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第五节　涡流现象及其应用
[学习目标]
1.了解涡流现象和涡流现象产生的原因,深化对电磁感应现象和规律的理解,进一步加强能量观念的认识.
2.通过对涡流的热效应、机械效应、磁效应等知识的学习,提高应用知识解决实际问题的能力.(重难点)
知识点一　涡流现象
情境导学
在一铁块的外面绕有如图所示的线圈,当线圈通有如图所示的交变电流时,请问铁块中有感应电流吗 如果有,它的形状像什么
提示:铁块中有感应电流,它的形状像水中的旋涡.
知识整合
1.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,称为涡流现象.
2.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.
3.涡流的特点
(1)整块导体发生的电磁感应现象,遵循法拉第电磁感应定律.
(2)磁场变化越快,导体的横截面积越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大.
4.产生涡流时的能量转化
(1)金属块在变化的磁场中,磁场能转化为电能,最终转化为内能.
(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,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.
易错辨析
(1) 涡流不是感应电流,而是一种有别于感应电流的特殊电流.(　×　)
(2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流.(　√　)
(3)处于磁场中的金属块,磁场变化越快,产生的涡流越大.(　√　)
知识点二　涡流的热效应
情境导学
如图所示,在电磁炉的炉盘下有一个线圈.电磁炉工作时,它的盘面并不发热,在炉盘上面放置铁锅,铁锅会发热.这是为什么
提示:线圈内的电流变化,引起磁场变化,变化的磁场穿过铁锅,铁锅底部产生涡流,涡流产生焦耳热.
知识整合
1.涡流的热效应
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.
2.应用实例:高频感应炉、电磁炉.
3.涡流的热效应的特点
当电流在金属块内形成闭合回路(产生涡流)时,由于整块金属的电阻很小,涡流往往很强,根据公式P=I2R知,热功率的大小与电流的二次方成正比,故金属块的发热功率很大.磁场变化越快,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] (涡流的热效应的应用)(多选)真空冶炼炉如图所示.炉外有线圈,则真空冶炼炉在工作时,下列说法正确的是(　　)
[A] 通过线圈的电流直接流经炉内金属,并使之发热
[B]通过线圈的电流是高频交变电流
[C]炉内金属中会产生感应电流,这种电流叫涡流
[D]炉内金属中会产生涡流,涡流产生的热量使金属熔化
【答案】 BCD
【解析】 通过线圈的电流是高频交变电流,故B正确;炉内金属中会产生感应电流,这种电流叫涡流,故C正确;炉内金属中会产生很强的涡流,可以利用涡流产生的热量使金属熔化,故A错误,D正确.
知识点三　涡流的机械效应
情境导学
根据以下情境探究问题.
(1)探究磁场中涡流的机械效应实验装置如图甲所示.
甲
①蹄形磁铁转动时,穿过线圈的磁通量是否变化
②线圈转动起来的动力是什么力
③线圈的转动速度与蹄形磁铁的转动速度有什么关系
(2)磁电式电表的结构图如图乙所示,轻铝框上绕着线圈.
乙
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
②指针向右转动,铝框由于转动产生感应电流,铝框会受安培力,安培力是沿什么方向的
③安培力对铝框的转动产生什么影响
提示:(1)①变化.
②磁场对线圈的安培力.
③线圈的转动速度小于蹄形磁铁的转动速度.
(2)①逆时针.
②铝框的左边受到方向向下的安培力,铝框的右边受到方向向上的安培力.
③安培力阻碍铝框的转动.
知识整合
1.电磁驱动:当磁场相对导体运动时,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.
2.电磁阻尼: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运动的现象.
3.电磁阻尼与电磁驱动的比较
项目 电磁阻尼 电磁驱动
不 同 点 成因 由于闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中产生感应电流,从而使导体受到安培力 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍物体运动 导体所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
4.应用实例:磁性式转速表、磁电式电表中的铝框等.
