《2019-2020學(xué)年高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 第7節(jié) 渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)案 粵教版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 第7節(jié) 渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)案 粵教版選修3-2（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第七節(jié)　渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.認(rèn)識什么是渦流，理解渦流的成因及本質(zhì)．(重點)2.了解渦流加熱，渦流制動，渦流探測在生產(chǎn)、生活和科技中的應(yīng)用．(重點)3.了解在生產(chǎn)、生活中避免或減少渦流的方法．(難點) 一、渦流現(xiàn)象 1．渦流：整塊導(dǎo)體內(nèi)部因發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電流． 2．影響渦流大小的因素：導(dǎo)體的外周長越長，交變磁場的頻率越高，渦流就越大． 二、渦流現(xiàn)象的應(yīng)用與防止 1．渦流的應(yīng)用 (1)電磁灶：電磁灶是渦流現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用，采用了磁場感應(yīng)渦流的加熱原理． (2)感應(yīng)加熱：在感應(yīng)爐中，有產(chǎn)生高頻電流的大功率電源和產(chǎn)生交變磁場的線圈，其工作原理也是渦流

2、加熱． (3)渦流制動：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時，會在導(dǎo)體中激起渦流，渦流與磁場相互作用產(chǎn)生一個動態(tài)阻尼力，從而提供制動力矩阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動． (4)渦流探測：通有交變電流的探測線圈，產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)靠近金屬物時，在金屬物中激起渦流，隱蔽金屬物的等效電阻、電感也會反射到探測線圈中，改變通過探測線圈電流的大小和相位，從而探知金屬物． 2．渦流的防止 (1)原理：縮小導(dǎo)體的體積，增大材料的電阻率． (2)事例：電機(jī)和變壓器的鐵芯用硅鋼片疊壓而成． (3)目的：減少電能損失． 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)．(×) (2)把金屬塊放在

3、變化的磁場中可產(chǎn)生渦流．(√) (3)渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流．(×) (4)金屬探測器是利用渦流現(xiàn)象．(√) (5)電表線圈用鋁框作線圈骨架不是利用渦流現(xiàn)象．(×) 2．如圖所示，金屬球(銅球)下端有通電的線圈，今把小球拉離平衡位置后釋放，此后關(guān)于小球的運(yùn)動情況是(不計空氣阻力)(　　) A．做等幅振動 B．做阻尼振動 C．振幅不斷增大 D．無法判定 B　[小球在通電線圈磁場中運(yùn)動，小球中產(chǎn)生渦流，故小球要受到安培力作用阻礙它的相對運(yùn)動，做阻尼振動，故振幅越來越小，A、C、D錯誤，B正確．] 3．下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是(　　) A．把金

4、屬塊放在勻強(qiáng)磁場中 B．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做勻速運(yùn)動 C．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做變速運(yùn)動 D．把金屬塊放在變化的磁場中 D　[渦流就是整個金屬塊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，即穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化．而A、B、C中穿過金屬塊的磁通量不變化，所以A、B、C錯誤，把金屬塊放在變化的磁場中時，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，所以D正確．] 對渦流的理解 1.渦流的產(chǎn)生 渦流實際上是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場中，或者導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動時，導(dǎo)體內(nèi)部可以等效成許許多多的閉合電路，當(dāng)穿過這些閉合電路的

5、磁通量變化時，在導(dǎo)體內(nèi)部的這些閉合電路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，即導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了渦流． 2．渦流的特點 (1)電流強(qiáng)：當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流)時，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強(qiáng)． (2)功率大：根據(jù)公式P＝I2R知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大． 3．能量轉(zhuǎn)化 伴隨著渦流現(xiàn)象，常見以下兩種能量轉(zhuǎn)化． (1)如果金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能； (2)如果是金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能． 【例1】　如圖所示，在光滑水平桌面上放一條形磁鐵，分別

