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第二章 电磁感应
粤教版 选择性必修二
第五节 涡流现象及其应用
新课导入
既没火苗，也没黑烟，锅底也不变黑，为什么一个大大的线圈就能让电磁炉工作，使锅里的水很快就烧开？
思考与讨论
在变化磁场中放入金属圆环能否产生感应电流？
若能，感应电流的形状、方向如何？
2) 在变化磁场中放入金属圆盘能否产生感应电流？
若能，感应电流的形状、方向如何？
磁场增强
????
?
磁场增强
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感应电流
涡流
像漩涡一样
的闭合曲线
Part 01
涡流现象
涡流现象
涡电流：当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流,这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的旋涡，故叫涡电流，简称涡流。
涡流现象：整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象
1、定义：
涡流现象
3、条件：
（1）穿过导体（金属块）的磁通量发生变化
（2）导体（金属块）本身可自行构成闭合回路
2、本质：电磁感应
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。
涡流现象
【小试牛刀】下列哪种做法可能使金属圆盘产生涡流?
A．放在匀强磁场中
B．放在变化的磁场中
C．在匀强磁场中做匀速运动
D．在匀强磁场中做变速运动
E．在非匀强磁场中做匀速运动
F．进入或离开（匀强或非匀强）磁场中
对涡流本质的理解
你知道涡流应用在那些方面，哪些方面我们又应该防止涡流的影响？
Part 02
涡流的应用
涡流的应用
一、涡流的热效应
金属块中的涡流也要产生热量，如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。
真空冶炼炉
(高频感应炉)
电磁炉
高频焊接机
涡流
涡流的应用
真空冶炼炉
(高频感应炉)
低频或直流行不行？
被冶炼的金属内部产生很强的涡流，产生大量的热量使金属熔化
高频焊接
该处电阻大还是小？
焊接时要使工件在极短时间内迅速加热，必须采用很大的焊接电流和电阻
涡流的应用
锅底产生强涡流，产生大量的热量使锅本身自行高速发热
电磁炉
【例1】(多选)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( )
A．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
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，即电阻大，
温度高，放热多
课堂练习
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课堂练习
【例2】 电磁炉又名电磁灶,是现代厨房革命的产物,它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生,因此热效率得到了极大的提高。是一种高效节能厨具,完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图,下列说法正确的是 (　　)
B
A.电磁炉通电线圈加直流电,电流越大,电磁炉加热效果越好
B.电磁炉的原理是通电线圈加交流电后,在锅底产生涡流,进而发热工作
C.在锅和电磁炉中间放一绝缘物质,电磁炉不能起到加热作用
D.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅,主要原因是这些材料的导热性能较差
涡流的应用
二、涡流的机械效应
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。
1、电磁驱动
2、电磁阻尼
一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，可以绕支点自由转动。如果转动线圈周围的蹄形磁体，线圈是否会运动起来？为什么？
涡流的应用
二、涡流的机械效应
1、电磁驱动
磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体跟着磁场转动，这种现象称为电磁驱动。
B
N
S
N
S
B
I
F
F
涡流的应用
二、涡流的机械效应
1、电磁驱动
应用：磁悬浮列车
磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁驱动力引导，推动列车前行。
涡流的应用
二、涡流的机械效应
1、电磁驱动
应用：交流感应电动机
连接到三相电源时能产生旋转的磁场
一种交流感应电动机的结构
涡流的应用
二、涡流的机械效应
2、电磁阻尼
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的运动——电磁阻尼。
应用：磁电式电表
思考与讨论
问题：磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？
（1）假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？
由右手定则可知，右侧产生的电流向里，左侧产生的电流向外，故从前向后看产生的感应电流为逆时针方向。
（2）铝框是否会受安培力，安培力是沿什么方向的？
有左手定则知，此时铝框中受到的安培力与运动方向相反
（3）安培力对铝框的转动产生什么影响？
起到了阻尼作用
（4）使用铝框做线圈骨架有什么好处？
产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动。
电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
电磁阻尼是导体运动(或者速度较大)时，安培力的方向与导体的运动方向相反，阻碍导体的运动。
电磁驱动是磁场运动，导体静止(或者速度较小)时，安培力对导体提供动力，使导体随磁场运动。
电磁阻尼和电磁驱动，都是由于导体相对于磁场运动引起磁通量的变化，产生感应电流，安培力的方向与导体的相对运动方向相反，阻碍导体相对运动。
电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′ 转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，从图示位置转过900的过程中：
（1）用右手定则或楞次定律分析线圈产生的感应电流的方向？
（2）在图示位置线圈所受的安培力的方向？是阻碍还是推动线圈运动？
在图示位置磁铁所受的安培力的方向？是阻碍还是推动磁铁运动？
（3）从楞次定律角度分析安培力对磁铁或线圈作用效果？
（4）从能量转化角度分析安培力对磁铁或线圈作用效果？
电磁驱动
电磁阻尼
楞次定律角度：
磁场与导体相对运动
磁通量发生变化
安培力阻碍磁铁或推动导体运动
阻碍作用
能量转化角度：
安培力对磁铁做负功 ，安培力对导体做正功
导体的电能和动能
磁铁的机械能
涡流的应用
三、涡流的磁效应
涡流的磁场反过来影响线圈中的原电流，使仪器报警。
线圈
探雷器
金属探测仪
安检门
涡流的应用
涡流的磁效应：
涡流的机械效应：
涡流的热效应：
电能
其他形式的能量
转化
电能
内能
电能
机械能
电能
磁场能
Part 03
涡流的危害与防止
涡流的危害与防止
线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流:
①使铁芯发热，
（2）防止：
②浪费了能量，
③还可能损坏电器。
（1）危害：
减少涡流的途径
增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢
用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
涡流的危害与防止
减少涡流的途径
增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢
用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
课堂练习
1.(多选)下列图中，A图是真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金；
B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；
C图是安检门可以探测人身是否携带金属物品；
D图是工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业。
属于涡流现象的是 ( 　 )
ABC
课堂练习
2.如图所示，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(　　)
A．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
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3、(多选)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、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上
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
课堂练习
4、(多选) 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的，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.增大铁芯的电阻, 以产生更多的热量
D.增大铁芯的电阻, 以减小发热量
课堂练习
BD
5、如图，一个铝框放在蹄形磁铁的两磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，然后转动磁铁，若忽略空气和一切摩擦阻力，则（　　）
A．铝框与磁铁的转动方向总相同
B．铝框与磁铁的转动方向总相反
C．当磁铁停止转动后，铝框将会保持匀速转动
D．若两者静止时转动铝框，磁铁则不会转动
A
6、(多选)电表中的指针和电磁阻尼器如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.2是磁铁,在1中产生涡流
B.1是磁铁,在2中产生涡流
C.该装置的作用是使指针能够转动
D.该装置的作用是使指针能很快地稳定
课堂练习
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