[例2] (对电磁驱动的理解)日常生活中,摩托车和汽车上装有的磁性式转速表就是利用电磁驱动原理的装置.磁性式转速表及其原理图如图所示,关于磁性式转速表的电磁驱动原理,下列说法正确的是(　　)
[A] 铝盘接通电源,通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
[B]永久磁体随转轴转动产生运动的磁场,在铝盘中产生感应电流,感应电流使铝盘受磁场力而转动
[C]铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反
[D]由于铝盘和永久磁体被同转轴带动,所以二者转动是完全同步的
【答案】 B
【解析】 当永久磁体随转轴转动时,产生转动的磁场,在铝盘中会产生感应电流,这时永久磁体的磁场会对铝盘上的感应电流有力的作用,使指针转动,由于弹簧游丝产生的阻力,会使指针稳定指在某一刻度上,故A错误,B正确;该转速表运用了电磁感应原理,由楞次定律知,铝盘磁场总是阻碍永久磁体转动,要减小穿过铝盘磁通量的变化,永久磁体转动方向与铝盘转动方向相同,故C错误;永久磁体固定在转轴上,铝盘固定在指针轴上,铝盘和永久磁体不是被同转轴带动,所以二者转动不是同步的,故D错误.
[例3] (对电磁阻尼的理解)(多选)某高楼中采用的阻尼器如图所示,该阻尼器首次采用了涡流技术,底部附着永磁铁的质量块摆动通过导体板上方时,导体板内产生涡流.关于阻尼器,下列说法正确的是(　　)
[A] 阻尼器摆动时产生的涡流源于电磁感应现象
[B]阻尼器摆动时产生的涡流源于外部电源供电
[C]阻尼器最终将机械能转化为内能
[D]质量块通过导体板上方时,导体板的涡流大小与质量块的速率无关
【答案】 AC
【解析】 阻尼器摆动时,永磁铁通过导体板上方使之磁通量发生变化,从而在导体板中产生涡流,这属于电磁感应现象,故A项正确,B项错误;通过阻碍质量块和永磁铁的运动,阻尼器将动能转化为电能,并通过电流做功将电能最终转化为内能,故C项正确;质量块通过导体板上方时的速率越快,磁通量变化越快,产生的感应电动势和感应电流也越大,故D项
错误.
知识点四　涡流的磁效应
情境导学
　机场、车站等场所的安检人员用手持金属探测器检查乘客的原理是什么
提示:工作时让变化的电流通过线圈,产生不断变化的磁场,如果探测器靠近金属,就能在金属内部产生涡流,这个涡流又会产生磁场,反过来影响探测器的磁场,让探测器发出报警声.
知识整合
1.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, 涡流周围有磁场.
2.应用:金属探测器等.
[例4] (涡流的磁效应)有一种手持金属探测器的结构原理简化图如图所示.探测器利用的是电磁感应原理,发射线圈(外环)可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场;内环线圈是接收线圈,用来收集被测金属物发出的磁场(接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场).随着发射线圈产生的磁场方向反复变化,它会与所遇的金属物发生作用,导致金属物自身也会产生微弱的磁场,来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后,检测器会发出报警声.则下列说法正确的是(　　)
[A] 若发射线圈产生的磁场向下且正在增强,金属物产生的感应磁场的方向竖直向下
[B]若发射线圈产生的磁场向下且正在增强,金属物中的涡流从上往下看是沿顺时针
方向的
[C]金属物发出的磁场穿过接收线圈时,接收线圈会产生微弱的电流,此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的
[D]如果金属物中某时刻发出向上的磁场,那么接收线圈中的感应电流方向从上往下看是沿逆时针方向的
【答案】 C
【解析】 若发射线圈产生的磁场向下且正在增强,根据楞次定律可判断,金属物产生的感应磁场的方向竖直向上,根据安培定则可知,金属物中的涡流从上往下看是沿逆时针方向的,故A、B错误;金属物发出的磁场穿过接收线圈时,接收线圈会产生微弱的电流,此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的,故C正确;如果金属物中某时刻发出向上的磁场,若该磁场增强,根据楞次定律判断,接收线圈中的感应电流从上往下看是沿顺时针方向的,若该磁场减弱,接收线圈中的感应电流从上往下看是沿逆时针方向的,故D错误.
课时作业(十八)　涡流现象及其应用
(分值:81分)
(选择题每题6分)
知识点一　涡流现象
1.(多选)对涡流的认识,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]涡流总是有害的,要尽可能避免涡流
[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,选项A、B正确;涡流在各种电机中是有害的,但也有可用之处,比如高频感应炉或金属探测器等,选项C错误;涡流产生于铁芯中,对原电流无阻碍作用,选项D错误.