6、將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它一個初速度，讓其向磁鐵滾去，觀察小球的運(yùn)動情況(　　) A．都做勻速運(yùn)動 B．鐵球、鋁球都做減速運(yùn)動 C．鐵球做加速運(yùn)動，鋁球做減速運(yùn)動 D．鋁球、木球做勻速運(yùn)動 C　[鐵球靠近磁鐵時被磁化，與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的作用力，故鐵球?qū)⒓铀龠\(yùn)動；鋁球向磁鐵靠近時，穿過它的磁通量發(fā)生變化，因此在其內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場對原磁場的變化起阻礙作用，所以鋁球向磁鐵運(yùn)動時會受阻礙而減速；木球為非金屬，既不能被磁化，也不產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，所以磁鐵對木球不產(chǎn)生力的作用，木球?qū)⒆鰟蛩龠\(yùn)動．綜上所述，C項正確．] 渦流現(xiàn)象的分析方法 (1)

7、渦流是整塊導(dǎo)體中發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，分析渦流一般運(yùn)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律． (2)導(dǎo)體內(nèi)部可以等效為許多閉合電路． (3)導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)熱的原理是電流的熱效應(yīng)． 1．電磁爐是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物．下列相關(guān)的說法中正確的是 (　　) A．鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場變化的頻率有關(guān) B．電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作 C．金屬或環(huán)保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物 D．電磁爐的上表面一般都是用金屬材料制成，以加快熱傳遞減少熱損耗 A　[鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場變化的頻率有關(guān)，故A正確；直流電不能產(chǎn)生變化的磁場，在鍋體中不能產(chǎn)

8、生感應(yīng)電流，電磁爐不能使用直流電，故B錯誤；鍋體只能用鐵磁性導(dǎo)體材料，不能使用絕緣材料制作鍋體，故C錯誤；電磁爐的上表面如果用金屬材料制成，使用電磁爐時，上表面材料發(fā)生電磁感應(yīng)要損失電能，電磁爐上表面要用絕緣材料制作，故D錯誤．] , 對渦流的應(yīng)用與防止的理解 1.電磁阻尼 閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流時，導(dǎo)體在磁場中就要受到磁場力的作用，根據(jù)楞次定律，磁場力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動，于是產(chǎn)生電磁阻尼． 2．電磁驅(qū)動 如果磁場相對于導(dǎo)體運(yùn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動起來． 3．電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較 電磁阻

9、尼 電磁驅(qū)動 不同點 成因 由于導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動而產(chǎn)生感應(yīng)電流 由于磁場運(yùn)動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流 效果 安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，阻礙物體運(yùn)動 導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同，推動導(dǎo)體運(yùn)動 能量 轉(zhuǎn)化 導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，從而對外做功 相同點 兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象 【例2】　如圖所示，在一蹄形磁鐵下面放一個銅盤，銅盤和磁鐵均可以自由繞OO′軸轉(zhuǎn)動，兩磁極靠近銅盤，但不接觸，當(dāng)磁鐵繞軸轉(zhuǎn)動時，銅盤將(　　) A．以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵同

10、向轉(zhuǎn)動 B．以較小的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動 C．以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵反向轉(zhuǎn)動 D．靜止不動 思路點撥：①磁鐵轉(zhuǎn)動時，銅盤中會產(chǎn)生渦流．②由楞次定律可分析銅盤的轉(zhuǎn)動． B　[因磁鐵的轉(zhuǎn)動，引起銅盤中磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而受安培力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動，由楞次定律可知安培力的作用是阻礙相對運(yùn)動，所以銅盤與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，又由產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件可知，銅盤中能產(chǎn)生電流的條件必須是磁通量發(fā)生變化．故銅盤轉(zhuǎn)動方向與磁鐵相同而轉(zhuǎn)速較小，不能與磁鐵同速轉(zhuǎn)動，所以正確選項是B.] 對電磁阻尼和電磁驅(qū)動的理解 (1)電磁阻尼是感應(yīng)電流所受的安培力對導(dǎo)體做負(fù)功，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動；而電磁驅(qū)動是感應(yīng)電流所受的

11、安培力對導(dǎo)體做正功，推動導(dǎo)體的運(yùn)動． (2)在兩種情況下，安培力均是阻礙導(dǎo)體與磁場之間的相對運(yùn)動． (3)在電磁驅(qū)動中，主動部分的速度(或角速度)大于被動部分的速度(或角速度)． (4)電磁阻尼和電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，均可以根據(jù)楞次定律和左手定則分析導(dǎo)體的受力情況． 訓(xùn)練角度1：電磁阻尼問題 2．如圖所示，用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點，第一種情況是虛線左邊有勻強(qiáng)磁場，右邊沒有磁場。第二種情況是整個空間都有向外的勻強(qiáng)磁場，金屬環(huán)的擺動情況是(　　) A．兩種情況都經(jīng)過相同的時間停下來 B．第一種情況先停下來 C．第二種情況先停下來 D．無法確定 B　[只有左邊有勻強(qiáng)

