教科版选修3-2高中物理 第1章 第7节 涡流（选学）课件(共29张PPT)

(共29张PPT)
第一章
电磁感应
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.
学案9　涡流(选学)
知识探究
自我检测
在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅(图1)，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.
请回答下列问题：
一、涡流
知识探究
问题设计
图1
答案　通电后铁锅中的水逐渐变热，玻璃杯中的水温不变化(忽略热传导).
(1)铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同？
答案　线圈接入交变电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场，小铁锅(导体)可以看做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生电动势，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，就会产生电热使锅中的水热起来.而玻璃杯中虽然也会产生感生电场，但没有自由移动的电荷故不会产生电流，也不会产生电热，则玻璃杯中的水温没有变化.
(2)试着解释这种现象.
1.定义：由于电磁感应，在 中会形成感应电流，电流在金属块内组成 ，很像水的旋涡，因此叫做涡电流，简称涡流.
2.决定因素：磁场变化越 ( 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.
要点提炼
大块金属
闭合回路
快
大
小
3.利用：高频感应炉、 等利用了涡流的热效应； 、扫雷器等利用了涡流的磁效应.
4.防止：为了减少涡流对电动机、变压器的损害，常用 较大的硅钢做铁芯材料，而且用 铁芯来代替整块硅钢材料.
电磁灶
安检门
电阻率
互相绝缘的薄硅钢片叠成
二、高频感应炉与电磁灶
请阅读教材“高频感应炉与电磁灶”的内容，回答下列问题：
(1)高频感应炉冶炼金属的原理是什么？有什么优点？
问题设计
答案　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.
(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　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.
三、电磁阻尼
1.拨动灵敏电流计指针，拨动停止后观察现象.在两个接线柱上接上一根导线(短路线)，再次拨动指针，拨动停止后再次观察现象，比较两次观察的现象有何不同？
问题设计
答案　第一次停止拨动后，可观察到指针要摆动多次，经过一定时间才能停止下来；第二次可发现指针摆幅迅速减小，比不连导线时摆动的时间短得多.
2.两次观察到不同的现象，是什么原因造成的？
答案　这是由于与指针相连的线圈在磁场中摆动时产生了涡流，线圈受到的安培力总是阻碍线圈的转动，使指针摆幅迅速衰减，这样能起到阻尼保护的作用.
1.电磁阻尼：当 运动时，导体中产生的感应电流会使导体受到 ，安培力总是 导体的运动，这种现象称为电磁阻尼.
2.应用：磁电式仪表中利用 使指针迅速停下来，便于读数.
要点提炼
导体在磁场中
安培力
阻碍
电磁阻尼
典例精析
一、对涡流的理解
例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
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、涡流热效应的应用
例2　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
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成，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；
电磁炉产生变化的磁场，导致锅底出现涡流，从而产生热量，故D错误.
答案　AC
三、对电磁阻尼的理解
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
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.如果在铜片上开有多条长缝，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.
答案　见解析
针对训练　如图3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3
A.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
解析　磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上面看)，并且磁铁受到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，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上面看)，磁场所受到的感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，感应电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确.
答案　C
课堂要点小结
1
2
3
4
自我检测
1.(涡流的理解)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　D
1
2
3
4
1
2
3
4
2.(对涡流热效应的应用)熔化金属的一种方法是用“高频炉”，它的主要部件是一个铜制线圈，线圈中有一坩埚，埚内放待熔的金属块，当线圈中通以高频交流电时，埚中金属就可以熔化，这是因为(　　)
A.线圈中的高频交流电通过线圈电阻，产生焦耳热
B.线圈中的高频交流电产生高频微波辐射，深入到金属内部，产生焦耳热
1
2
3
4
C.线圈中的高频交流电在坩埚中产生感应电流，通过坩埚电阻产生焦耳热
D.线圈中的高频交流电在金属块中产生感应电流，通过金属块电阻产生焦耳热
解析　高频交流电通过线圈，从而产生变化的磁场，使得处于磁场的金属块产生涡流，进而发热，故A、B、C错误，D正确.
答案　D
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2
3
4
3. (电磁阻尼的理解与应用)如图4所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，条形磁铁落地用时t1，落地时速度为v1；开关S闭合时，条形磁铁落地用时t2，落地时速度为v2.则它们的大小关系正确的是 (　　)
图4
A.t1＞t2，v1＞v2 B.t1＝t2，v1＝v2
C.t1＜t2，v1＜v2 D.t1＜t2，v1＞v2
1
2
3
4
答案　D
解析　开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故a＜g，所以t1＜t2，v1＞v2，故D正确.
1
2
3
4
4.(对涡流的防止)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
1
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3
4
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，减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，而且是为了防止涡流而采取的措施.
答案　BD