高中物理 第一章 电磁感应 涡流现象及其应用学案 粤教版选修3-2

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1、学案9　涡流现象及其应用[学习目标定位]1.知道什么是涡流现象，并能够说明其产生的原因.2.了解电磁灶和涡流加热.3.了解涡流现象的应用——涡流制动和涡流探测．1．楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．2．根据楞次定律的扩展含义，感应电流所受安培力总是阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动．概括为“来拒去留”．一、涡流现象如图1所示，当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，在附近导体中会产生像水中旋涡一样的感应电流，把这种在整块导体内部发生电磁感应而产生的感应电流的

2、现象叫涡流现象．导体的外周长越长、交变磁场的频率越高，涡流就越大．图1二、电磁灶与涡流加热1．如图2所示，电磁灶采用了磁场感应涡流的加热原理．电磁灶工作时，电磁灶的线圈产生交变电磁场，锅底部处在交变磁场中产生涡流，从而使锅体发热．图2图32．如图3所示，感应炉接到高频交流电源上，在线圈中产生交变磁场，使金属中产生涡流，金属发热而熔化，从而达到冶炼金属的目的．三、涡流制动与涡流探测1．涡流制动：如图4所示，铝盘在蹄形磁铁的磁场中转动，会在铝盘中激起涡流，涡流图4与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而提供制动力矩．2．涡

3、流探测：涡流金属探测器具有一个通过一定频率交变电流的探测线圈，该线圈产生的交变磁场在金属物中激起涡流，涡流的变化会反过来影响探测线圈，改变探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物．一、涡流现象[问题设计]在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅(图5)，锅内放少许水，给线圈通入交变电流一段时间．再用玻璃杯代替小铁锅，通电时间相同．(忽略热传导)图5请回答下列问题：(1)铁锅和玻璃杯中水的温度有什么不同？(2)试着解释这种现象．答案　(1)通电后铁锅中的水逐渐变热，玻璃杯中水的温度不变化(忽略热传导)．(2)线圈

4、接入周期性变化的电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，变化的磁场激发出感应电场，小铁锅(导体)可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感应电场作用下，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，由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热，则锅中的水会热起来．而玻璃杯中虽然也会产生感应电场，但没有自由移动的电荷，故不会产生电流，也不会产生电热，则玻璃杯中水的温度没有变化．[要点提炼]1．涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律．2．磁场变化越快(越大)，导体的横截面积S越大，导体

5、材料的电阻率越小，形成的涡流就越大．二、电磁灶与涡流加热[要点提炼]1．电磁灶工作时，电磁灶的线圈产生交变磁场，铁质锅在磁场中由于电磁感应而产生涡流，涡流在锅体内发热．电磁灶的效率达83%.2．感应炉的工作原理是高频电流在导体中产生很大的涡流，使感应炉的温度升高，达到金属的熔点，使金属熔化．感应加热的优点：(1)非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触．(2)加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象．(3)容易控制温度，提高加工精度．(4)可实现局部加热．(5)可实现自动化控制．(6)减少占地、热辐射、噪声和灰尘．

6、三、涡流制动与涡流探测[问题设计]1．如图6所示，轨道水平放置，导体棒MN放在轨道上面以速度v向右运动，试判断导体棒中的电流方向和电流的受力方向．图6答案　电流方向为由N指向M，电流受力向左．2．电流所受的安培力是导体棒运动的动力还是阻力？答案　电流所受的安培力是导体棒运动的阻力．[要点提炼]1．涡流制动：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体与磁场的相对运动，这种现象称为涡流制动．这种制动方式常应用于电表的阻尼制动、高速机车制动的涡流闸等．2．涡流探测：涡流金属探测器具有一个通过

7、一定频率交变电流的探测线圈，该线圈产生的交变磁场在金属物中激起涡流，涡流的变化会反过来影响探测线圈，改变探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物．3．在生产和生活中，有时也要避免涡流效应要减小电机、变压器的铁芯在工作时产生的涡流，可采用的方法是把整块铁芯改成用薄片叠压的铁芯，增大回路电阻．一、涡流的理解例1　(单选)下列关于涡流的说法中正确的是(　　)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

8、能产生涡流解析　涡流的本质是电磁感应现象中产生的感应电流，只不过是由金属块自身构成回路，它既有热效应，也有磁效应，所以A正确，B、C错误；硅钢中产生的涡流较小，D错误．答案　A二、对涡流加热的理解与应用例2　(双选)电磁炉采用感应电流(涡流)的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流，它具有升温快、效率