专题二十二 涡流-高中物理专题题型精讲精练(人教版选择性必修二)

专题二十二 涡流

基本知识点

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 ＝I 2R 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。

3．注意：(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。

例题分析

一、对涡流的理解

例1 下列关于涡流的说法中正确的是( )

A ．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的

B ．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流

C ．涡流有热效应，但没有磁效应

D ．在硅钢中不能产生涡流

解析 涡流本质上是感应电流，是导体自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，所以A 对，B 错．涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，C 错．硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，D 错．

答案 A

归纳总结：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。

(1)途径一：增大铁芯材料的电阻率。

(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯。

(对应训练)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

二、涡流在电磁炉中的应用

例2如图所示，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()

A．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

归纳总结：(1)穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件．

(2)涡流只能产生在导体内部．

(对应训练)如图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()

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，变化的磁场通过含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，A、D错误，B正确；C项是微波炉的加热原理，C错误。

答案B

三、涡流在焊接中的应用

例3如图所示是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是()

A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快

B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快

C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小

D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大

解析线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，感应电动势就越大，A选项正确．工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量多，D选项正确．故正确答案为A、D.

答案AD

归纳总结：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流．涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度．利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．

(对应训练)高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图所示．将半径为10 cm 的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1 000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B 的变化率为102π T/s.焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99倍．工件非焊接部分每单位长度上的电阻为R 0＝10－2π Ω·m －1，焊接的缝宽非常小．则焊接过程中焊接处产生的热功率为________．(计算中可取π2＝10，不计温度变化对电阻的影响，结果保留一位有效数字)

解析 金属工件中产生的感应电动势E 由法拉第电磁感应定律计算：

E ＝ΔΦΔt ＝ΔB Δt

πr 2＝ 2 V 金属工件的电阻R ＝2πr ·R 0＋99×2πr·R 0＝2 Ω

金属元件中的电流I ＝E R ＝22

A 所以焊接处的热功率

P ＝I 2×99×2πr ·R 0＝1 W.

答案 1 W

专题训练

1．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了( )

A ．增大涡流，提高变压器的效率

B ．减小涡流，提高变压器的效率

C ．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量

D ．增大铁芯中的电阻，以减少发热量

解析 不使用整块硅钢而采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是防止涡流而采取的措施．