高中物理 第1章 电磁感应 7 涡流（选学）同步备课课件 教科版选修

第一章电磁感应 7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 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 涡流 如图1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 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 答案 图1 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 电流在导体中组成闭合回路 很像 所以把它叫做涡电流 简称涡流 2 涡流大小的决定因素 磁场变化越 越 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 3 应用 安检门等 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 而且用叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯 感应电流 水中的旋涡 快 大 大 小 高频感应炉 电磁灶 相互绝缘的薄硅钢片 判断下列说法的正误 1 涡流也是一种感应电流 2 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 3 利用涡流制成的探测器也可探测毒品 4 涡流是一种有害的电磁感应现象 二 高频感应炉与电磁灶 高频感应炉冶炼金属是利用涡流熔化金属 冶炼锅内装入被冶炼的金属 让高频交流电通过线圈 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 优点 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 高频感应炉结构如图2所示 电磁灶的结构如图3所示 结合电磁感应的条件回答下列问题 图2图3 1 高频感应炉冶炼金属的原理是什么 有什么优点 答案 涡流产生在铁磁材料制成的锅底部 引起涡流的部分是灶内的励磁线圈 它与锅底不接触 电磁灶工作时表面摸上去温度也挺高 是因为其表面与铁锅发生了热传递 2 电磁灶中的涡流是怎样产生的 产生涡流的部分和引起涡流的部分是否接触 电磁灶的表面在电磁灶工作时的热量是怎么产生的 答案 图2图3 1 高频感应炉是利用熔化金属 这种方法速度快 温度 能被冶炼的金属中 2 电磁灶 在励磁线圈中通入时 形成 作用于铁磁材料制成的烹饪锅 在锅底产生 锅底有适当的电阻 产生 使锅底发热 焦耳热 涡流 容易控制 避免有害杂质混入 交变电流 交变磁场 涡流 判断下列说法的正误 1 高频感应炉是利用高频电流的热效应冶炼金属的 2 高频感应炉中 对电流的频率高低要求不是很高 只要电流足够大就可以 3 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 4 陶瓷 玻璃器皿也可以在电磁灶上使用 三 电磁阻尼 弹簧上端固定 下端悬挂一个磁铁 将磁铁托起到某一高度后放开 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4所示 磁铁就会很快停下来 解释这个现象 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 还有线圈的磁场力作为阻力 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 图4 1 电磁阻尼 当导体在中运动时 导体中产生的感应电流会使导体受到安培力 安培力总是导体的运动 这种现象称为电磁阻尼 2 特点 电磁阻尼中克服做功 其他形式的能转化为电能 最终转化为内能 安培力 磁场 阻碍 判断下列说法的正误 1 电磁阻尼遵循楞次定律 2 电磁阻尼发生的过程 存在机械能向内能的转化 3 电磁阻尼现象发生时 安培力对导体产生阻碍作用 2 题型探究 一 涡流的理解 利用和防止 1 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 例1 多选 如图5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会产生感应电流 感应电流通过焊缝产生很多热量 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 图5 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 答案 解析 交流电频率越高 则产生的感应电流越大 升温越快 故A项对 B项错 工件上各处电流相同 电阻大处产生的热量多 故C项错 D项对 例2 多选 如图6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A 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 图6 答案 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 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D正确 二 电磁阻尼的理解 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 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 只要给感应电流提供回路 就会存在电磁阻尼作用 例3在水平放置的光滑绝缘导轨上 沿导轨固定一个条形磁铁 如图7所示 现有铜 铝和有机玻璃制成的滑块甲 乙 丙 使它们分别从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去 各滑块在向磁铁运动的过程中A 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 图7 答案 解析 甲 乙向磁铁靠近时要产生涡流 受电磁阻尼作用 做减速运动 丙则不会产生涡流 只能匀速运动 达标检测 3 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 答案 1 2 3 2 多选 如图8所示 A B为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从A B管上端距管口等高处无初速度释放 穿过A管比穿过B管的小球先落到地面 下面对于两管的描述中可能正确的是A A管是用塑料制成的 B管是用铜制成的B A管是用铝制成的 B管是用胶木制成的C A管是用胶木制成的 B管是用塑料制成的D A管是用胶木制成的 B管是用铝制成的