第七节涡流现象及其应用

涡流现象及其应用复习回顾：“自感”产生的感应电动势是动生电动势，还

是感生电动势?BEＣＤ金属片自感是特殊的电磁感应现象,现在学习另一种特殊的电磁感应现象—涡流。涡流在实际生活中有许多应用，如：发电机、电动机和变压器等。当然涡流也有利和弊两个方面，我们如何去加以利用？如何去防止呢?一、涡流的定义：

块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时,金属块内产生的感应电流。导体外周长越长,交变磁场频率越高,涡流就越大.①、涡流是在整块金属内产生的感应电流。②、涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电

磁感应定律。注意：感应电流涡电流涡流①如图1所示，当磁场变化时，导体中就会产生感应电流，那么导体中的电荷为什么会定向移动而形成电流？BE答案根据麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场会在其周围空间产生感生电场，感生电场对导体中的自由电荷产生的电场力会使电荷定向移动，从而形成电流.1、定义：用整块金属材料做铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产生_________，这种电流看起来像水中的旋涡，我们就把这种电流叫做______，简称______

。②如果磁场是用变化的电流来获取的，导体用整块铁代替，如图所示.请问铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？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，感生电场在铁块中产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。2、决定因素：磁场变化越快(越大)，导体的横截面积S越

，导体材料的电阻率越

，形成的涡流就越大。大小思考：如何减少涡流的大小？二、涡流的产生及能量转化：

1．涡流产生的条件：涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化．并且金属块本身可自行构成闭合回路．同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡．2．可以产生涡流的两种情况①把块状金属放在变化的磁场中．②让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．3．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．如果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．4、涡流现象的物理实质：

涡流产生的过程：如图所示，在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场．导体可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这些线圈中产生了感应电动势，从而产生涡旋状的感应电流．特别提醒涡流的本质是整块金属内的磁通量发生了变化，它仍然是电磁感应现象，与一般导体或线圈的最大区别是金属块本身构成闭合回路，它同样遵守电磁感应定律。

通过上面的学习我们认识到，变压器原线圈中的电流不仅在副线圈中产生感应电动势，还会在原线圈自身产生感应电动势。

其实，变压器铁芯也是导体，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。

一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体中就会产生感应电流。一般我们把这种感应电流叫做涡流。涡流：当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的导体中都会产生感应电流——涡流.三、涡流的应用：1、涡流的热效应：①真空冶炼炉（高频感应炉）：②电磁炉和电磁灶炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而生热。③金属探测器：探雷器（探测地雷）、安检门（机场安检）等。用于安全检查的“门”。导线沿着“门框”绕城线圈，金属物品通过“门”时产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，引发报警。涡流的热效应：金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。电磁炉电磁灶是通过锅底涡流加热的,是一种清洁、安全和高效节能的炊具.金属探测仪2、涡流的机械效应：①磁电式电流表（磁电式仪表）；②电气机车的电磁制动、阻尼摆等；③感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。三、涡流的危害：涡流的热效应在许多场合是有害的。如，在电动机、变压器中，为了增强磁场，它们的绕组都绕在铁芯上。当绕组中通过交流电时，在铁芯中产生涡流，这会使铁芯过热，消耗电能，破坏绝缘。防止：

为了减少涡流，铁芯都不是整块金属，而是用许多绝缘的电阻率很大的硅钢片叠成。硅钢片的表面要经过处理，生成不导电的氧化层，可以进一步减小涡流。减少涡流的方法是：增大回路的电阻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做匀速运动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解析

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.答案DD2、下列哪些措施是为了防止涡流的危害（）A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在

铝框上C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大

的硅钢片叠合而成D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层CD3、下面说法正确的是（）A．电磁灶是在金属锅体中产生热效应，从而达到加热

和烹饪食物的目的B．高频感应炉是利用涡电流产生焦耳热而制成的感应

加热设备C．感应加热的优点是可实现自动控制，但热辐射大D．电磁流量计用来测量高黏度但不能有腐蚀性流体的

流量AB答案：AB解析：电磁灶是在金属锅体中产生的热效应，是典型的涡流现象的应用，通过这种加热，可以达到加热和烹饪食物的目的；高频感应炉也是利用涡流产生焦耳热而制成的感应加热设备；感应加热的优点是可实现自动控制，热辐射小；电磁流量计不能用来测量高黏度但不能有腐蚀性流体的流量．4、如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(

)A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电

阻小D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电

阻大AD解析：电流变化的频率越高，磁通量变

化越快，感应电动势越大，感应

电流越大．由焦耳定律可知，电

阻越大，产生的热量越多．答案：AD5、安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警.以下关于这个安检门的说法正确的是(

)A.这个安检门也能检查出毒品携带者B.这个安检门只能检查出金属物品携带者C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查

出金属物品携带者D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的

磁效应。BD解析:这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A错，B对.若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错.安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D对.答案BD6、（双选）如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（）

A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h

B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h

C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h

D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h7、如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B．不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（）

A．A、B两点在同一水平线

B．A点高于B点

C．A点低于B点

D．铜环将做等幅摆动解析：主要是为了依靠电磁阻尼快速稳定．8、磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，而不用塑料做骨架，是因为()A．塑料材料的坚硬程度达不到要求B．塑料是绝缘的，对线圈的绝缘产生不良影响C．铝框是导体，在铝框和指针一块摆动过程中会产生

涡流，使指针很快停止摆动D．铝框的质量比塑料框的质量大C图1－7－29、如图1－7－2所示，两个相等的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是（）A．同时向左运动，间距变大B．同时向左运动，间距变小C．同时向右运动，间距变小D．同时向右运动，间距变小B答案：B

规律总结：本题中要抓住两点，一是金属能够自身形成闭合回路，形成涡流，二是磁通量要发生变化，形成涡流，阻碍相对运动.解析：当条形磁铁向左运动靠近两环时，将使穿过两环中的磁通量都增加，根据楞次定律，两环的运动都阻碍磁铁相对环的运动，即阻碍“靠近”，那么两环都向左运动．又由于两环中的感应电流方向相同，两平行的同向电流间有相互吸引的磁场力，因而两环间的距离要减小，故B项选项正确．

10、在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铁、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。各物块在碰上磁铁前的运动情况是(

)A、都做匀速运动

B、甲做加速运动

C、乙做匀速运动

D、丙做匀速运动铁块会被磁化，与磁铁相互吸引铝块不会被磁化，形成涡流，与磁铁相互排斥BD11、位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v水平穿过