知识点二　涡流的热效应
2.(2025·广东惠州高二下阶段练习)为了研究电磁炉的工作原理,某个同学制作了一个简易装置,如图所示,将一根电线缠绕在铁芯外部,接通交流电源,放置在铁芯上方的不锈钢锅具开始发热,下述可以增大锅具的发热功率的办法,可行的是(　　)
[A] 增大交流电源的频率
[B]把不锈钢锅换成陶瓷锅
[C]将电源换成电动势更大的直流电源
[D]把线圈内部铁芯去掉
【答案】 A
【解析】 当下方线圈通入交流电时,在不锈钢锅具中会产生感应电动势,形成涡流而产生热量,因感应电动势与电流的变化率成正比,增大交流电源的频率,感应电动势增大,电流增大,热功率增大,A正确;陶瓷不是磁性材料,把不锈钢锅换成陶瓷锅,不会产生涡流,B错误;换成直流电源,恒定电流产生恒定的磁场,穿过线圈的磁通量不变,锅具中不会有感应电流,热功率为0,C错误;把线圈内部铁芯去掉,则磁场减弱,感应电动势减小,感应电流减小,热功率变小,D错误.
3.(多选)有一种手持式封口机,它的工作原理:当接通电源时,内置线圈产生磁场,当磁感线穿过封口铝箔材料时,瞬间产生大量小涡流,致使铝箔自行快速发热,熔化复合在铝箔上的溶胶,从而粘贴在承封容器的封口处,达到迅速封口的目的.下列有关说法正确的是(　　)
[A] 封口材料可用普通塑料来代替铝箔
[B]该封口机可用干电池作为电源以方便携带
[C]封口过程中温度过高时,可通过适当减小所通电流的频率来解决
[D]该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口,但不适用于金属容器
【答案】 CD
【解析】 由于封口机利用了电磁感应原理,故封口材料必须是金属材料,而且电源必须是交流电源,A、B错误;减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量,即控制温度,C正确;封口材料为金属类材料,但对应被封口的容器不能是金属,否则同样会发热,使封口机的输出功率增大,可能会烧坏封口机,所以被封口的容器只能是玻璃、塑料等材质,D正确.
知识点三　涡流的机械效应
4.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示.无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
　
[A] [B]　 [C] [D]
【答案】 A
【解析】 由于要求有效衰减紫铜薄板上下及左右的微小振动,则在紫铜薄板发生微小振动时,通过紫铜薄板横截面的磁通量应均能发生变化,由题图可以看出,只有题图A方案中才能使两方向上的微小振动得到有效衰减.
5.(多选)如图甲为磁控健身车,图乙为其车轮处结构示意图,在金属飞轮的外侧有一些磁体(与飞轮不接触),人用力蹬车带动飞轮旋转时,磁体会对飞轮产生阻碍作用,拉动旋钮拉线可以改变磁体与飞轮间的距离.下列说法正确的有(　　)
[A] 飞轮受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力
[B]飞轮转速一定时,磁体越靠近飞轮,飞轮受到的阻力越小
[C]磁体和飞轮间的距离一定时,飞轮的转速越大,受到的阻力越小
[D]磁体和飞轮间的距离一定时,飞轮的转速越大,内部的涡流越强
【答案】 AD
【解析】 根据题意,人用力蹬车带动飞轮旋转时,磁体会对飞轮产生阻碍作用,飞轮受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力,选项A正确;飞轮的转速一定时,磁体越靠近飞轮,飞轮受到的安培力越大,即阻力越大,选项B错误;磁体和飞轮间的距离一定时,飞轮的转速越大,磁通量的变化率越大,则飞轮内部的涡流越强,产生的安培力越大,受到的阻力越大,选项C错误,D正确.
