度等于h
D.若是非匀强磁场,环滚上的高度小于h
解析:若是匀强磁场,金属环中无涡流产生,无机械能损失;A错误,B正确.若是非匀强磁场,金属环中有涡流产生,机械能损失转化为内能.C错误,D正确.
4.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( A )
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,磁铁振动时穿过线圈的磁通量发生变化,但线圈中无感应电流,故振幅不变;S闭合时,有感应电流,有电能产生,磁铁的机械能越来越少,振幅逐渐减小,故A正确.
5.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( D )
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:当两块磁铁匀速向右通过线圈时,线圈内产生感应电流,线圈受到的安培力阻碍线圈相对磁铁的向左运动,故线圈有相对木板向右运动的趋势,故受到的静摩擦力总是向左.选项D正确,A、B、C错误.
本题直接从电磁驱动角度分析线圈受力,使问题简单明了.
6.如图所示,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,下列对于两管的描述中可能正确的是( AD )
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:磁性小球通过金属圆管过程中,将圆管看成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,根据楞次定律,该电流阻碍小球的下落,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,仍做自由落体运动,穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间短,故可能正确的为A、D.
7.如图所示,闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴OO'自由转动,开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内,若条形磁铁突然绕OO'轴,N极向纸里,S极向纸外转动,在此过程中,圆环将( A )
A.产生逆时针方向的感应电流,圆环上端向里、下端向外随磁铁转动
B.产生顺时针方向的感应电流,圆环上端向外,下端向里转动
C.产生逆时针方向的感应电流,圆环并不转动
D.产生顺时针方向的感应电流,圆环并不转动
解析:当条形磁铁的N极向纸里,S极向纸外转动时,闭合导线环的总的磁通量是向里增加的,根据楞次定律知,感应电流产生的磁场应向外,故感应电流的方向沿逆时针方向;再根据电磁驱动的原理知,导线环应随磁铁同向转动,即上端向里、下端向外转动.选项A正确.
8.如图所示,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,下列说法中正确的是( C )
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.故C项正确.
提升能力
9.如图所示,通有恒定电流的螺线管竖直放置,一铜环R沿螺线管的轴线加速下落,在下落过程中,环面始终保持水平.铜环先后经过轴上1、2、3位置时的加速度分别为a1、a2、a3.位置2处于螺线管的中心,位置1、3与位置2等距,则( ABD )
A.a1a)处以速度v沿抛物线下滑,假设抛物线足够长,则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( D )
A.mgb B.mv2
C.mg(b-a) D.mg(b-a)+mv2
解析:最终金属块将在磁场内y=a线以下沿抛物线上下滑动,由能量守恒可知D正确.
只要穿过金属块的磁通量发生变化,金属块中就会有涡流产生,机械能转化为内能.
11.如图所示,质量为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,有一质量为M=200 g的小磁铁(长度可忽略),以v0=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l=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):
(1)铝环向哪边偏斜?
(2)若铝环在磁铁穿过后速度为v'=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=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)磁铁穿过铝环后的速度v= m/s=9 m/s
由能量守恒可得E电=M-Mv2-mv'2=1.7 J.
答案:(1)铝环向右偏斜 (2)1.7 J
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