《第五節(jié) 渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用》講義

《第五節(jié)渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用》講義一、課程導(dǎo)入同學(xué)們，咱們之前學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)的不少知識，今天呢，我們要來講一個(gè)特別有趣的現(xiàn)象——渦流現(xiàn)象。大家可以想象一下，電流就像水流一樣，在導(dǎo)體里打旋兒，是不是很神奇呢？那我們就趕緊來看看這渦流到底是怎么一回事兒吧。二、渦流現(xiàn)象（一）概念1、當(dāng)塊狀金屬放在變化的磁場中，或者讓它在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的旋渦，所以我們就把它叫做渦流。就好比在一個(gè)大池塘里，如果有外力（變化的磁場或者相對運(yùn)動(dòng)）攪動(dòng)水，水就會形成旋渦，這里磁場的變化或者相對運(yùn)動(dòng)就相當(dāng)于那個(gè)攪動(dòng)的外力。2、課本上有個(gè)例子（引導(dǎo)學(xué)生看課本例子），比如說一個(gè)塊狀的金屬塊放在交變磁場中，由于磁場在不斷變化，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，金屬塊內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)電流就是渦流。（二）渦流產(chǎn)生的條件1、必須有變化的磁場。這個(gè)變化可以是磁場的強(qiáng)弱在變，也可以是磁場的方向在變。就像咱們前面學(xué)的電磁感應(yīng)一樣，沒有變化的磁場，就很難產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，沒有感應(yīng)電動(dòng)勢也就沒有渦流啦。2、導(dǎo)體要處在這個(gè)變化的磁場中。如果導(dǎo)體離磁場老遠(yuǎn)，那磁場再怎么變化也和它沒關(guān)系，就像你在一個(gè)房間里跳舞，另一個(gè)房間的人可感受不到你的動(dòng)靜。（三）渦流的大小影響因素1、磁場變化的快慢。磁場變化得越快，產(chǎn)生的渦流就越大。這就好比你用手?jǐn)嚢杷瑪嚢璧迷娇?，水形成的旋渦就越猛。2、導(dǎo)體的電阻。導(dǎo)體電阻越小，渦流越大。這就像在同一種外力作用下，水在光滑的管道里更容易形成大旋渦，而在粗糙的管道里旋渦就小些，因?yàn)榇植诘墓艿缹λ淖璧K大（類比電阻對電流的阻礙）。三、渦流現(xiàn)象的應(yīng)用（一）渦流的熱效應(yīng)應(yīng)用1、電磁爐同學(xué)們，家里很多都有電磁爐吧。電磁爐就是利用渦流的熱效應(yīng)來工作的。電磁爐里面有一個(gè)線圈，當(dāng)通上交流電的時(shí)候，就會產(chǎn)生變化的磁場。這個(gè)變化的磁場穿過放在上面的鐵鍋（鐵鍋是導(dǎo)體哦），鐵鍋內(nèi)就會產(chǎn)生渦流。渦流在鐵鍋中流動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)橛须娮?，就會產(chǎn)生熱量，這樣就可以把食物煮熟啦。就像在鍋里裝了很多小電爐，只不過這些電爐是看不見的渦流形成的。那大家想一下，為什么用鐵鍋而不用陶瓷鍋呢？（與學(xué)生互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生回答因?yàn)樘沾刹皇菍?dǎo)體，不能產(chǎn)生渦流）。2、金屬的冶煉在一些金屬冶煉廠，也會用到渦流的熱效應(yīng)。把需要冶煉的金屬放在一個(gè)特殊的容器里，然后在容器周圍加上變化的磁場，金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，產(chǎn)生大量的熱，就可以把金屬熔化了。這種方法加熱速度快，而且比較均勻。（二）渦流的磁效應(yīng)應(yīng)用1、電磁阻尼給大家舉個(gè)例子，有一個(gè)金屬擺，當(dāng)它在磁場中擺動(dòng)的時(shí)候，如果沒有其他因素影響，它會擺動(dòng)很長時(shí)間才會停下來。但是如果這個(gè)磁場是有特殊設(shè)計(jì)的，能讓擺的金屬部分產(chǎn)生渦流，這個(gè)渦流產(chǎn)生的磁場就會和原來的磁場相互作用，就像有一只無形的手在拉住擺，使擺很快就停下來。這就是電磁阻尼現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在很多儀器中都有應(yīng)用，比如說電表的指針。