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[目标定位] 1.知道涡流现象及其产生原因.2.知道涡流在生产、生活中的应用，如利用涡流加热和制动等.3.了解在生产、生活中避免或减少涡流的方法.
一、涡流现象1.涡流现象：在____________内部发生电磁感应而产生___________的现象.3.对涡流的理解
(1)本质：电磁感应现象.
(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身构成闭合回路.
(3)特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大，故金属块的发热功率很大.整块导体感应电流外周长频率4.产生涡流的两种情况
(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.
5.产生涡流时的能量转化
伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能.【深度思考】
产生涡流时，金属块并没有接入闭合电路，为什么会产生感应电流？
答案 金属块自身构成闭合回路，导体内部等效成许多闭合电路.当穿过金属块的磁通量变化时，金属块内部会产生感应电流.【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.在硅钢片中不能产生涡流解析 涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，又有磁效应.硅钢片中能产生涡流，但电流较小，故选项A正确.
答案 A二、电磁灶与涡流加热1.电磁灶
(1)加热原理：磁场感应_______加热.
(2)优点：①______加热，热效率高.②无______和________，清洁、安全.③功能全.
2.高频感应炉
(1)原理：涡流感应加热.
(2)优点：① ____________加热，热源和受热物件可以不直接接触；②加热____________ ， ____________ ，可以减小表面氧化现象；③容易控制______，提高加工精度；④可实现_______加热；⑤可实现__________控制；⑥可减小占地、热辐射、噪声和灰尘.涡流直接明火炊烟非接触式效率高速度快温度局部自动化【例2】 电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠.如图1所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是( )图1解析 锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是交流，不是直流.故A错误，B正确；金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅底，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，故C错误；在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁炉的加热作用，故D错误.
答案 B三、涡流制动与涡流探测1.涡流制动
(1)原理： ________相对于________运动，产生的感应电流会使导体受到安培力， __________总是阻碍导体与磁场的相对运动.
(2)应用：电表的阻尼制动、高速机车制动的__________、脱水机的制动.导体磁场安培力涡流闸2.涡流探测
(1)涡流金属探测器是具有一个通过一定频率________电流的探测线圈，该线圈产生的交变磁场在金属物中激起__________，涡流的变化会反过来影响探测线圈电流的________和相位，从而探知金属物.
(2)应用：探测行李包中的枪支、掩埋的地雷、金属覆盖膜厚度.交变涡流大小【例3】 如图2所示，上端开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置.小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块( )图2解析 小磁块下落过程中，在铜管P中产生感应电流，小磁块受到向上的磁场力，不做自由落体运动，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落体运动，故选项A错误；根据功能关系知，在P中下落时，小磁块机械能减少，在Q中下落时，小磁块机械能守恒，故选项B错误；在P中加速度较小，在P中下落时间较长，选项C正确；由于在P中下落时要克服磁场力做功，机械能有损失，故知，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项D错误.
答案 C【例4】 金属探测器已经广泛应用于安检场所，关于金属探测器的论述正确的是( )
A.金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中
B.金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流
C.金属探测器探测金属时，被探测金属中感应出涡流
D.探测过程中金属探测器与被探测物体相对静止与相对运动探测效果相同解析 金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中，故A错误；金属探测器探测金属时，被探测金属中感应出涡流，故B错误，C正确；探测过程中工作时金属探测器应与被探测物体相对运动，相对静止时无法得出探测效果，故D错误.
答案 C四、涡流的防止1.原理：缩小导体的__________ ，增大材料的_________.
2.实例：电机和变压器的铁芯用_________叠压而成.外周长电阻率硅钢片【例5】 (多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，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.增大涡流，减小铁芯的发热量
D.减小涡流，减小铁芯的发热量解析 涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的，所以不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率.故选项B、D正确.
答案 BD1.(对涡流加热的理解)(多选)如图3所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来.若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有( )图3A.增加线圈的匝数
B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯
D.取走线圈中的铁芯答案 AB
解析 当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热，使水温升高.要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻.增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势，瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱.所以选项A、B正确，选项C、D错误.2.(对涡流制动的理解)(多选)如图4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4A.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
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.3(涡流的应用)(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产生感应电流，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，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( )图5答案 AD
解析 交流电频率越高，则产生的感应电流越大，升温越快，工件电流相同，电阻越大，温度越高，放热越多.图64.(涡流的应用和防止)(多选)图6中是涡流在生产、生活中的应用，下列描述中不正确的是( )答案 ACD
解析 真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热，故A正确；家用电磁炉锅体中的涡流是由周期性变化的磁场产生的，故B错误；金属探测器中的变化电流遇到金属物体，在金属物体中产生涡流，故C正确；当变压器中的电流变化时，其铁芯将产生涡流，使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能减小涡流的损失，属于涡流的应用，故D正确.
