(完整版)2019年高中物理第一章电磁感应第七节涡流现象及其应用讲义(含解析)粤教版

涡流现象及其应用

1．在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象

称为涡流现象，导体的外周长越长，交变磁场的频率

越高，涡流越大。

2．电磁灶是通过锅底涡流发热，不存在热量在传递过程

中的损耗，所以它的热效率高。

3．在涡流制动中，安培力做负功，把机械能转化为电能。

一、涡流现象

1．定义

在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象，如图1­7­1所示。

图1­7­1

2．影响因素

(1)导体的外周长。

(2)交变磁场的频率。

(3)导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。

二、涡流的应用与防止

1．电磁灶

(1)原理：电磁灶采用了磁场感应涡流的加热原理。

(2)优点：

①涡流发热，不存在热量在传递过程中的损耗，热效率高，耗电量少。

②无明火和炊烟，没有因加热产生的废气，清洁、环保、安全。

③功能齐全。

2．高频感应加热

(1)原理：涡流感应加热。

(2)优点：

①非接触式加热，热源和受热物体可以不直接接触。

②加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。

③容易控制温度，提高加工精度。

④可实现局部加热。

⑤可实现自动化控制。

⑥可减少占地、热辐射、噪声和灰尘。

(3)其他应用：高频塑料热压机，涡流热疗系统等。

3．涡流制动与涡流探测

(1)涡流制动：

①原理：金属盘与磁场发生相对运动时，会在金属盘中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而提供制动力矩。

②应用：电表的阻尼制动，高速机车制动的涡流闸等。

(2)涡流探测

①原理：探测线圈产生的交变磁场在金属中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物。

②应用：探测行李中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等。

4．涡流的防止

(1)目的：

减少发热损失，提高机械效率。

(2)原理：

缩小导体的周长，增大材料的电阻。

(3)方法：

把整块铁芯改成用薄片叠压的铁芯，增大回路电阻，从而削弱涡流。

1．自主思考——判一判

(1)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。(√)

(2)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。(×)

(3)导体中有涡流时，导体本身会产热。(√)

(4)利用涡流制成的探雷器可以探出“石雷”。(×)

(5)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。(√)

2．合作探究——议一议

(1)产生涡流的条件是什么？

提示：涡流的本质是电磁感应现象，产生涡流的条件是穿过导体的磁通量发生变化，并且导体本身可自行构成闭合回路。

(2)涡流现象中的能量是怎样转化的？

提示：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。如果金属块放在了变化的磁场中，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)用导线把微安表的两个接线柱连在一起后，晃动微安表时，表针摆动的幅度为什么比没连接接线柱时的小？

提示：晃动微安表时，线圈在磁场中切割磁感线产生感应电动势，当两个接线柱连在一起后，形成了闭合电路，产生了感应电流从而阻碍表针的相对运动，即发生电磁阻尼现象。

对涡流的理解及应用

1．影响涡流大小的因素

(1)导体的外周长。

(2)交变磁场的频率。

2．对涡流的理解

(1)本质：电磁感应现象。

(2)产生涡流的两种情况及对应的能量转化

①块状金属放在变化的磁场中：磁场能转化为电能，最终转化为内能。

②块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动：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。

[典例] 如图1­7­2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1­7­2

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

[解析] 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。

[答案] C

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。

1．(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一整块硅钢，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．增大涡流，减小铁芯的发热量

D．减小涡流，减小铁芯的发热量

解析：选BD 涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的。所以不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的就是减小涡流，从而减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率。B、D对。

2．如图1­7­3所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它一个初速度，让其向磁铁滚去，观察小球的运动情况( )

图1­7­3

A．都做匀速运动

B．铁球、铝球都做减速运动

C．铁球做加速运动，铝球做减速运动