渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用

1、第七節(jié)渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.認(rèn)識(shí)什么是渦流，理解渦流的成因及本質(zhì) (重點(diǎn) )2了解渦流加熱，渦流制動(dòng)，渦流探測(cè)在生產(chǎn)、生活和科技中的應(yīng)用 (重點(diǎn) )3了解在生產(chǎn)、生活中避免或減少渦流的方法 (難點(diǎn) )渦 流 現(xiàn) 象先填空 1渦流： 整塊導(dǎo)體內(nèi)部因發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電流2影響渦流大小的因素 ：導(dǎo)體的外周長(zhǎng)越長(zhǎng)，交變磁場(chǎng)的頻率越高，渦流就越大再判斷 1渦流有熱效應(yīng)，但沒(méi)有磁效應(yīng)()2把金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中可產(chǎn)生渦流()3渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流( )后思考 如圖 1-7-1 所示，垂直金屬圓環(huán)的一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)在逐漸變化，金屬圓環(huán)上能否產(chǎn)生感

2、應(yīng)電流？圖 1-7-1【提示】有感應(yīng)電流合作探討 如圖 1-7-2，將通有變化電流的導(dǎo)線(xiàn)繞在鐵塊上圖 1-7-2探討 1：請(qǐng)問(wèn)鐵塊中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀像什么？【提示】有變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，根據(jù)楞次定律可知鐵塊中產(chǎn)生第 1頁(yè)感應(yīng)電流，它的形狀像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流探討 2：在上述過(guò)程中伴隨著哪些能量轉(zhuǎn)化？【提示】電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，磁場(chǎng)能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能核心點(diǎn)擊 1渦流的產(chǎn)生渦流實(shí)際上是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場(chǎng)中， 或者導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)， 導(dǎo)體內(nèi)部可以等效成許許多多的閉合電路，當(dāng)穿過(guò)這些閉合電路的磁通量變化時(shí)， 在導(dǎo)體內(nèi)部的這些閉合電

3、路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，即導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了渦流2渦流的特點(diǎn)(1)電流強(qiáng)：當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流 )時(shí)，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強(qiáng)(2)功率大：根據(jù)公式pi 2r 知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大3能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，常見(jiàn)以下兩種能量轉(zhuǎn)化(1)如果金屬塊放在了變化的磁場(chǎng)中，則磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；(2)如果是金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)或在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則由于克服安培力做功，金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能1如圖 1-7-3 所示，一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)線(xiàn)掛于o 點(diǎn)，將圓環(huán)拉離平衡位置并釋放，圓環(huán)擺動(dòng)過(guò)程中(環(huán)平面與磁場(chǎng)始終保持垂直)經(jīng)

4、過(guò)有界的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域， a、b 為該磁場(chǎng)的豎直邊界 若不計(jì)空氣阻力， 則 ()圖 1-7-3a圓環(huán)向右穿過(guò)磁場(chǎng)后，還能擺至原來(lái)的高度b在進(jìn)入和離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)，圓環(huán)中均有感應(yīng)電流c圓環(huán)進(jìn)入磁場(chǎng)后， 離最低點(diǎn)越近速度越大， 感應(yīng)電流也越大d圓環(huán)最終將靜止在最低點(diǎn)第 2頁(yè)【解析】在圓環(huán)進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中環(huán)中磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，即圓環(huán)的機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化， 其機(jī)械能越來(lái)越小， 上升的高度越來(lái)越低，a 項(xiàng)錯(cuò)誤， b 項(xiàng)正確；但在環(huán)完全進(jìn)入磁場(chǎng)后，不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，c 項(xiàng)錯(cuò)誤；最終圓環(huán)將不能擺出磁場(chǎng)， 從此再無(wú)機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化， 其擺動(dòng)的幅度不再變化，d 項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】b2如圖 1-7-4

5、所示，在光滑水平桌面上放一條形磁鐵，分別將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它一個(gè)初速度，讓其向磁鐵滾去， 觀(guān)察小球的運(yùn)動(dòng)情況() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97192041】圖 1-7-4a都做勻速運(yùn)動(dòng)b鐵球、鋁球都做減速運(yùn)動(dòng)c鐵球做加速運(yùn)動(dòng)，鋁球做減速運(yùn)動(dòng)d鋁球、木球做勻速運(yùn)動(dòng)【解析】鐵球靠近磁鐵時(shí)被磁化， 與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的作用力，故鐵球?qū)⒓铀龠\(yùn)動(dòng)； 鋁球向磁鐵靠近時(shí)， 穿過(guò)它的磁通量發(fā)生變化，因此在其內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)原磁場(chǎng)的變化起阻礙作用，所以鋁球向磁鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受阻礙而減速；木球?yàn)榉墙饘伲炔荒鼙淮呕?，也不產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，所以磁鐵對(duì)木球不產(chǎn)生力的作用， 木球?qū)⒆鰟蛩龠\(yùn)動(dòng)