第八节 涡流现象及其应用
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.认识什么是涡流，理解涡流的成因及本质．(重点)
2．了解涡流加热，涡流制动，涡流探测在生产、生活和科技中的应用．(重点)
3．了解在生产、生活中避免或减少涡流的方法．(难点)
涡 流 现 象
1．涡流：整块导体内部因发生电磁感应而产生的感应电流．
2．影响涡流大小的因素：导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大．
1．涡流有热效应，但没有磁效应．(×)
2．把金属块放在变化的磁场中可产生涡流．(√)
3．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流．(×)
如图1-7-1所示，垂直金属圆环的一个匀强磁场在逐渐变化，金属圆环上能否产生感应电流？
图1-7-1
【提示】 有感应电流．
如图1-7-2，将通有变化电流的导线绕在铁块上．
图1-7-2
探讨1：请问铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？
【提示】 有．变化的电流产生变化的磁场，根据楞次定律可知铁块中产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．
探讨2：在上述过程中伴随着哪些能量转化？
【提示】 电能转化为磁场能，磁场能最终转化为内能．
1．涡流的产生
涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可以等效成许许多多的闭合电路，当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流，即导体内部产生了涡流．
2．涡流的特点
(1)电流强：当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强．
(2)功率大：根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大．
3．能量转化
伴随着涡流现象，常见以下两种能量转化．
(1)如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；
(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则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．
1．如图1-7-3所示，一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉离平衡位置并释放，圆环摆动过程中(环平面与磁场始终保持垂直)经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界．若不计空气阻力，则( )
图1-7-3
A．圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度
B．在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流
C．圆环进入磁场后，离最低点越近速度越大，感应电流也越大
D．圆环最终将静止在最低点
【解析】 在圆环进入和穿出磁场的过程中环中磁通量发生变化，有感应电流产生，即圆环的机械能向电能转化，其机械能越来越小，上升的高度越来越低，A项错误，B项正确；但在环完全进入磁场后，不再产生感应电流，C项错误；最终圆环将不能摆出磁场，从此再无机械能向电能转化，其摆动的幅度不再变化，D项错误．
【答案】 B
2．如图1-7-4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，让其向磁铁滚去，观察小球的运动情况 ( )
图1-7-4
A．都做匀速运动
B．铁球、铝球都做减速运动
C．铁球做加速运动，铝球做减速运动
D．铝球、木球做匀速运动
【解析】 铁球靠近磁铁时被磁化，与磁铁之间产生相互吸引的作用力，故铁球将加速运动；铝球向磁铁靠近时，穿过它的磁通量发生变化，因此在其内部产生涡流，涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铝球向磁铁运动时会受阻碍而减速；木球为非金属，既不能被磁化，也不产生涡流现象，所以磁铁对木球不产生力的作用，木球将做匀速运动．综上所述，C项正确．
【答案】 C
涡流现象的分析方法
1．涡流是整块导体中发生的电磁感应现象，分析涡流一般运用楞次定律和法拉第电磁感应定律．
2．导体内部可以等效为许多闭合电路．
3．导体内部发热的原理是电流的热效应．
涡 流 现 象 的 应 用 与 防 止
1．涡流的应用
(1)电磁灶：电磁灶是涡流现象在生活中的应用，采用了磁场感应涡流的加热原理．
(2)感应加热：在感应炉中，有产生高频电流的大功率电源和产生交变磁场的线圈，其工作原理也是涡流加热．
(3)涡流制动：当导体在磁场中运动时，会在导体中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而提供制动力矩阻碍导体的运动．
(4)涡流探测：通有交变电流的探测线圈，产生交变磁场，当靠近金属物时，在金属物中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感也会反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物．
2．涡流的防止
(1)原理：缩小导体的体积，增大材料的电阻率．
(2)事例：电机和变压器的铁芯用硅钢片叠压而成．
(3)目的：减少电能损失．
1．变压器硅钢片叠成铁芯是利用涡流现象．(×)
2．金属探测器是利用涡流现象．(√)
3．电表线圈用铝框做线圈骨架不是利用涡流现象．(×)
在感应加热中，是使用高频交流电源好，还是使用低频交流电源好？为什么？
【提示】 使用高频电源好，感应加热就是利用感应电流产生的热量，感应电流适当大些较好，当使用高频交流电源时，它产生高频变化的磁场，磁场中导体内的磁通量变化非常迅速，产生较大的感应电动势和感应电流，加热效果会更好．
探讨1：弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．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1-7-5所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象．
图1-7-5
【提示】 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，因此磁铁振动时除了有空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来．
探讨2：一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图1-7-6所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动．当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动，当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动．
图1-7-6
试分析线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度相同吗？
【提示】 线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来．线圈的转速小于磁铁的转速．
1．电磁阻尼
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．电磁驱动
如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来．
3．电磁阻尼与电磁驱动的比较
电磁阻尼
电磁驱动
不
同
点
成因
由于导体在磁场中运动而产生感应电流
由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流
效果
安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍物体运动
导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动
能量
转化
导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能
由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，而对外做功
相同点
两者都是电磁感应现象
3．下列应用与涡流无关的是( )
A．家用电磁炉 B．家用微波炉
C．真空冶炼炉 D．探雷器
【解析】 家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流的热效应工作，探雷器利用涡流的磁效应工作，而微波炉利用高频电磁波工作．
【答案】 B
4．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图1-7-7所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，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炼金属中，因此适用于冶炼特种金属．该炉的加热原理是
( )
图1-7-7
A．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
【解析】 交变电流产生的交变磁场在炉内金属截面上引起磁通量变化，使金属内部出现感应电流，因金属的电阻很小，所以感应电流很强．它在金属内自成回路时，形成旋涡状的电流，即涡流．涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高，金属熔化．
【答案】 C
5．如图1-7-8所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO′轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触，当磁铁绕轴转动时，铜盘将( )
图1-7-8
A．以相同的转速与磁铁同向转动
B．以较小的转速与磁铁同向转动
C．以相同的转速与磁铁反向转动
D．静止不动
【解析】 因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，铜盘中能产生电流的条件必须是磁通量发生变化．故铜盘转动方向与磁铁相同而转速较小，不能与磁铁同速转动，所以正确选项是B.
