1、17 涡流(选学)学习目标 1.了解涡流是怎样产生的，了解涡流现象在日常生活和生产中的应用和危害.2.了解高频感应炉与电磁灶的工作原理.3.了解什么是电磁阻尼，了解电磁阻尼在日常生活和生产中的应用.一、涡流由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫做涡电流，简称涡流.二、高频感应炉与电磁灶1.高频感应炉是利用涡流熔化金属，这种冶炼方法速度快，温度容易控制，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中.2.电磁灶：在灶内的励磁线圈中通入交变电流时，形成交变磁场，作用于铁磁材料制成的烹饪锅，使锅底产生涡流，锅底有适当的电阻，产生焦耳热，使锅底发热.三、电磁阻尼当
2、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的运动，这种现象叫电磁阻尼.即学即用1.判断下列说法的正误.(1)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热.( )(2)电磁阻尼遵循楞次定律.( )(3)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化.( )2(4)高频感应炉是利用高频电流的热效应冶炼金属的.( )(5)电磁灶烹饪食物时，锅上的电流容易造成触电事故，故使用时要小心操作.( )2.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图 1 所示，抛物线的方程为 y x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是 y a 的直线(如
3、图中的虚线所示).一个质量为 m 的小金属块从抛物线上 y b(ba)处以速度 v 沿抛物线下滑，假设曲面足够长，重力加速度为 g，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量为_.图 1答案 mg(b a) mv212一、涡流导学探究 如图 2 所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？图 2答案 有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流.知识深化1.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.2.产
4、生涡流时的能量转化(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能.(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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.33.涡流的应用与防止(1)应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等.(2)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合成铁芯来代替整块硅钢铁芯.例 1 (多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图 3 所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，
5、致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的.下列有关说法正确的是( )图 3A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带C.封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器答案 CD解析 由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电，A、B 错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，即控制温度，C 正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被熔化，只能是玻璃、塑料等
6、材质，D 正确.例 2 (多选)如图 4 所示，闭合金属环从光滑曲面上 h 高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则( )图 4A.若是匀强磁场，环上升的高度小于 hB.若是匀强磁场，环上升的高度等于 hC.若是非匀强磁场，环上升的高度等于 hD.若是非匀强磁场，环上升的高度小于 h答案 BD解析 若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故 A 错误，B 正确；若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故C 错误，D 正确.4二、电磁阻尼导学探究 弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁.将磁铁托起到某一高度
7、后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来.如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图 5 所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象.图 5答案 当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来.知识深化1.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，于是产生电磁阻尼现象.2.电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只
8、要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用.例 3 如图 6 所示，上端开口、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(不计空气阻力)( )图 6A.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C.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 中的大答案 C解析 小磁块下落过程中，在铜管 P 中产生感应电流，小磁块受到向上的磁场力，不做自由落体运动，而在塑料管 Q 中只受到重力，在 Q 中做自由落体运动，故选项 A 错误；根据功能关系知，在 P 中下落时，小磁块机械能减少，在
9、 Q 中下落时，小磁块机械能守恒，故选项 B5错误；在 P 中加速度较小，在 P 中下落时间较长，选项 C 正确；由于在 P 中下落时要克服磁场力做功，机械能有损失，故落至底部时在 P 中的速度比在 Q 中的小，选项 D 错误.1.(涡流的应用与防止)(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，这是为了( )A.增大涡流，提高变压器的效率B.减小涡流，提高变压器的效率C.增大涡流，减小铁芯的发热量D.减小涡流，减小铁芯的发热量答案 BD解析 采用薄硅钢片叠压在一起，目的是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率，故选项 B、D 正确.2.(涡流的应用与防止)(多选)
10、如图 7 所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是( )图 7A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C.探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流答案 AD3.(对电磁阻尼的理解)(多选)如图 8 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 8A.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6答案 BC解析 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，故 B、C 正确.