6.(多选)(2025·广东肇庆高二期末)如图所示,纽扣形永磁体直径略小于铜管、塑料管内径,某同学分别同时将两个纽扣形永磁体从竖直放置的空心铜管和空心塑料管上端口处由静止释放,忽略空气阻力以及磁体与管壁的摩擦.下列说法正确的有(　　)
[A] 纽扣形永磁体在铜管中下落得快
[B]纽扣形永磁体在塑料管中下落得快
[C]纽扣形永磁体在铜管中下落过程中机械能守恒
[D]纽扣形永磁体在塑料管中下落过程中机械能守恒
【答案】 BD
【解析】 纽扣形永磁体在塑料管中下落时只受重力作用,做自由落体运动,在铜管中下落时,使铜管中的磁通量发生变化,铜管中产生感应电流,感应电流产生的磁场对磁铁产生磁场力的作用,根据“来拒去留”规律,可知纽扣形永磁铁受磁场力向上,比自由落体慢,所以纽扣形永磁体在塑料管中下落得快,A错误,B正确;由于纽扣形永磁体在铜管中下落过程中部分机械能转变为电能,机械能不守恒,而纽扣形永磁体在塑料管中下落过程中只有重力做功,机械能守恒,C错误,D正确.
知识点四　涡流的磁效应
7.(多选)安检门是一个用于安全检查的“门”,“门框”内有线圈,线圈中通有变化的电流,如果金属物品通过安检门,金属中会被感应出涡流,涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流,从而引起报警.以下关于安检门的说法正确的是(　　)
[A] 安检门不能检查出毒贩携带的毒品
[B]安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
[C]安检门工作时,既利用了电磁感应的原理,又利用了涡流的磁效应
[D]如果“门框”的线圈中通上恒定电流,安检门能正常工作
【答案】 ABC
【解析】 安检门利用涡流探测旅客身上携带的金属物品,原理是线圈中变化的电流产生变化的磁场,会在金属物品中产生变化的感应电流,而金属物品中感应电流产生的变化的磁场会在线圈中产生感应电流,引起线圈中的电流发生变化,从而被探测到,则安检门不能检查出毒贩携带的毒品,能检查出金属物品,故A、B正确;安检门工作时,主要利用了电磁感应原理,也利用了涡流的磁效应,故C正确;根据工作原理可知,如果“门框”的线圈中通上恒定电流,则安检门不能正常工作,故D错误.
8.(2025·广东佛山高二上期末)如图甲所示为某金属探测器,探测头内共面安装一个发射线圈和一个接收线圈,发射线圈通如图乙所示的高频振荡电流,产生的磁场能在金属物体内部产生涡电流,涡电流的磁场使接收线圈的感应电流发生变化,从而使蜂鸣器发出提示音.下列说法正确的是(　　)
[A] 探测头在靠近陶瓷制品时会发出提示音
[B]探测头悬停在金属上方时不会发出提示音
[C]发射线圈在t1、t2时刻产生的磁场方向相反
[D]接收线圈在t1、t2时刻产生的感应电流方向相反
【答案】 D
【解析】 陶瓷制品不是金属,不能在其内部产生涡流,所以探测头在靠近陶瓷制品时不会发出提示音,A错误;探头悬停在金属上方时,金属内部产生涡流,涡流的磁场会使接受线圈中的感应电流发生变化,从而使蜂鸣器发出提示音,B错误;由题图乙可知,t1、t2时刻发射线圈中的电流方向相同,根据安培定则可知,发射线圈在t1、t2时刻产生的磁场方向相同,C错误;由于t1、t2时刻发射线圈产生的磁场方向相同,但t1时刻磁场在增强,t2时刻磁场在减弱,根据楞次定律可知,接收线圈在t1、t2时刻产生的感应电流方向相反,D正确.故选D.
9.(多选)(2025·广东中山高二期末)我们熟知磁铁不能吸引金银.但最近媒体报导了几起怪事,有人发现从正规渠道购买的金条能被磁铁“吸”得动起来,当强磁铁对着金条前后快速移动时,金条被“吸”得前后摆动,于是就怀疑金条有问题,但通过专业检测这些金条都符合国家标准.检测员再次用强磁铁在金条旁边上下左右、前后缓慢移动时,未发现金条被吸引的现象,只有在前后快速移动磁铁时才发现吸引现象,对此现象下列解释合理的是(　　)
[A] 金条被“吸”是因为受到万有引力的作用
[B]前后快速移动磁铁时磁通量变化较快,金条中产生涡流,从而和磁铁发生相互作用,发生摆动
[C]前后缓慢移动磁铁时,金条中磁通量不发生变化,所以没有感应电流
[D]上下或左右缓慢移动磁铁时,磁通量变化较慢,金条中感应电流很小,和磁铁相互作用很弱,不足以观察到金条摆动
【答案】 BD
【解析】 当磁铁快速前后移动时,穿过金条的磁通量变化较快,金条中产生涡流,从而和磁铁发生相互作用,发生摆动,A错误,B正确;当磁铁在金条旁边上下左右、前后缓慢移动时,穿过金条的磁通量变化较慢,金条中感应电流很小,和磁铁相互作用很弱,不足以观察到金条摆动,C错误,D正确.