【答案】 B
对电磁阻尼和电磁驱动的理解
1．电磁阻尼是感应电流所受的安培力对导体做负功，阻碍导体运动；而电磁驱动是感应电流所受的安培力对导体做正功，推动导体的运动．
2．在两种情况下，安培力均是阻碍导体与磁场之间的相对运动．
3．在电磁驱动中，主动部分的速度(或角速度)大于被动部分的速度(或角速度)．
4．电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，均可以根据楞次定律和左手定则分析导体的受力情况．
主备
教师
任教科目
物理
任教班级
高二
课题
1.8 涡流现象及其应用
课型
新课
课时
1
授课
教师
授课
班级
高二（1）班
教
学
目
标
知识
与
技能
1．知道涡流是如何产生的。
2．知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止。
3．知道电磁阻尼和电磁驱动。
过程
与
方法
培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。
情感
态度
价值观
培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。
教学
重点
1．涡流的概念及其应用。
2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。
教学
难点
能画出等效电路图，并能联系闭合电路解题
突破重、难点的
手段
电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。
教法
与
学法
讲授发 分析法 观察法 探究法
教学手段与媒体
多媒体 实验演示
备课时间： 年 月 日
教 学 过 程
教学活动设计
学生活动设计
（含设计意图）
授课教师
二次备课
（一）引入新课
出示电动机、变压器铁芯，引导学生仔细观察其铁芯有什么特点？
它们的铁芯都不是整块金属，而是由许多薄片叠合而成的。
为什么要这样做呢？用一个整块的金属做铁心不是更省事儿？学习了涡流的知识，同学们就会知道其中的奥秘。
（二）进行新课
1、涡流
［演示1］涡流生热实验。
在可拆变压器的一字铁下面加一块厚约2 mm的铁板，铁板垂直于铁芯里磁感线的方向。在原线圈接交流电。几分钟后，让学生摸摸铁芯和铁板，比较它们的温度，报告给全班同学。
为什么铁芯和铁板会发热呢？原来在铁芯和铁板中有涡流产生。安排学生阅读教材，了解什么叫涡流？
当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流。
分析：如图所示，线圈接入反复变化的电流，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。导体可以看作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，这就是涡流的热效应。
课件演示，涡流的产生过程，增强学生的感性认识。
因为铁板中的涡流很强，会产生大量的热。而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少。
2、电磁阻尼
阅读教材30页上的“思考与讨论”，分组讨论，然后发表自己的见解。
导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。
［演示2］电磁阻尼。
按照教材“做一做”中叙述的内容，演示电表指针在偏转过程中受到的电磁阻尼现象。
［演示3］如图所示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁能振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一固定线圈，磁铁会很快停下来。上述现象说明了什么？
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和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，安培阻力较相对较大，因而磁铁会很快停下来。
3、电磁驱动
［演示4］电磁驱动。
演示教材31页的演示实验。引导学生观察并解释实验现象。
磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种现象称为电磁驱动。
交流感应电动机就是应用电磁驱动的原理工作的。简要介绍交流感应电动机的工作过程。
（四）实例探究
涡流的应用
【例1】如图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感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，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（ ）
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：AD
巩固练习
1．如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则（ ）
A．铝环的滚动速度将越来越小
B．铝环将保持匀速滚动
C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变
答案：B
2．如图所示，闭合金属环从曲面上 h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（ ）
A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于 h
B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h
答案：BD
3．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（ ）
A．铁 B．木
C．铜 D．铝
答案：CD
4．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做______运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）
答案：减速
评价与
总结
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