2.5涡流现象及其应用 2021-2022学年高二物理粤教版2019选择性必修第二册(共26张PPT)

(共26张PPT)
第二章 电磁感应
第五节 涡流现象及其应用
粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册
一、涡流现象
如图所示，一块导体外面绕上线圈，给线圈通入
变化的电流，线圈中就会产生变化的磁场。线圈
中的导体可看成是由许多闭合回路组成的，回
路中的磁通量不断变化，每个回路中都会产生感
应电流。在整个导体中，一圈圈的感应电流环绕
导体轴线流动，如果用图表示这样的感应电流，
看起来就像水中的旋涡，所以我们称之为涡电流
，简称涡流.这种在整块导体内部发生电磁感应
而产生感应电流的现象，称为涡流现象。
高频感应炉就是利用涡流的热效应进行金属冶炼的例
子。如图所示，在耐火材料制成的冶炼锅中。放入待
熔化的金属，冶炼锅外缠绕线圈，让高频交变电流通
过线圈，被冶炼的金属内部产生很强的涡流，从而产
生大量的热量使金属熔化.这种冶炼方法加热效率高、
速度快，可以减小表面氧化程度，并且容易控制温度，
适合冶炼特种钢等各种特种合金。
像其他电流一样，金属块中的涡流也会产生热量。
如果金属的电阻率小，则会产生很强的涡流，产
生大量的焦耳热。利用涡流这种热效应，可以在
生产、生活中加热各种物体。
二、涡流的热效应
我们生活中常见的电磁炉也是涡流热效应的典型应用。
如图所示，利用陶瓷玻璃面板下方的线圈产生变化的
磁场，当铁磁材料制成的烹饪锅放置在面板上时，锅
底处在变化的磁场中产生涡流，使锅本身自行高速发
热，达到加热锅内食物的目的。通过控制交变电流的
大小，我们可以控制电磁炉的功率，从而满足炒、蒸、
炖等多种烹饪方式的火力需要。
在设计实验探究磁场中涡流的机械效应时，需要满足下列实验条件。
(1)提供一个磁场，既可以采用普通磁铁，也可以采用电磁铁。
(2)提供一个能够在磁场中做切割磁感线运动而产生涡流的导体，
例如悬挂在磁场中摆动的金属片、在磁场中旋转的铝笼等。
(3)考虑导体做切割磁感线运动的方式，可以是磁场静止、导体运
动，也可以是导体静止、磁场变化。
涡流除了热效应外，磁场中的涡流会受到安培力的作用，表现出相应的机械效应。
三、涡流的机械效应
【实验·探究】
综合上述三个条件，组合成不同的实验方案。
如图所示是其中一种方案.一个铝笼置于蹄形磁铁的两个磁极间，铝笼可以绕支点自由转动、转动磁铁，观察铝笼的运动，思考并讨论下列问题。
(1)该实验方案采用了什么方式探究磁场中涡流的机械效应
(2)实验前结合相关知识猜想：该方案的实验现象将是怎
样的 开展探究实验，验证猜想是否正确。
(3)参考上述实验设计思路，设计出其他实验探究方案。
当磁场相对于导体运动时，导体中产生的涡流使导体受到
安培力，安培力使导体运动，起来的现象叫作电磁驱动。
【实验·总结】
【实验·总结】
磁性式转速表就是利用电磁驱动作用制成的。如图所示，转速表的磁铁转轴与其他机器设备(如车轮）相连.磁铁随着转轴转动时，在金属感应片中产生涡流，由于电磁驱动的作用带动指针发生偏转，直到与弹簧游丝扭转产生的反向作用效果平衡，由此显示出转速的大小.将转速表盘改为车速刻度，就成了汽车上的车速表。
当导体在磁场中运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，并且安培力总是阻碍导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼。
磁电式电表中将线圈绕在一个轻铝框上，如图所示，当有电流输入线圈时，通电线圈在磁场中受力转动，带动指针和铝框一起转动。此时铝框中产生涡流，由于电磁阻尼的作用，铝框很快就会停止摆动，使指针能够迅速稳定在示数位置上。
四、涡流的磁效应
涡流也是电流，而电流能够产生磁场。因此，涡流也具有磁效应。
如图所示，通有变化电流的长柄线圈在扫过地面
时，地下金属物体在交变磁场中被激发出涡流，
涡流产生磁场影响线圈的磁场，从而触发报警。
如图所示，通有变化电流的长柄线圈在扫过地面
时，地下金属物体在交变磁场中被激发出涡流，
涡流产生磁场影响线圈的磁场，从而触发报警。
安检人员使用的手持式金属探测器(如图所示)，也是应用类似的原理。当金属探测器扫过乘客身上所携带的金属物品时，就会触发金属探测器报警。
1.（2022·湖南·雅礼中学高二期末）雅礼中学99级校友阳萌发现不同系统的智能手机都有其各自的充电器，且不能通用。阳萌和他的团队花了一年多时间研发出一种带有万能芯片可以自动识别不同系统智能手机的充电器Anker，其中有一款产品支持无线充电技术，该技术使用的是以下哪一种物理原理（　　）
A．电流热效应
B．电磁感应
C．静电感应
D．霍尔效应
B
课堂练习
2.（2022·江西·高二期末）关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是（　　）
A．电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作
B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流
C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理
D．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用
A
3.（2022·湖北·高二期末）如图，真空冶炼炉、动圈式扬声器和磁电式电流表都有导线绕制的线圈，关于这三种器件的说法正确的是（　　）
A．真空冶炼炉线圈中应通较大的恒定电流，才能使炉中金属容易熔化
B．动圈式扬声器是利用通电线圈受安培力进行工作的
C．磁电式电流表在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D．动圈式扬声器和磁电式电流表都是根据电磁感应原理进行工作的
B
4.（2022·湖北·武汉市常青第一中学高二期末）在生产和生活中，有时候需要
利用涡流效应，有时候需要避免涡流效应，下列关于涡流应用的说法中不正确的
是（　　）
A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流
B
5.（2022·江苏海门·高二期末）2021年7月25日，台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示为该阻尼器的简化图，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块在导体板上方摆动时，导体板内产生电涡流。下列说法正确的是（　　）
A．阻尼器摆动时产生的电涡流源于外部电源供电
