2017-2018學(xué)年高中物理第一章電磁感應(yīng)第7節(jié)渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)案粵教版選修

1、第七節(jié)渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.認(rèn)識什么是渦流，理解渦流的成因及本質(zhì)(重點)2了解渦流加熱，渦流制動，渦流探測在生產(chǎn)、生活和科技中的應(yīng)用(重點)3了解在生產(chǎn)、生活中避免或減少渦流的方法(難點)渦 流 現(xiàn) 象eq avs4al(先填空)1渦流：整塊導(dǎo)體內(nèi)部因發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電流2影響渦流大小的因素：導(dǎo)體的外周長越長，交變磁場的頻率越高，渦流就越大eq avs4al(再判斷)1渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)()2把金屬塊放在變化的磁場中可產(chǎn)生渦流()3渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流()eq avs4al(后思考)如圖171所示，垂直金屬圓環(huán)的一個勻強磁

2、場在逐漸變化，金屬圓環(huán)上能否產(chǎn)生感應(yīng)電流？圖171【提示】有感應(yīng)電流eq avs4al(合作探討)如圖172，將通有變化電流的導(dǎo)線繞在鐵塊上圖172探討1：請問鐵塊中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀像什么？【提示】有變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，根據(jù)楞次定律可知鐵塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流，它的形狀像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流探討2：在上述過程中伴隨著哪些能量轉(zhuǎn)化？【提示】電能轉(zhuǎn)化為磁場能，磁場能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能eq avs4al(核心點擊)1渦流的產(chǎn)生渦流實際上是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場中，或者導(dǎo)體在非勻強磁場中運動時，導(dǎo)體內(nèi)部可以等效成許許多多的閉合電路，當(dāng)穿過這些閉合電路

3、的磁通量變化時，在導(dǎo)體內(nèi)部的這些閉合電路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，即導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了渦流2渦流的特點(1)電流強：當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流)時，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強(2)功率大：根據(jù)公式PI2R知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大3能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，常見以下兩種能量轉(zhuǎn)化(1)如果金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；(2)如果是金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能1如圖173所示，一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)線掛于O點，將圓環(huán)拉離平衡位置并釋放，圓環(huán)擺動過程中(環(huán)平面

4、與磁場始終保持垂直)經(jīng)過有界的水平勻強磁場區(qū)域，A、B為該磁場的豎直邊界若不計空氣阻力，則()圖173A圓環(huán)向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度B在進(jìn)入和離開磁場時，圓環(huán)中均有感應(yīng)電流C圓環(huán)進(jìn)入磁場后，離最低點越近速度越大，感應(yīng)電流也越大D圓環(huán)最終將靜止在最低點【解析】在圓環(huán)進(jìn)入和穿出磁場的過程中環(huán)中磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，即圓環(huán)的機械能向電能轉(zhuǎn)化，其機械能越來越小，上升的高度越來越低，A項錯誤，B項正確；但在環(huán)完全進(jìn)入磁場后，不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，C項錯誤；最終圓環(huán)將不能擺出磁場，從此再無機械能向電能轉(zhuǎn)化，其擺動的幅度不再變化，D項錯誤【答案】B2如圖174所示，在光滑水平桌面上放一條形磁

5、鐵，分別將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它一個初速度，讓其向磁鐵滾去，觀察小球的運動情況() 【導(dǎo)學(xué)號：97192041】圖174A都做勻速運動B鐵球、鋁球都做減速運動C鐵球做加速運動，鋁球做減速運動D鋁球、木球做勻速運動【解析】鐵球靠近磁鐵時被磁化，與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的作用力，故鐵球?qū)⒓铀龠\動；鋁球向磁鐵靠近時，穿過它的磁通量發(fā)生變化，因此在其內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場對原磁場的變化起阻礙作用，所以鋁球向磁鐵運動時會受阻礙而減速；木球為非金屬，既不能被磁化，也不產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，所以磁鐵對木球不產(chǎn)生力的作用，木球?qū)⒆鰟蛩龠\動綜上所述，C項正確【答案】C渦流現(xiàn)象的分析方法1

6、渦流是整塊導(dǎo)體中發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，分析渦流一般運用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律2導(dǎo)體內(nèi)部可以等效為許多閉合電路3導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)熱的原理是電流的熱效應(yīng)渦 流 現(xiàn) 象 的 應(yīng) 用 與 防 止eq avs4al(先填空)1渦流的應(yīng)用(1)電磁灶：電磁灶是渦流現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用，采用了磁場感應(yīng)渦流的加熱原理(2)感應(yīng)加熱：在感應(yīng)爐中，有產(chǎn)生高頻電流的大功率電源和產(chǎn)生交變磁場的線圈，其工作原理也是渦流加熱(3)渦流制動：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，會在導(dǎo)體中激起渦流，渦流與磁場相互作用產(chǎn)生一個動態(tài)阻尼力，從而提供制動力矩阻礙導(dǎo)體的運動(4)渦流探測：通有交變電流的探測線圈，產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)靠近金屬物時，在金屬物

