2024年高中物理第一章电磁感应第七节涡流现象及其应用讲义含解析粤教版选修3_2.docVIP

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涡流现象及其应用

1．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，导体的外周长越长，交变磁场的频率

越高，涡流越大。

2．电磁灶是通过锅底涡流发热，不存在热量在传递过程

中的损耗，所以它的热效率高。

3．在涡流制动中，安培力做负功，把机械能转化为电能。

一、涡流现象

1．定义

在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象，如图1-7-1所示。

图1-7-1

2．影响因素

(1)导体的外周长。

(2)交变磁场的频率。

(3)导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。

二、涡流的应用与防止

1．电磁灶

(1)原理：电磁灶采纳了磁场感应涡流的加热原理。

(2)优点：

①涡流发热，不存在热量在传递过程中的损耗，热效率高，耗电量少。

②无明火和炊烟，没有因加热产生的废气，清洁、环保、平安。

③功能齐全。

2．高频感应加热

(1)原理：涡流感应加热。

(2)优点：

①非接触式加热，热源和受热物体可以不干脆接触。

②加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。

③简单限制温度，提高加工精度。

④可实现局部加热。

⑤可实现自动化限制。

⑥可削减占地、热辐射、噪声和灰尘。

(3)其他应用：高频塑料热压机，涡流热疗系统等。

3．涡流制动与涡流探测

(1)涡流制动：

①原理：金属盘与磁场发生相对运动时，会在金属盘中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而供应制动力矩。

②应用：电表的阻尼制动，高速机车制动的涡流闸等。

(2)涡流探测

①原理：探测线圈产生的交变磁场在金属中激起涡流，隐藏金属物的等效电阻、电感反射到探测线圈中，变更通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物。

②应用：探测行李中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等。

4．涡流的防止

(1)目的：

削减发热损失，提高机械效率。

(2)原理：

缩小导体的周长，增大材料的电阻。

(3)方法：

把整块铁芯改成用薄片叠压的铁芯，增大回路电阻，从而减弱涡流。

1．自主思索——判一判

(1)涡流跟平常常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变更而产生的。(√)

(2)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特别电流。(×)

(3)导体中有涡流时，导体本身会产热。(√)

(4)利用涡流制成的探雷器可以探出“石雷”。(×)

(5)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。(√)

2．合作探究——议一议

(1)产生涡流的条件是什么？

提示：涡流的本质是电磁感应现象，产生涡流的条件是穿过导体的磁通量发生变更，并且导体本身可自行构成闭合回路。

(2)涡流现象中的能量是怎样转化的？

提示：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。假如金属块放在了变更的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能；假如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。

(3)用导线把微安表的两个接线柱连在一起后，晃动微安表时，表针摇摆的幅度为什么比没连接接线柱时的小？

提示：晃动微安表时，线圈在磁场中切割磁感线产生感应电动势，当两个接线柱连在一起后，形成了闭合电路，产生了感应电流从而阻碍表针的相对运动，即发生电磁阻尼现象。

对涡流的理解及应用

1．影响涡流大小的因素

(1)导体的外周长。

(2)交变磁场的频率。

2．对涡流的理解

(1)本质：电磁感应现象。

(2)产生涡流的两种状况及对应的能量转化

①块状金属放在变更的磁场中：磁场能转化为电能，最终转化为内能。

②块状金属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。

[典例]如图1-7-2所示，上下开口、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1-7-2

A．在P和Q中都做自由落体运动

B．在两个下落过程中的机械能都守恒

C．在P中的下落时间比在Q中的长

D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大

[解析]小磁块从铜管P中下落时，P中的磁通量发生变更，P中产生感应电流，给小磁块一个向上的磁场力，阻碍小磁块向下运动，因此小磁块在P中不是做自由落体运动，而塑料管Q中不会产生电磁感应现象，因此Q中小磁块做自由落体运动，A项错误；P中的小磁块受到的磁场力对小磁块做负功，机械能不守恒，B项错误；由于在P中小磁块下落的加速度小于g，而Q中小磁块做自由落体运动，因此从静止起先下落相同高度，在P中下落的时间比在Q中下落的时间长，C项正确；依据动能定理可知，落究竟部时在P中的速度比在Q中的速度小，D项错误。

[答案]C

分析涡流问题的思路

涡流的实质是电磁感应现象，所以涡流问题的分析思路仍旧是用楞次定律解决动力学问题，用功能关系解决