1、学年高二物理教科版选修32学案110 涡流选学第10讲涡流(选学)目标定位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1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2为了减少涡流对电动机、变压器的危害，常用电阻率较大(填“较大”或“较小”)的硅钢做铁芯材料，而且用互相绝缘的薄硅钢片叠合而成二、高频感应炉与电磁灶涡流的应用1高频感应炉(1)原理：高频交流电通过线圈，使被冶炼的金属内部产生很强的涡流，从而产生的大量热使金属熔化(2)优点：这种
2、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，适于冶炼特种合金和特种钢2电磁灶(1)原理：交变电流作用于烹饪锅，使锅底产生涡流而发热(2)优点：电磁灶不存在一般电炉在热量传递过程中的损耗，热效率高，耗电量低(均填“高”或“低”)三、电磁阻尼1定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象叫电磁阻尼2应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数.一、对涡流的认识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，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大例1对变压器和电动机
3、等中的涡流的认识，以下说法正确的是()A涡流会使铁芯温度升高，减少线圈绝缘的寿命B涡流发热，要损耗额外的能量C为了不产生涡流，变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯D涡流产生于线圈中，对原电流起阻碍作用答案AB解析变压器和电动机中产生的涡流会使温度升高消耗能量，同时会减少线圈绝缘的寿命，A、B正确；变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯是为了增加电阻，减小电流，减少产生的热量，C错误；涡流产生于铁芯中，对原电流无阻碍作用，D错误故选A、B.二、涡流热效应的应用图1例2如图1所示，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
4、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、效率高、体积小、安全性好等优点，下列关于电磁炉的说法中正确的是()A电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部B电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热C可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率D电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品答案AC解析电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，发热部分为铁锅底部，故A正确，B错误；锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故C正确；电磁炉产生变化的电磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量，故D错误三、对
5、电磁阻尼的理解1产生：闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼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2应用举例：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来，为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼力矩，以使线圈迅速稳定在所示值的位置电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一道理制
6、成的例3如图2所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动，有界磁场的方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？图2答案见解析解析没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动如果在铜片上开几个长缝，就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片可以摆动多次后才停止摆动例4如图3所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它一个初速度，让其向磁
7、铁滚去，观察小球的运动情况是()图3A都做匀速运动B甲、乙做加速运动C甲做加速运动，乙做减速运动，丙做匀速运动D甲做减速运动，乙做加速运动，丙做匀速运动答案C解析(1)铁球将加速运动，其原因是铁球被磁化后与磁铁之间产生相互吸引的磁场力(2)铝球将减速运动，其原因是铝球内产生了感应电流，感应电流的磁场阻碍相对运动(3)木球将匀速运动，其原因是木球既不能被磁化，也不能产生感应电流，所以磁铁对木球不产生力的作用.涡流的理解1下列仪器是利用涡流工作的有()A电磁炉 B微波炉C金属探测器 D真空冶炼炉答案ACD涡流的应用2如图4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
8、感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分发热很少，以下说法正确的是()图4A交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快B交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小D工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大答案AD解析交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越快，工件电流相同，焊缝处电阻大，温度高，放热多对电磁阻尼的理解及应用3.如图5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5A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起电磁驱动的作用答案BC
9、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铝相比其他金属其电阻率小，产生的涡流大，另外，铝的密度小，相同大小的骨架惯性小，运动状态容易改变，故选项B、C正确4.如图6所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的铝线圈让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是()图6A磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力答案C解析磁铁向下摆动时，根据楞次
10、定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，磁铁受到的感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近，磁铁向上摆动时，线圈产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁铁受到的感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确(时间：60分钟)题组一涡流的理解1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在硅钢中不能产生涡流答案A解析涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，在穿过导体的磁
11、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变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，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增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量D增大铁芯中的电阻，以减小发热量答案BD解析不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，来减少电能转化成铁芯的内能，提高变压器的效率，其是防止涡流而采取的措施题组二涡流热效应的应用3.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图1所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被
12、冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种金属那么该炉的加热原理是()图1A利用线圈中电流产生的焦耳热B利用线圈中电流产生的磁场C利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电答案C4电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物，下列相关的说法中正确的是()A锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递
13、，减少热损耗答案A解析锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；电磁炉产生变化的磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量，而不是靠热传递，故D错误5.如图2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是()图2A恒定直流、小铁锅B恒定直流、玻璃杯C变化的电流、小铁锅D变化的电流、玻璃杯答案C解析通入恒定电流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流；通入变
14、化的电流，所产生的磁场发生变化，由于铁锅是导体，在铁锅内产生涡流，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，所以玻璃杯中的水不会升温，故C正确6.如图3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3A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AD7如图4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，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，
15、然后再加热锅内食物电磁炉工作产生的电磁波，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()图4A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让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的答案B解析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锅的底部产生无数小涡流，使含铁质锅温度升高后加热食物，故选项A、D错误，B正确；而选项C是微波炉的加热原理
16、，C错误题组三对电磁阻尼的理解8.如图5所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，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()图5AA、B两点在同一水平线上BA点高于B点CA点低于B点D铜环最终将做等幅摆动答案BD解析本题考查了电磁阻尼现象和能量转化情况铜环在进入和穿出磁场的过程中，穿过环的磁通量发生变化，环中有感应电流产生，将损耗一定的机械能，所以A点高于B点铜环的摆角会越来越小，最终出不了磁场，而做等幅摆动9如图6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6A铜盘转动将变慢B铜盘转动将变快C
17、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答案A解析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所受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，故正确选项为A.10.弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图7所示，观察磁铁的振幅将会发现()图7AS闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变BS闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变CS闭合或断开，振幅变化相同DS闭合或断开，振幅都不发生变化答案A解析S断开时，磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中无感应电流，振幅不变；S闭合时，线圈中有感应电流，有电能产生，磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减小，A正确11.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管上端的管口无初速释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面下列对两管的描述中可能正确的是()图8AA管是用塑料制成的，B管是用铜制成的BA管是用铝制成的，B管是用胶木制成的CA管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的DA管是用胶木制成的，B管是用铝制成的答案AD
