2019高中物理 第一章 电磁感应 7 涡流（选学）学案 教科版选修3-2.doc

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1、17 7涡流涡流( (选学选学) )学 习 目 标知 识 脉 络1了解涡流产生的原理，涡流的防止和应用(重点)2了解电磁阻尼和电磁驱动及其应用3提高学习兴趣，培养用理论知识解决实际问题的能力(难点)4结合生活中的实际，理解电磁阻尼产生的原因(难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、涡流1涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体中组成闭合回路，很像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流如图171 所示图 1712涡流大小的决定因素：磁场变化越快(越大)，导体的横截面积S越大，导体材B t料的电阻率越小，形成的涡流就越大3应用：高频感应炉、电磁灶、安检

2、门等4防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的薄硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯二、高频感应炉与电磁灶 电磁阻尼1高频感应炉(1)工作原理：利用涡流熔化金属，当冶炼炉接入高频交流电后，冶炼锅内被冶炼的金属内部就产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化(2)优点：速度快，温度容易控制；能避免混入有害杂质22电磁灶(1)工作原理：电磁灶是利用励磁线圈，通有交变电流时，在锅底产生涡流，使锅底发热来加热(2)优点：热效率高、耗电少、使用方便、安全3电磁阻尼(1)概念：当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体

3、运动的现象(2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数基础自测1思考判断(1)涡电流只能产生热效应，不能产生磁效应()(2)涡电流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流()(3)变压器和电动机的铁芯不是整块金属，而是用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成，其原因是为了降低涡流造成的损耗()(4)电磁灶是利用变化的磁场在食物中产生涡流从而对食物进行加热的()(5)在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式能转化为电能，最终转化为内能()(6)磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做利用了电磁阻尼()2如图 172 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

4、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分别是( ) 【导学号：24622041】图 172A恒定直流、玻璃杯B恒定直流、小铁锅C变化的电流、玻璃杯D变化的电流、小铁锅D D 通入恒定直流时，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3不会升温3(多选)如图 173 所示，是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是( )图 173A2 是磁铁，在 1 中产生涡流B1 是磁铁，在 2

5、中产生涡流C该装置的作用是使指针能够转动D该装置的作用是使指针能很快地稳定ADAD 1 在 2 中转动产生感应电流，感应电流受到安培力作用阻碍 1 的转动，A、D 对合 作 探 究攻 重 难对涡流的理解及应用1.对涡流的理解(1)本质：电磁感应现象(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身自行构成闭合回路2产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动3产生涡流时的能量转化伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能例如金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能；如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则

6、由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能如图 174 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 174A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4C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C C 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

7、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针对训练1下列关于涡流的说法中正确的是( ) 【导学号：24622042】A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B涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C涡流有热效应，但没有磁效应D在硅钢中不能产生涡流A

8、 A 涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，所以 A 对，B 错；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，C 错；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，D 错2.在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图 175 所示现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去各滑块在未接触磁铁前的运动情况是( )图 175A都做匀速运动 B甲、乙做加速运动C甲、乙做减速运动 D乙、丙做匀速运动C C 铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生变化，因此在其内部产生涡流，5反过来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻

9、碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻碍而减速，有机玻璃为非金属，不产生涡流现象，故 C 正确电磁阻尼与电磁驱动1.电磁阻尼的实质电磁阻尼是导体在磁场中运动产生涡流，使导体受到与运动方向相反的安培力，阻碍导体运动，这与楞次定律中感应电流产生的机械效果是统一的2电磁阻尼和电磁驱动的比较比较内容电磁阻尼电磁驱动成因由导体在磁场中运动形成的由磁场运动而形成的效果安培力方向与导体运动方向相反，为阻力安培力方向与磁场运动方向相同，为动力不同点能量转化克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能共同点两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力

10、都是阻碍导体与磁场间的相对运动扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌为了有效隔离外界振动对 STM 的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图 176 所示无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是( )图 176思路点拨：通过紫铜板的磁场变化铜板中产生感应电流涡流楞次定律阻碍铜板的运动A A 由于要求有效衰减紫铜薄板的上下及左右的微小振动，则在紫铜薄板发生微小的上下或左右振动时，通过紫铜薄板横截面的磁通量应均能发生变化，由图可以看出，只有A 图方案中才能使两方向上

11、的微小振动均能得到有效衰减6针对训练3如图 177 所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环 1 竖直放置，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 ( )图 177A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C C 条形磁铁向右运动时，通过环 1 中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；通过环 2 中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环 2 向右运动4(多选)如图 178 所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金

12、属线框在竖直平面内来回摆动的过程中穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则( ) 【导学号：24622043】图 178A线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反B线框进入磁场区域后，越靠近OO时速度越大，因而产生的感应电流也越大C线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小D线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能ACAC 线框在进入或离开磁场区域时，由于穿过线框的磁通量发生变化，线框中都要产生感应电流，由楞次定律可知感应电流的方向是相反的当线框完全进入磁场区域后，穿过线框的磁通量不发生变化，因而感应电流为零

13、，在此区域内机械能守恒，所以越靠近OO时速度越大由于线框进入磁场区域和离开磁场区域时都有感应电流产生，有机械能转化为电能，所以线框的摆角越来越小，但当线框的摆角减小到使线框完全在磁场中运动时，就不再有电能产生，线框的机械能守恒，摆角将不再减小由以上分析可知，选项7A、C 正确，B、D 错误当 堂 达 标固 双 基1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 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

14、中磁通量不变化，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2如图 179 所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质的锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害关于电磁炉，以下说法中正确的是 ( ) 【导学号：24622044】图 179A电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的B电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质的锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的C电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的D电磁炉跟电炉一样是

15、让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的B B 电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质的锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，故选项 A、D 项错误，B项正确；而 C 是微波炉的加热原理，C 项错误3如图 1710 所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则( )图 17108A铜盘转动将变慢B铜盘转动将变快C铜盘仍以原来的转速转动D铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁的上下两端的极性来决定A A 当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流受到的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘的转动将变慢本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢，故 A 项正确4(多选)如图 1711 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( )图 1711A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