(选择题每题9分)
10.(多选)(2025·广东湛江高二下期中)电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的有(　　)
[A] 图甲中,发射线圈接入恒定电流也能实现手机充电
[B]图乙中,电磁炉不能使用陶瓷锅,是因为陶瓷的导热性能比金属的差
[C]图丙中,真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时,被冶炼的金属产生涡流,从而高温冶炼
[D]图丁中,电流表在运输时要用导线把两个接线柱连在一起,这是为了保护电表指针,利用了电磁阻尼原理
【答案】 CD
【解析】 充电设备中的发射线圈通恒定电流,其产生的磁场是恒定的,不能使手机产生感应电流,不能实现无线充电,故A错误;电磁炉不能用陶瓷锅是因为陶瓷锅属于绝缘材料,不会产生涡流,故B错误;当真空冶炼炉炉外线圈通入高频交流电时,线圈产生交变磁场,被冶炼的金属产生涡流,产生大量的热从而冶炼金属,C正确;电流表在运输时要用导线把两个接线柱连在一起,这是为了保护电表指针,利用了电磁阻尼原理,D正确.
11.(多选)(2025·广东茂名高二期末)如图所示为某种售货机硬币识别系统简图.虚线框内存在磁场,从入口A进入的硬币沿斜面滚落,通过磁场区域后,由测速器测出速度大小,若速度在某一合适范围,挡板B自动开启,硬币就会沿斜面进入接收装置;否则挡板C开启,硬币进入另一个通道拒绝接收.下列说法正确的是(　　)
[A] 磁场能使硬币的速度增大得更快
[B]由于磁场的作用,硬币的机械能减小
[C]硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力
[D]如果没有磁场,则测速器示数会更大一些
【答案】 BCD
【解析】 根据题意可知,硬币进入磁场和离开磁场时,穿过硬币的磁通量发生变化,硬币中产生感应电流,硬币受到安培力作用会阻碍硬币的相对运动,即硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力,若磁场阻力大于硬币重力沿斜面的分力,硬币将做减速运动,若磁场阻力等于硬币重力沿斜面的分力,硬币将匀速进入磁场,若磁场阻力小于硬币重力沿斜面的分力,硬币继续加速运动,但速度增加变慢,综上所述,A错误,C正确;安培力对硬币做负功,使硬币的机械能减小,故B正确;如果没有磁场,对硬币没有阻碍作用,由动能定理可知,硬币到达测速器位置时速度会更大一些,故D正确.
12.1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“阿拉果圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示.实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后,下列说法正确的是(　　)
[A] 因为穿过圆盘的磁通量不变,圆盘上没有感应电流
[B]穿过整个圆盘的磁通量发生了变化从而产生沿圆盘边缘的环形电流
[C]圆盘内局部面积的磁通量变化产生感应电流,从而产生磁场导致磁针转动
[D]圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了环形电流,此电流产生的磁场导致磁针转动
【答案】 C
【解析】 穿过圆盘的磁通量不变,但是圆盘局部面积的磁通量发生变化,所以在圆盘上有不同的感应电流,从而产生涡流,涡流的磁场导致磁针转动,故A错误,C正确;穿过整个圆盘的磁通量没有发生变化,所以沿圆盘边缘没有产生环形电流,故B错误;圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了环形电流而产生的磁场,由安培定则可判断出磁场的方向在中心方向竖直向下,其他位置关于中心对称,则此电流产生的磁场不会导致磁针转动,故D错误.(共26张PPT)
第五节　涡流现象及其应用
[学习目标]　
1.了解涡流现象和涡流现象产生的原因,深化对电磁感应现象和规律的理解,进一步加强能量观念的认识.
