第七節(jié)渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用

渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用復(fù)習(xí)回顧：“自感”產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是動(dòng)生電動(dòng)勢，還

是感生電動(dòng)勢?BEＣＤ金屬片自感是特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,現(xiàn)在學(xué)習(xí)另一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象—渦流。渦流在實(shí)際生活中有許多應(yīng)用，如：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變壓器等。當(dāng)然渦流也有利和弊兩個(gè)方面，我們?nèi)绾稳ゼ右岳?？如何去防止?一、渦流的定義：

塊狀金屬在變化的磁場中或在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。導(dǎo)體外周長越長,交變磁場頻率越高,渦流就越大.①、渦流是在整塊金屬內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。②、渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電

磁感應(yīng)定律。注意：感應(yīng)電流渦電流渦流①如圖1所示，當(dāng)磁場變化時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么導(dǎo)體中的電荷為什么會(huì)定向移動(dòng)而形成電流？BE答案根據(jù)麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場會(huì)在其周圍空間產(chǎn)生感生電場，感生電場對導(dǎo)體中的自由電荷產(chǎn)生的電場力會(huì)使電荷定向移動(dòng)，從而形成電流.1、定義：用整塊金屬材料做鐵芯繞制的線圈，當(dāng)線圈中通有變化的電流時(shí)，變化的電流會(huì)產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場穿過鐵芯，整個(gè)鐵芯會(huì)自成回路，產(chǎn)生_________，這種電流看起來像水中的旋渦，我們就把這種電流叫做______，簡稱______

。②如果磁場是用變化的電流來獲取的，導(dǎo)體用整塊鐵代替，如圖所示.請問鐵塊中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀像什么？答案有。變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場產(chǎn)生感生電場，感生電場在鐵塊中產(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。2、決定因素：磁場變化越快(越大)，導(dǎo)體的橫截面積S越

，導(dǎo)體材料的電阻率越

，形成的渦流就越大。大小思考：如何減少渦流的大?。慷?、渦流的產(chǎn)生及能量轉(zhuǎn)化：

1．渦流產(chǎn)生的條件：渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，渦流產(chǎn)生條件是穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化．并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路．同時(shí)因?yàn)檎麄€(gè)導(dǎo)體回路的電阻一般很小，所以感應(yīng)電流很大，就像水中的旋渦．2．可以產(chǎn)生渦流的兩種情況①把塊狀金屬放在變化的磁場中．②讓塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)．3．能量轉(zhuǎn)化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．如果金屬塊放在變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果是金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，則由于克服安培力做功．金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．4、渦流現(xiàn)象的物理實(shí)質(zhì)：

渦流產(chǎn)生的過程：如圖所示，在一根導(dǎo)體外面繞上線圈，并讓線圈通入交變電流，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場激發(fā)出感生電場．導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流．特別提醒渦流的本質(zhì)是整塊金屬內(nèi)的磁通量發(fā)生了變化，它仍然是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與一般導(dǎo)體或線圈的最大區(qū)別是金屬塊本身構(gòu)成閉合回路，它同樣遵守電磁感應(yīng)定律。

通過上面的學(xué)習(xí)我們認(rèn)識到，變壓器原線圈中的電流不僅在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，還會(huì)在原線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。

其實(shí)，變壓器鐵芯也是導(dǎo)體，變化的磁通量也會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。一般我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流。渦流：當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí),這個(gè)線圈附近的導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流——渦流.三、渦流的應(yīng)用：1、渦流的熱效應(yīng)：①真空冶煉爐（高頻感應(yīng)爐）：②電磁爐和電磁灶爐盤下的線圈中通入交流電，使?fàn)t盤上的金屬中產(chǎn)生渦流，從而生熱。③金屬探測器：探雷器（探測地雷）、安檢門（機(jī)場安檢）等。用于安全檢查的“門”。導(dǎo)線沿著“門框”繞城線圈，金屬物品通過“門”時(shí)產(chǎn)生渦流，渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流，引發(fā)報(bào)警。渦流的熱效應(yīng)：金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量,如果金屬的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量也很多。電磁爐電磁灶是通過鍋底渦流加熱的,是一種清潔、安全和高效節(jié)能的炊具.金屬探測儀2、渦流的機(jī)械效應(yīng)：①磁電式電流表（磁電式儀表）；②電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)、阻尼擺等；③感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電能表、汽車上用的電磁式速度表等。三、渦流的危害：渦流的熱效應(yīng)在許多場合是有害的。如，在電動(dòng)機(jī)、變壓器中，為了增強(qiáng)磁場，它們的繞組都繞在鐵芯上。當(dāng)繞組中通過交流電時(shí)，在鐵芯中產(chǎn)生渦流，這會(huì)使鐵芯過熱，消耗電能，破壞絕緣。防止：

為了減少渦流，鐵芯都不是整塊金屬，而是用許多絕緣的電阻率很大的硅鋼片疊成。硅鋼片的表面要經(jīng)過處理，生成不導(dǎo)電的氧化層，可以進(jìn)一步減小渦流。減少渦流的方法是：增大回路的電阻1、下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是(

)A.把金屬塊放在勻強(qiáng)磁場中B.讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做勻速運(yùn)動(dòng)C.讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做變速運(yùn)動(dòng)D.把金屬塊放在變化的磁場中解析

渦流就是整個(gè)金屬塊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，即穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化.而A、B、C中磁通量不變化，所以A、B、C錯(cuò)誤；把金屬塊放在變化的磁場中時(shí)，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，所以D正確.答案DD2、下列哪些措施是為了防止渦流的危害（）A、電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在

