涡流现象及其应用

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是用金属材料制成，以加快热传递减少热 损耗
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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作锅 体，故 C 错误；电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时， 上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作， 故 D 错误．]
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二、涡流现象的应用与防止 1．涡流的应用 (1)电磁灶：电磁灶是涡流 现象在生活中的应用，采用了磁场感应 涡流 的加热原理． (2)感应加热：在感应炉中，有产生高频电流的大功率电源和产生交 变磁场的 线圈，其工作原理也是涡流加热． (3)涡流制动：当导体在磁场中运动时，会在导体中激起涡流，涡流 与磁场相互作用产生一个 动态阻尼力，从而提供制动力矩阻碍导体的运 动．
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C [通入恒定电流时，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，故 C 正确．]
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2.(多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈 绕在铝框上，这样做的目的是( )
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3．电磁阻尼与电磁驱动的比较 电磁阻尼
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电磁驱动
由于导体在磁场中运动而产 由于磁场运动引起磁通量的变
成因
生感应电流
化而产生感应电流
不
安培力的方向与导体运动方 导体受安培力的方向与导体运
效果
同
向相反，阻碍物体运动
动方向相同，推动导体运动
点
导体克服安培力做功，其他 由于电磁感应，磁场能转化为电
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知识脉络
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当堂达标 固双基
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1．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
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B [因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进 而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运 动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，铜盘中能 产生电流的条件必须是磁通量发生变化．故铜盘转动方向与磁铁相同而转 速较小，不能与磁铁同速转动，所以正确选项是 B.]
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2．涡流的特点 (1)电流强：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． (2)功率大：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．
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3．能量转化 伴随着涡流现象，常见以下两种能量转化． (1)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； (2)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．
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对电磁阻尼和电磁驱动的理解 (1)电磁阻尼是感应电流所受的安培力对导体做负功，阻碍导体运动； 而电磁驱动是感应电流所受的安培力对导体做正功，推动导体的运动． (2)在两种情况下，安培力均是阻碍导体与磁场之间的相对运动． (3)在电磁驱动中，主动部分的速度(或角速度)大于被动部分的速度 (或角速度)． (4)电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，均可以根据楞次定律和 左手定则分析导体的受力情况．
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训练角度 1：电磁阻尼问题 2．如图所示，用丝线悬挂闭合金属环，悬于 O 点，第一种情况是虚 线左边有匀强磁场，右边没有磁场。第二种情况是整个空间都有向外的匀 强磁场，金属环的摆动情况是( ) A．两种情况都经过相同的时间停下来 B．第一种情况先停下来 C．第二种情况先停下来 D．无法确定
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2．如图所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡
位置后释放，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)( )
A．做等幅振动
B．做阻尼振动
C．振幅不断增大
D．无法判定 B [小球在通电线圈磁场中运动，小球中产生涡流，故小球要受到安
培力作用阻碍它的相对运动，做阻尼振动，故振幅越来越小，A、C、D
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对涡流的应用与防止的理解 1.电磁阻尼 闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁 场中就要受到磁场力的作用，根据楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动， 于是产生电磁阻尼． 2．电磁驱动 如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导 体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来．
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B [只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时，由于磁通量发 生变化，环内一定会有感应电流产生，根据楞次定律将会阻碍相对运动， 所以摆动会很快停下来，这就是电磁阻尼现象．也可以用能量守恒来解释： 既然有电流产生，就一定有一部分机械能向电能转化，最后电能通过导体 转化为内能．若空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量不变化，因此不 产生感应电流，也就不会阻碍相对运动，摆动就不会很快停下来．故选 B.]
A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动 C．小车向右做加速运动 D．小车先加速后减速
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BC [磁铁水平穿入螺线管时，螺线管中将产生感应电流，由楞次定 律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动；同理，磁铁穿出时，由楞次定 律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运 动，选项 A 错误，B 正确．对于小车上的螺线管来说，螺线管受到的安 培力方向始终为水平向右，这个安培力使螺线管和小车向右运动，且一直 做加速运动，选项 C 正确，D 错误．]
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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．]
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课堂小结 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。
错误，B 正确．]
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3．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做匀速运动 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 D [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 中穿过金属块的磁通量不变化，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．]
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1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)涡流有热效应，但没有磁效应．(×) (2)把金属块放在变化的磁场中可产生涡流．(√ ) (3)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流．(×) (4)金属探测器是利用涡流现象．(√ ) (5)电表线圈用铝框作线圈骨架不是利用涡流现象．(×)
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训练角度 2：电磁驱动问题 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
A．防止涡流而设计的 B．利用涡流而设计的 C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用 BC [线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产 生涡流，涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利 用涡流来起电磁阻尼的作用．]
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3．(多选)位于光滑水平面的小车上水平固定一螺线管，一个比螺线 管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度 v0 穿入螺线管，并最终穿出， 如图所示，在此过程中( )
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4．(多选)如图所示是高频焊接原理示意图．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，感应电流通过焊缝处产生 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， 以下说法正确的是( )
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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 AD [交流电频率越高，则产生的感应电流越大，升温越快，工件电 流相同，电阻越大，温度越高，放热越多．]
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合作探究 攻重难
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对涡流的理解 1.涡流的产生 涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变化的磁场中， 或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可以等效成许许多多的闭合电 路，当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中 将产生感应电流，即导体内部产生了涡流．
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(4)涡流探测：通有交变电流的探测线圈，产生交变磁场，当靠近金 属物时，在金属物中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感也会反射到 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．涡流的防止 (1)原理：缩小导体的体积 ，增大材料的 电阻率． (2)事例：电机和变压器的铁芯用硅钢片叠压而成． (3)目的：减少电能 损失．
能量
形式的能转化为电能，最终 能，通过安培力做功，电能转化
转化
转化为内能
为导体的机械能，从而对外做功
相同点
两者都是电磁感应现象
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【例 2】 如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均 可以自由绕 OO′轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触，当磁铁绕轴转动 时，铜盘将( )
A．以相同的转速与磁铁同向转动 B．以较小的转速与磁铁同向转动 C．以相同的转速与磁铁反向转动 D．静止不动 思路点拨：①磁铁转动时，铜盘中会产生涡流．②由楞次定律可分析 铜盘的转动．
第一章 电磁感应
第七节 涡流现象及其应用
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[学习目标] 1.认识什么是涡流，理解涡流的成因及本质．(重点)2. 了解涡流加热，涡流制动，涡流探测在生产、生活和科技中的应用．(重 点)3.了解在生产、生活中避免或减少涡流的方法．(难点)
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自主预习 探新知
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一、涡流现象 1．涡流：整块导体内部因发生电磁感应而产生的感应电流． 2．影响涡流大小的因素：导体的外周长越长，交变磁场的频率越高， 涡流就越大．
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【例 1】 如图所示，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( )
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 D．铝球、木球做匀速运动
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C [铁球靠近磁铁时被磁化，与磁铁之间产生相互吸引的作用力，故 铁球将加速运动；铝球向磁铁靠近时，穿过它的磁通量发生变化，因此在 其内部产生涡流，涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以 铝球向磁铁运动时会受阻碍而减速；木球为非金属，既不能被磁化，也不 产生涡流现象，所以磁铁对木球不产生力的作用，木球将做匀速运动．综 上所述，C 项正确．]
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涡流现象的分析方法 (1)涡流是整块导体中发生的电磁感应现象，分析涡流一般运用楞次 定律和法拉第电磁感应定律． (2)导体内部可以等效为许多闭合电路． (3)导体内部发热的原理是电流的热效应．
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1．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．下列相关的说法中正确的是 ( )