2.通过对涡流的热效应、机械效应、磁效应等知识的学习,提高应用知识解决实际问题的能力.(重难点)
「情境导学」
知识点一　涡流现象
在一铁块的外面绕有如图所示的线圈,当线圈通有如图所示的交变电流时,请问铁块中有感应电流吗 如果有,它的形状像什么
提示:铁块中有感应电流,它的形状像水中的旋涡.
「知识整合」
1.涡流现象
整块导体内部发生电磁感应而产生 的现象,称为涡流现象.
2.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.
感应电流
3.涡流的特点
(1)整块导体发生的电磁感应现象,遵循 定律.
(2)磁场变化越快,导体的横截面积越大,导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大.
4.产生涡流时的能量转化
(1)金属块在变化的磁场中,磁场能转化为电能,最终转化为内能.
(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,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.
法拉第电磁感应
易错辨析
(1) 涡流不是感应电流,而是一种有别于感应电流的特殊电流.(　 　)
(2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流.(　 　)
(3)处于磁场中的金属块,磁场变化越快,产生的涡流越大.(　 　)
×
√
√
知识点二　涡流的热效应
「情境导学」
如图所示,在电磁炉的炉盘下有一个线圈.电磁炉工作时,它的盘面并不发热,在炉盘上面放置铁锅,铁锅会发热.这是为什么
提示:线圈内的电流变化,引起磁场变化,变化的磁场穿过铁锅,铁锅底部产生涡流,涡流产生焦耳热.
1.涡流的热效应
像其他电流一样,金属块中的涡流也会产生 .如果金属的电阻率小,则会产生很强的涡流,产生大量的 .
2.应用实例:高频感应炉、电磁炉.
「知识整合」
热量
焦耳热
3.涡流的热效应的特点
[例1] (涡流的热效应的应用)(多选)真空冶炼炉如图所示.炉外有线圈,则真空冶炼炉在工作时,下列说法正确的是(　 　)
[A] 通过线圈的电流直接流经炉内金属,并使之发热
[B]通过线圈的电流是高频交变电流
[C]炉内金属中会产生感应电流,这种电流叫涡流
[D]炉内金属中会产生涡流,涡流产生的热量使金属熔化
BCD
【解析】 通过线圈的电流是高频交变电流,故B正确;炉内金属中会产生感应电流,这种电流叫涡流,故C正确;炉内金属中会产生很强的涡流,可以利用涡流产生的热量使金属熔化,故A错误,D正确.
知识点三　涡流的机械效应
「情境导学」
根据以下情境探究问题.
(1)探究磁场中涡流的机械效应实验装置如图甲所示.
甲
①蹄形磁铁转动时,穿过线圈的磁通量是否变化
提示:(1)①变化.
②线圈转动起来的动力是什么力
提示:②磁场对线圈的安培力.
③线圈的转动速度与蹄形磁铁的转动速度有什么关系
提示:③线圈的转动速度小于蹄形磁铁的转动速度.
(2)磁电式电表的结构图如图乙所示,轻铝框上绕着线圈.
提示:(2)①逆时针.
②指针向右转动,铝框由于转动产生感应电流,铝框会受安培力,安培力是沿什么方向的
提示:②铝框的左边受到方向向下的安培力,铝框的右边受到方向向上的安培力.
③安培力对铝框的转动产生什么影响
提示:③安培力阻碍铝框的转动.
乙
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
1.电磁驱动:当磁场相对导体运动时,导体中产生的 使导体受到安培力, 使导体运动起来的现象.
2.电磁阻尼:当导体在磁场中运动时,导体中产生的 使导体受到安培力,并且安培力总是 导体运动的现象.
「知识整合」
涡流
安培力
涡流
阻碍
3.电磁阻尼与电磁驱动的比较
项目 电磁阻尼 电磁驱动
不 同 点 成因 由于闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中产生感应电流,从而使导体受到安培力 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍物体运动 导体所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
4.应用实例:磁性式转速表、磁电式电表中的铝框等.