7、中激起渦流，隱蔽金屬物的等效電阻、電感也會反射到探測線圈中，改變通過探測線圈電流的大小和相位，從而探知金屬物2渦流的防止(1)原理：縮小導(dǎo)體的體積，增大材料的電阻率(2)事例：電機和變壓器的鐵芯用硅鋼片疊壓而成(3)目的：減少電能損失eq avs4al(再判斷)1變壓器硅鋼片疊成鐵芯是利用渦流現(xiàn)象()2金屬探測器是利用渦流現(xiàn)象()3電表線圈用鋁框做線圈骨架不是利用渦流現(xiàn)象()eq avs4al(后思考)在感應(yīng)加熱中，是使用高頻交流電源好，還是使用低頻交流電源好？為什么？【提示】使用高頻電源好，感應(yīng)加熱就是利用感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量，感應(yīng)電流適當(dāng)大些較好，當(dāng)使用高頻交流電源時，它產(chǎn)生高頻變化的磁場，

8、磁場中導(dǎo)體內(nèi)的磁通量變化非常迅速，產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，加熱效果會更好eq avs4al(合作探討)探討1：彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它(如圖175所示)，磁鐵就會很快停下來，解釋這個現(xiàn)象圖175【提示】當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時，在閉合線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場會阻礙磁鐵靠近或離開線圈，因此磁鐵振動時除了有空氣阻力外，還有線圈的磁場力作為阻力，克服阻力需要做的功較多，彈簧振子的機械能損失較快，因而會很快停下來探討2：一個閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如

9、圖176所示，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞OO軸轉(zhuǎn)動當(dāng)蹄形磁鐵順時針轉(zhuǎn)動時線圈也順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時線圈也逆時針轉(zhuǎn)動圖176試分析線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什么力？線圈的轉(zhuǎn)動速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動速度相同嗎？【提示】線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來線圈的轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速eq avs4al(核心點擊)1電磁阻尼閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流時，導(dǎo)體在磁場中就要受到磁場力的作用，根據(jù)楞次定律，磁場力總是阻礙導(dǎo)體的運動，于是產(chǎn)生電磁阻尼2電磁驅(qū)動如果磁場相對于導(dǎo)體運動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來3電磁阻

10、尼與電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流由于磁場運動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流效果安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙物體運動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能，而對外做功相同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象3下列應(yīng)用與渦流無關(guān)的是()A家用電磁爐B家用微波爐C真空冶煉爐D探雷器【解析】家用電磁爐和真空冶煉爐利用渦流的熱效應(yīng)工作，探雷器利用渦流的磁效應(yīng)工作，而微波爐利用高頻電磁波工作【答案】B4高頻感應(yīng)爐是用來熔

11、化金屬對其進(jìn)行冶煉的，如圖177所示為冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐的示意圖，爐內(nèi)放入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這時被冶煉的金屬就能被熔化，這種冶煉方法速度快，溫度易控制，并能避免有害雜質(zhì)混入被煉金屬中，因此適用于冶煉特種金屬該爐的加熱原理是() 【導(dǎo)學(xué)號：97192042】圖177A利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱B利用線圈中電流產(chǎn)生的磁場C利用交變電流的交變磁場在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流D給線圈通電的同時，給爐內(nèi)金屬也通了電【解析】交變電流產(chǎn)生的交變磁場在爐內(nèi)金屬截面上引起磁通量變化，使金屬內(nèi)部出現(xiàn)感應(yīng)電流，因金屬的電阻很小，所以感應(yīng)電流很強它在金屬內(nèi)自成回路時，形成旋渦狀的電流，即渦流渦流產(chǎn)生大量的焦耳熱使?fàn)t內(nèi)溫度升高，金屬熔化【答案】C5如圖178所示，在一蹄形磁鐵下面放一個銅盤，銅盤和磁鐵均可以自由繞OO軸轉(zhuǎn)動，兩磁極靠近銅盤，但不接觸，當(dāng)磁鐵繞軸轉(zhuǎn)動時，銅盤將() 【導(dǎo)學(xué)號：97192209】圖178A以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動B以較小的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動C以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵反向轉(zhuǎn)動D靜止不動【解析】因磁鐵的轉(zhuǎn)動，引起銅盤中磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而受安培力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動，由楞次定律可知安培力的作用是阻礙相對運動，所以銅盤與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，又由產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件可知，銅盤中能產(chǎn)生電流的條件必須是磁通量發(fā)生變化故銅盤轉(zhuǎn)動方向與磁鐵相同而轉(zhuǎn)速較小，不能與磁鐵同速轉(zhuǎn)動，所以正