鋁框上C、變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大

的硅鋼片疊合而成D、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層CD3、下面說法正確的是（）A．電磁灶是在金屬鍋體中產(chǎn)生熱效應(yīng)，從而達(dá)到加熱

和烹飪食物的目的B．高頻感應(yīng)爐是利用渦電流產(chǎn)生焦耳熱而制成的感應(yīng)

加熱設(shè)備C．感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但熱輻射大D．電磁流量計(jì)用來測量高黏度但不能有腐蝕性流體的

流量AB答案：AB解析：電磁灶是在金屬鍋體中產(chǎn)生的熱效應(yīng)，是典型的渦流現(xiàn)象的應(yīng)用，通過這種加熱，可以達(dá)到加熱和烹飪食物的目的；高頻感應(yīng)爐也是利用渦流產(chǎn)生焦耳熱而制成的感應(yīng)加熱設(shè)備；感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，熱輻射?。浑姶帕髁坑?jì)不能用來測量高黏度但不能有腐蝕性流體的流量．4、如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是(

)A．電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快B．電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電

阻小D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電

阻大AD解析：電流變化的頻率越高，磁通量變

化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢越大，感應(yīng)

電流越大．由焦耳定律可知，電

阻越大，產(chǎn)生的熱量越多．答案：AD5、安檢門是一個(gè)用于安全檢查的“門”，“門框”內(nèi)有線圈，線圈里通有交變電流，交變電流在“門”內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，金屬物品通過“門”時(shí)能產(chǎn)生渦流，渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流，從而引起報(bào)警.以下關(guān)于這個(gè)安檢門的說法正確的是(

)A.這個(gè)安檢門也能檢查出毒品攜帶者B.這個(gè)安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者C.如果這個(gè)“門框”的線圈中通上恒定電流，也能檢查

出金屬物品攜帶者D.這個(gè)安檢門工作時(shí)，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，又利用了電流的

磁效應(yīng)。BD解析:這個(gè)安檢門是利用渦流工作的，因而只能檢查出金屬物品攜帶者，A錯(cuò)，B對.若“門框”的線圈中通上恒定電流，只能產(chǎn)生恒定磁場，它不能使塊狀金屬產(chǎn)生渦流，因而不能檢查出金屬物品攜帶者，C錯(cuò).安檢門工作時(shí)，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應(yīng)，D對.答案BD6、（雙選）如圖所示，閉合金屬環(huán)從曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)環(huán)的初速為零，摩擦不計(jì)，曲面處在圖示磁場中，則（）

A．若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)滾上的高度小于h

B．若是勻強(qiáng)磁場，環(huán)滾上的高度等于h

C．若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)滾上的高度等于h

D．若是非勻強(qiáng)磁場，環(huán)滾上的高度小于h7、如圖所示，在O點(diǎn)正下方有一個(gè)具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場，銅環(huán)在A點(diǎn)由靜止釋放向右擺至最高點(diǎn)B．不考慮空氣阻力，則下列說法正確的是（）

A．A、B兩點(diǎn)在同一水平線

B．A點(diǎn)高于B點(diǎn)

C．A點(diǎn)低于B點(diǎn)

D．銅環(huán)將做等幅擺動(dòng)解析：主要是為了依靠電磁阻尼快速穩(wěn)定．8、磁電式儀表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，而不用塑料做骨架，是因?yàn)?)A．塑料材料的堅(jiān)硬程度達(dá)不到要求B．塑料是絕緣的，對線圈的絕緣產(chǎn)生不良影響C．鋁框是導(dǎo)體，在鋁框和指針一塊擺動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生

渦流，使指針很快停止擺動(dòng)D．鋁框的質(zhì)量比塑料框的質(zhì)量大C圖1－7－29、如圖1－7－2所示，兩個(gè)相等的輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上，當(dāng)一條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí)，兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是（）A．同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距變大B．同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距變小C．同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，間距變小D．同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，間距變小B答案：B

規(guī)律總結(jié)：本題中要抓住兩點(diǎn)，一是金屬能夠自身形成閉合回路，形成渦流，二是磁通量要發(fā)生變化，形成渦流，阻礙相對運(yùn)動(dòng).解析：當(dāng)條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí)，將使穿過兩環(huán)中的磁通量都增加，根據(jù)楞次定律，兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)都阻礙磁鐵相對環(huán)的運(yùn)動(dòng)，即阻礙“靠近”，那么兩環(huán)都向左運(yùn)動(dòng)．又由于兩環(huán)中的感應(yīng)電流方向相同，兩平行的同向電流間有相互吸引的磁場力，因而兩環(huán)間的距離要減小，故B項(xiàng)選項(xiàng)正確．

10、在水平放置的光滑導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個(gè)條形磁鐵，如圖?，F(xiàn)有鐵、鋁和有機(jī)玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導(dǎo)軌上的A點(diǎn)以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運(yùn)動(dòng)情況是(

)A、都做勻速運(yùn)動(dòng)

B、甲做加速運(yùn)動(dòng)

C、乙做勻速運(yùn)動(dòng)

D、丙做勻速運(yùn)動(dòng)鐵塊會(huì)被磁化，與磁鐵相互吸引鋁塊不會(huì)被磁化，形成渦流，與磁鐵相互排斥BD11、位于光滑水平面上的小車上放置一螺線管，一個(gè)比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v水平穿過