電表指針在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，如果沒有電磁阻尼，指針會來回晃動(dòng)很久才停下來，有了電磁阻尼，指針就能很快穩(wěn)定下來，方便我們讀數(shù)。同學(xué)們可以想象一下，就好像是渦流產(chǎn)生的磁場在對原來的運(yùn)動(dòng)說“嘿，你別跑太快啦，停下來休息會兒”。2、電磁驅(qū)動(dòng)相反的，如果有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場，處在這個(gè)磁場中的金屬導(dǎo)體就會因?yàn)闇u流產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)動(dòng)磁場的相互作用而跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來。這就是電磁驅(qū)動(dòng)。例如，在一些電機(jī)中就會用到這種原理。四、渦流現(xiàn)象的防止1、變壓器鐵芯在變壓器中，我們希望電能能夠高效地傳輸，而不希望有過多的能量損耗。變壓器的鐵芯是由硅鋼片疊成的。如果用整塊的鐵芯，當(dāng)線圈中有交變電流通過時(shí)，鐵芯中會產(chǎn)生很大的渦流，這樣就會把電能轉(zhuǎn)化成熱能浪費(fèi)掉。而用硅鋼片疊成鐵芯呢，硅鋼片的電阻率比較大，而且片與片之間有絕緣層，這樣就可以大大減小渦流，從而減少能量損耗。同學(xué)們可以把這想象成給渦流設(shè)置了很多障礙，讓它不能暢快地流動(dòng)，這樣就能減少它帶來的不良影響啦。五、課程重點(diǎn)和難點(diǎn)（一）重點(diǎn)1、渦流現(xiàn)象的概念、產(chǎn)生條件和影響因素。這是理解渦流相關(guān)應(yīng)用和防止的基礎(chǔ)，就像蓋房子要先打好地基一樣，這個(gè)知識點(diǎn)一定要掌握扎實(shí)。2、渦流的熱效應(yīng)和磁效應(yīng)在實(shí)際中的應(yīng)用。這是渦流現(xiàn)象的重要體現(xiàn)，也是我們學(xué)習(xí)物理知識與實(shí)際生活聯(lián)系的重要部分。（二）難點(diǎn)1、理解渦流產(chǎn)生過程中的電磁感應(yīng)原理。這部分需要同學(xué)們對之前學(xué)的電磁感應(yīng)定律有比較深入的理解，因?yàn)闇u流就是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。如果電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)沒打好，這里可能就會有點(diǎn)暈乎。2、對電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)中渦流與磁場相互作用的理解。這兩個(gè)概念比較抽象，需要同學(xué)們發(fā)揮想象力，從磁場和電流相互作用的角度去思考問題。六、課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)（一）問題提問1、我先問個(gè)簡單的問題，誰能再說說渦流產(chǎn)生的兩個(gè)條件是什么呀？（讓學(xué)生回答，然后根據(jù)回答情況進(jìn)行補(bǔ)充講解）2、那電磁爐工作時(shí)，變化的磁場是怎么來的呢？（引導(dǎo)學(xué)生回顧電磁爐的工作原理）（二）小組討論把同學(xué)們分成小組，討論一下在生活中還可能有哪些地方用到了渦流現(xiàn)象或者需要防止渦流現(xiàn)象的。每個(gè)小組派個(gè)代表來分享一下討論結(jié)果。七、課堂練習(xí)（一）單選題1、下列關(guān)于渦流的說法正確的是（）A.渦流跟平時(shí)常見的感應(yīng)電流一樣，都是因?yàn)榇┻^導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B.渦流不是感應(yīng)電流，而是一種特殊的電流C.渦流是塊狀金屬在磁場中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，而不是因?yàn)榇磐孔兓疍.以上說法都不對2、電磁爐能夠加熱食物是因?yàn)椋ǎ〢.電磁爐發(fā)出微波加熱食物B.電磁爐使食物中的分子運(yùn)動(dòng)加劇從而加熱食物C.電磁爐產(chǎn)生的渦流使鍋體發(fā)熱進(jìn)而加熱食物D.電磁爐使周圍空氣受熱從而加熱食物（二）簡答題1、簡述變壓器鐵芯用硅鋼片疊成的原因。＿_(dá)__________（三）答案1、單選題答案第一題答案：A。因?yàn)闇u流就是一種特殊