【K12教育学习资料】2018-2019学年高中物理 第一章 电磁感应 7 涡流(选学)学案 教科版

7．涡流(选学)

[知识梳理]

一、涡流

1．涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体中组成闭合回路，很像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．如图1­7­1所示．

图1­7­1

2．涡流大小的决定因素：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．

3．应用：高频感应炉、电磁灶、安检门等．

4．防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的薄硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯．

二、高频感应炉与电磁灶 电磁阻尼

1．高频感应炉

(1)工作原理：利用涡流熔化金属，当冶炼炉接入高频交流电后，冶炼锅内被冶炼的金属内部就产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化．

(2)优点：速度快，温度容易控制；能避免混入有害杂质．

2．电磁灶

(1)工作原理：电磁灶是利用励磁线圈，通有交变电流时，在锅底产生涡流，使锅底发热来加热．

(2)优点：热效率高、耗电少、使用方便、安全．

3．电磁阻尼

(1)概念：当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动的现象．

(2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数．

[基础自测]

1．思考判断

(1)涡电流只能产生热效应，不能产生磁效应．(×)

(2)涡电流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流．(×)

(3)变压器和电动机的铁芯不是整块金属，而是用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成，其原因是为了降低涡流造成的损耗．(√)

(4)电磁灶是利用变化的磁场在食物中产生涡流从而对食物进行加热的．

(5)在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式能转化为电能，最终转化为内能．(√)

(6)磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做利用了电磁阻尼．(√)

2．如图1­7­2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分别是( )

【导学号：24622041】

图1­7­2

A．恒定直流、玻璃杯

B．恒定直流、小铁锅

C．变化的电流、玻璃杯

D．变化的电流、小铁锅

D[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．]

3．(多选)如图1­7­3所示，是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是( )

图1­7­3

A．2是磁铁，在1中产生涡流

B．1是磁铁，在2中产生涡流

C．该装置的作用是使指针能够转动

D．该装置的作用是使指针能很快地稳定

AD[1在2中转动产生感应电流，感应电流受到安培力作用阻碍1的转动，A、D对．]

[合作探究·攻重难]

(1)本质：电磁感应现象．

(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身自行构成闭合回路．

2．产生涡流的两种情况

(1)块状金属放在变化的磁场中．

(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．

3．产生涡流时的能量转化

伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能．例如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；如果是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．

如图1­7­4所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置．小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部．则小磁块( )

图1­7­4

A．在P和Q中都做自由落体运动

B．在两个下落过程中的机械能都守恒

C．在P中的下落时间比在Q中的长

D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大

C[小磁块从铜管P中下落时，P中的磁通量发生变化，P中产生感应电流，给小磁块一个向上的磁场力，阻碍小磁块向下运动，因此小磁块在P中不是做自由落体运动，而塑料管Q中不会产生电磁感应现象，因此Q中小磁块做自由落体运动，A项错误；P中的小磁块受到的磁场力对小磁块做负功，机械能不守恒，B项错误；由于在P中小磁块下落的加速度小于g，而Q中小磁块做自由落体运动，因此从静止开始下落相同高度，在P中下落的时间比在Q中下落的时间长，C项正确；根据动能定理可知，落到底部时在P中的速度比在Q中的速度小，D项错误．]

分析涡流问题的思路

涡流的实质是电磁感应现象，所以涡流问题的分析思路仍然是用楞次定律解决动力学问题，用功能关系解决能量问题．

[针对训练]

1．下列关于涡流的说法中正确的是( )

【导学号：24622042】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

A[涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，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．]

2.在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图1­7­5所示．现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去．各滑块在未接触磁铁前的运动情况是( )

图1­7­5

A．都做匀速运动B．甲、乙做加速运动

C．甲、乙做减速运动D．乙、丙做匀速运动

C[铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生变化，因此在其内部产生涡流，