B．阻尼器最终将机械能转化成为内能
C．导体板电阻率越大，阻尼越明显
D．导体板的电涡流大小与质量块摆动速率无关
B
6.（2022·江苏泰州·高二期末）如图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。关于电磁炉，以下说法中正确的是（　　）
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热
C．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热
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
B
7.（2022·北京·人大附中高二期末）如图所示，电磁炉是利用感应电流（涡流）的加热原理工作的。下列关于电磁炉的说法，正确的是（　　）
A．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
B．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
C．电磁炉面板采用金属材料，通过面板涡流发热传导到锅里，再加热锅内食品
D．电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铜锅中不能形成涡流
B
8.（2022·浙江舟山·高二期末）现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图所示，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（　　）
A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向
B．通入电磁体线圈的电流在增强
C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力
D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力
B
9.1831年，法拉第发现了电磁感应现象，并制作了世界上第一台发电机，揭开了人类进入电气时代的序幕。现在，日常生活中我们使用着大量的用电器，下列用电器使用电能的过程中，用到电磁感应原理的是（　　）
A．洗衣机
B．电磁炉
C．电热水器
D．电风扇
B
10.安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。若工作过程中某段时间内通电线圈中存在顺时针方向（左视图）均匀增大的电流，则下列说法正确的是（电流方向判断均从左向右观察）（　　）
A．有金属片通过时，金属片中会感应出涡流
B．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向可能改变
C．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向为顺时针
D．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流可能逐渐减小
A
2.电磁阻尼的概念与应用
3.电磁驱动的概念与原理分析
课堂小结
1.涡流现象的概念、涡流的热效应、机械效应、磁效应
课堂训练
1.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．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品
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
CD
课堂训练
2.金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警．下列说法正确的是（　　）
A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物上方不停地晃动
B．探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生“涡流”（感应电流）
C．若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化
D．若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少
BD
课堂训练
3.下图是用涡电流金属探测器探测地下金属物的示意图。关于该探测器，下列说法中正确的是（ ）
A．探测器内的探测线圈会产生交变磁场
B．探测器只能探测到有磁性的金属物
C．探测器能探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡电流
D．探测器能探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡电流
AD
课堂训练
4.下列关于涡流的利用与防止说法正确的是（ ）
A．真空冶炼炉和探雷器是利用涡流工作的
B．变压器的铁芯用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成是为减小涡流
C．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅是为增大涡流
D．电动机的铁芯要用整块金属是为增大涡流
ABC
课堂训练
5.关于涡流的应用与危害，下列说法正确的是（　　）
A．利用涡流的热效应制成了真空冶炼炉
B．利用涡流的磁效应制成了地雷探测器和机场的安检门
C．在各种电机中，涡流是非常有害的，它会使铁芯的温度升高，从而危害到线圈绝缘材料的寿命，严重时会使绝缘材料报废，又涡流是因发生电磁感应现象而产生的感应电流，因此不会消耗额外的能量，不会降低电机的效率
D．由于涡流具有热效应，会使铁芯的温度快速升高，因此电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成，其主要目的是增大散热的速度
AB
课堂训练
6.如图所示，用导线环绕在一金属块上许多匝，当导线中通以交变电流时，金属块中的磁通量会不断变化从而产生感应电流，这些电流的分布就像水中的漩涡一样，我们把它叫做涡电流，简称涡流。涡流会消耗电能产生热量，下列判断正确的有（　　）
A．产生感应电动势的非静电力是涡旋电场给电荷的作用力
B．如果想增大涡流发热，可以仅增大金属材料的电阻率
C．如果想增大涡流发热，可以仅增加线圈的匝数
D．如果想增大涡流发热，在线圈电流强度不变的条件下，可以仅增大电流频率
ACD