[例2] (对电磁驱动的理解)日常生活中,摩托车和汽车上装有的磁性式转速表就是利用电磁驱动原理的装置.磁性式转速表及其原理图如图所示,关于磁性式转速表的电磁驱动原理,下列说法正确的是(　　)
[A] 铝盘接通电源,通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
[B]永久磁体随转轴转动产生运动的磁场,在铝盘中产生感应电流,感应电流使铝盘受磁场力而转动
[C]铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反
[D]由于铝盘和永久磁体被同转轴带动,所以二者
转动是完全同步的
B
【解析】 当永久磁体随转轴转动时,产生转动的磁场,在铝盘中会产生感应电流,这时永久磁体的磁场会对铝盘上的感应电流有力的作用,使指针转动,由于弹簧游丝产生的阻力,会使指针稳定指在某一刻度上,故A错误,B正确;该转速表运用了电磁感应原理,由楞次定律知,铝盘磁场总是阻碍永久磁体转动,要减小穿过铝盘磁通量的变化,永久磁体转动方向与铝盘转动方向相同,故C错误;永久磁体固定在转轴上,铝盘固定在指针轴上,铝盘和永久磁体不是被同转轴带动,所以二者转动不是同步的,故D错误.
[例3] (对电磁阻尼的理解)(多选)某高楼中采用的阻尼器如图所示,该阻尼器首次采用了涡流技术,底部附着永磁铁的质量块摆动通过导体板上方时,导体板内产生涡流.关于阻尼器,下列说法正确的是(　　 )
[A] 阻尼器摆动时产生的涡流源于电磁感应现象
[B]阻尼器摆动时产生的涡流源于外部电源供电
[C]阻尼器最终将机械能转化为内能
[D]质量块通过导体板上方时,导体板的涡流大小与质量块的速率无关
AC
【解析】 阻尼器摆动时,永磁铁通过导体板上方使之磁通量发生变化,从而在导体板中产生涡流,这属于电磁感应现象,故A项正确,B项错误;通过阻碍质量块和永磁铁的运动,阻尼器将动能转化为电能,并通过电流做功将电能最终转化为内能,故C项正确;质量块通过导体板上方时的速率越快,磁通量变化越快,产生的感应电动势和感应电流也越大,故D项错误.
知识点四　涡流的磁效应
「情境导学」
机场、车站等场所的安检人员用手持金属探测器检查乘客的原理是什么
提示:工作时让变化的电流通过线圈,产生不断变化的磁场,如果探测器靠近金属,就能在金属内部产生涡流,这个涡流又会产生磁场,反过来影响探测器的磁场,让探测器发出报警声.
1.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 , 涡流周围有 .
2.应用:金属探测器等.
「知识整合」
磁效应
磁场
[例4] (涡流的磁效应)有一种手持金属探测器的结构原理简化图如图所示.探测器利用的是电磁感应原理,发射线圈(外环)可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场;内环线圈是接收线圈,用来收集被测金属物发出的磁场(接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场).随着发射线圈产生的磁场方向反复变化,它会与所遇的金属物发生作用,导致金属物自身也会产生微弱的磁场,来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后,检测器会发出报警声.则下列说法正确的是(　　 )
[A] 若发射线圈产生的磁场向下且正在增强,金属物产生的感应磁场的方向竖直向下
[B]若发射线圈产生的磁场向下且正在增强,金属物中的涡流从上往下看是沿顺时针方向的
[C]金属物发出的磁场穿过接收线圈时,接收线圈会产生微弱的电流,此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的
[D]如果金属物中某时刻发出向上的磁场,那么接收线圈中的感应电流方向
从上往下看是沿逆时针方向的
C
【解析】 若发射线圈产生的磁场向下且正在增强,根据楞次定律可判断,金属物产生的感应磁场的方向竖直向上,根据安培定则可知,金属物中的涡流从上往下看是沿逆时针方向的,故A、B错误;金属物发出的磁场穿过接收线圈时,接收线圈会产生微弱的电流,此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的,故C正确;如果金属物中某时刻发出向上的磁场,若该磁场增强,根据楞次定律判断,接收线圈中的感应电流从上往下看是沿顺时针方向的,若该磁场减弱,接收线圈中的感应电流从上往下看是沿逆时针方向的,故D错误.
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