12、磁場，金屬環(huán)在穿越磁場邊界時，由于磁通量發(fā)生變化，環(huán)內(nèi)一定會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，根據(jù)楞次定律將會阻礙相對運(yùn)動，所以擺動會很快停下來，這就是電磁阻尼現(xiàn)象．也可以用能量守恒來解釋：既然有電流產(chǎn)生，就一定有一部分機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化，最后電能通過導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．若空間都有勻強(qiáng)磁場，穿過金屬環(huán)的磁通量不變化，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就不會阻礙相對運(yùn)動，擺動就不會很快停下來．故選B.] 訓(xùn)練角度2：電磁驅(qū)動問題 3．如圖所示，光滑水平絕緣面上有兩個金屬環(huán)靜止在平面上，環(huán)1豎直，環(huán)2水平放置，均處于中間分割線上，在平面中間分割線正上方有一條形磁鐵，當(dāng)磁鐵沿中間分割線向右運(yùn)動時，下列說法正確的是(　　) A．兩

13、環(huán)都向右運(yùn)動 B．兩環(huán)都向左運(yùn)動 C．環(huán)1靜止，環(huán)2向右運(yùn)動 D．兩環(huán)都靜止 C　[條形磁鐵向右運(yùn)動時，環(huán)1中磁通量保持為零不變，無感應(yīng)電流，仍靜止．環(huán)2中磁通量變化。根據(jù)楞次定律，為阻礙磁通量的變化，感應(yīng)電流的效果是使環(huán)2向右運(yùn)動．] 課 堂 小 結(jié) 知 識 脈 絡(luò) 1.線圈中的電流變化時，線圈附近的導(dǎo)體中會產(chǎn)生渦流，渦流會產(chǎn)生熱量，因此在日常生活中，既要防止有害渦流，又要利用有益渦流． 2．導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力阻礙其運(yùn)動，即為電磁阻尼． 3．磁場運(yùn)動時，在磁場中的導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使導(dǎo)體受到安培力的作用而運(yùn)動起來，即為電磁驅(qū)動。

14、 1．如圖所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水．給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是(　　) A．恒定直流、小鐵鍋 B．恒定直流、玻璃杯 C．變化的電流、小鐵鍋 D．變化的電流、玻璃杯 C　[通入恒定電流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高．渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會升溫，故C正確．] 2.(多選)如圖所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框

15、上，這樣做的目的是(　　) A．防止渦流而設(shè)計的 B．利用渦流而設(shè)計的 C．起電磁阻尼的作用 D．起電磁驅(qū)動的作用 BC　[線圈通電后在安培力作用下轉(zhuǎn)動，鋁框隨之轉(zhuǎn)動，在鋁框內(nèi)產(chǎn)生渦流，渦流將阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來，這樣做是利用渦流來起電磁阻尼的作用．] 3．(多選)位于光滑水平面的小車上水平固定一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v0穿入螺線管，并最終穿出，如圖所示，在此過程中(　　) A．磁鐵做勻速直線運(yùn)動 B．磁鐵做減速運(yùn)動 C．小車向右做加速運(yùn)動 D．小車先加速后減速 BC　[磁鐵水平穿入螺線管時，螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，

16、由楞次定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流將阻礙磁鐵的運(yùn)動；同理，磁鐵穿出時，由楞次定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流將阻礙磁鐵的運(yùn)動，故整個過程中，磁鐵做減速運(yùn)動，選項A錯誤，B正確．對于小車上的螺線管來說，螺線管受到的安培力方向始終為水平向右，這個安培力使螺線管和小車向右運(yùn)動，且一直做加速運(yùn)動，選項C正確，D錯誤．] 4．(多選)如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫處產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是(　　) A．交流電的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快 B．交流電的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快 C．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻小 D．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻大 AD　[交流電頻率越高，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大，升溫越快，工件電流相同，電阻越大，溫度越高，放熱越多．] - 7 -