2020人教版高二物理选修3：2_第7节涡流

第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动

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．

|基础知识·填一填|

一、涡流

1．定义：

做涡电流，简称涡流．

2．特点：

3．应用

(1)

(2)

4．防止

(1)

(2)

二、电磁阻尼

1．定义：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8阻碍导体的运动的现象．

2．应用：

三、电磁驱动

1．定义：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到

2．应用：交流感应电动机．

|基础小题·做一做|

1．正误判断

(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)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律．(√)

(4)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化．(√)

(5)电磁驱动时，被驱动的导体中有感应电流．(√)

2．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物，下列相关的说法正确的是()

A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关

B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作

C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物

D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗

解析：选A锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制成锅体，故C错误；电磁炉产生变化的磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量而不是靠热传递，故D错误．

3．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，下列说法正确的是()

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：选C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，感应电流的效果是使环2向右运动．

4．涡流的产生条件是什么？块状金属在匀强磁场中运动时，能否产生涡流？

提示：①涡流是发生电磁感应现象时产生的感应电流，故涡流的产生条件：

a．金属块本身能够形成闭合回路；b.穿过金属块的磁通量发生变化．

②块状金属在匀强磁场中运动时不能产生涡流，因为穿过该金属块的磁通量不发生变化．

|核心知识·记一记|

1．线圈中的电流变化时，线圈附近的导体中会产生涡流，涡流会产生热量，因此在日常生活中，既要防止有害涡流，又要利用有益涡流．

2．导体在磁场中运动，感应电流会使导体受到安培力阻碍其运动，即为电磁阻尼．

3．磁场运动时，在磁场中的导体内会产生感应电流，使导体受到安培力的作用而运动起来，即为电磁驱动．

★要点一对涡流的理解和应用

|要点梳理|

1．涡流的特点

当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大．

2．涡流中的能量转化

涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能．如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果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，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能．

|例题展示|

【例1】 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y ＝x 2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y ＝a 的直线(如图中的虚线所示)．一个小金属块从抛物线上y ＝b (b >a )处以速度v 沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )

A ．mgb

B ．12

m v 2 C ．mg (b －a )

D ．mg (b －a )＋12m v 2 [解析] 由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒．初状态机械能

E 1

＝mgb ＋12m v 2，末状态机械能E 2＝mga ，焦耳热Q ＝E 1－E 2＝mg (b －a )＋12

m v 2. [答案] D

[易 错 警 示]

涡流问题的两点提醒

(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律．

(2)磁场变化越快⎝⎛⎭

⎫ΔB Δt 越大，导体的横截面积S 越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大．

|对点训练|

1．金属探测器是用来探测金属的仪器，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稳定的磁场

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

解析：选C金属探测器利用涡流探测金属物品原理是：探测器内线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到．故A、B、D错误，C正确．

2．电磁炉(图(甲))的使用让生活便利，环保低碳，它是利用电磁感应原理将电能转换为热能的．某位同学设计了一个小实验模拟电磁炉的工作原理，如图(乙)，在插入铁芯的线圈上端放置一盛有冷水的铁质杯，现接通电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．关于该实验，下列说法正确的是()

A．该同学使用的电源既可以是交流电源，也可以是直流电源

B．高频电磁炉有加热线圈，通过热传导将热能传导给锅体及锅内食物

C．提高交流电源的频率，同一杯水重复试验，水加热到沸腾时间缩短

D．将铁质杯换成电阻率更小的铝质或铜质杯，同一杯水重复试验，水加热到沸腾时间缩短

解析：选C由于采用的是电磁感应原理，要使线圈中产生感应电流，所需磁场必须是变化的，所以只能采用交流电源，故A错误；本实验采用的是电磁感应原理，即线圈中产