6、 綜上所述， c 項(xiàng)正確【答案】c渦流現(xiàn)象的分析方法1渦流是整塊導(dǎo)體中發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，分析渦流一般運(yùn)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律2導(dǎo)體內(nèi)部可以等效為許多閉合電路第 3頁(yè)3導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)熱的原理是電流的熱效應(yīng)渦 流 現(xiàn) 象 的 應(yīng) 用 與防 止先填空 1渦流的應(yīng)用(1)電磁灶：電磁灶是渦流現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用，采用了磁場(chǎng)感應(yīng)渦流的加熱原理(2)感應(yīng)加熱：在感應(yīng)爐中，有產(chǎn)生高頻電流的大功率電源和產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的線(xiàn)圈，其工作原理也是渦流加熱(3)渦流制動(dòng)：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體中激起渦流，渦流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)阻尼力， 從而提供制動(dòng)力矩阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)(4)渦流探測(cè)：通有交變電流的探測(cè)線(xiàn)

7、圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)靠近金屬物時(shí)，在金屬物中激起渦流， 隱蔽金屬物的等效電阻、 電感也會(huì)反射到探測(cè)線(xiàn)圈中，改變通過(guò)探測(cè)線(xiàn)圈電流的大小和相位，從而探知金屬物2渦流的防止(1)原理：縮小導(dǎo)體的體積，增大材料的電阻率(2)事例：電機(jī)和變壓器的鐵芯用硅鋼片疊壓而成(3)目的：減少電能損失再判斷 1變壓器硅鋼片疊成鐵芯是利用渦流現(xiàn)象()2金屬探測(cè)器是利用渦流現(xiàn)象( )3電表線(xiàn)圈用鋁框做線(xiàn)圈骨架不是利用渦流現(xiàn)象()后思考 在感應(yīng)加熱中，是使用高頻交流電源好，還是使用低頻交流電源好？為什么？【提示】使用高頻電源好， 感應(yīng)加熱就是利用感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量，感應(yīng)電流適當(dāng)大些較好， 當(dāng)使用高頻交流電源時(shí)， 它產(chǎn)生高

8、頻變化的磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)中導(dǎo)體內(nèi)的磁通量變化非常迅速， 產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，加熱效果會(huì)更好第 4頁(yè)合作探討 探討 1：彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵 將磁鐵托起到某一高度后放開(kāi)，磁鐵能上下振動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間才停下來(lái) 如果在磁鐵下端放一個(gè)固定的閉合線(xiàn)圈， 使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過(guò)它 (如圖 1-7-5 所示 )，磁鐵就會(huì)很快停下來(lái)， 解釋這個(gè)現(xiàn)象圖 1-7-5【提示】當(dāng)磁鐵穿過(guò)固定的閉合線(xiàn)圈時(shí)，在閉合線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)會(huì)阻礙磁鐵靠近或離開(kāi)線(xiàn)圈，因此磁鐵振動(dòng)時(shí)除了有空氣阻力外，還有線(xiàn)圈的磁場(chǎng)力作為阻力，克服阻力需要做的功較多， 彈簧振子的機(jī)械能損失較快，因而會(huì)很快停下來(lái)探討 2：一

9、個(gè)閉合線(xiàn)圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如圖 1-7-6 所示，蹄形磁鐵和閉合線(xiàn)圈都可以繞 oo軸轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)蹄形磁鐵順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線(xiàn)圈也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線(xiàn)圈也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖 1-7-6試分析線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的動(dòng)力是什么力？線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同嗎？【提示】線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流受到安培力的作用，安培力作為動(dòng)力使線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速核心點(diǎn)擊 1電磁阻尼閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)， 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中就要受到磁場(chǎng)力的作用， 根據(jù)楞次定律， 磁場(chǎng)力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)， 于是產(chǎn)生電磁阻尼2電磁驅(qū)動(dòng)如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)， 在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流， 感應(yīng)電流使導(dǎo)體

10、受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)3電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)第 5頁(yè)成因由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化而生感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)電流不安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方效果同向相反，阻礙物體運(yùn)動(dòng)向相同，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)點(diǎn)導(dǎo)體克服安培力做功，其他由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，能量形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終通過(guò)安培力做功， 電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為內(nèi)能機(jī)械能，而對(duì)外做功相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象3下列應(yīng)用與渦流無(wú)關(guān)的是()a家用電磁爐b家用微波爐c真空冶煉爐d探雷器【解析】家用電磁爐和真空冶煉爐利用渦流的熱效應(yīng)工作，探雷器利用渦流的磁效應(yīng)工作，

11、而微波爐利用高頻電磁波工作【答案】b4高頻感應(yīng)爐是用來(lái)熔化金屬對(duì)其進(jìn)行冶煉的，如圖 1-7-7 所示為冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐的示意圖， 爐內(nèi)放入被冶煉的金屬， 線(xiàn)圈通入高頻交變電流， 這時(shí)被冶煉的金屬就能被熔化， 這種冶煉方法速度快， 溫度易控制， 并能避免有害雜質(zhì)混入被煉金屬中， 因此適用于冶煉特種金屬 該爐的加熱原理是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)： 97192042】圖 1-7-7a利用線(xiàn)圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱b利用線(xiàn)圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)c利用交變電流的交變磁場(chǎng)在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流d給線(xiàn)圈通電的同時(shí)，給爐內(nèi)金屬也通了電【解析】交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在爐內(nèi)金屬截面上引起磁通量變化，使金屬內(nèi)部出現(xiàn)感應(yīng)電流， 因

12、金屬的電阻很小， 所以感應(yīng)電流很強(qiáng) 它在金屬內(nèi)自成回路時(shí)，形成旋渦狀的電流， 即渦流渦流產(chǎn)生大量的焦耳熱使?fàn)t內(nèi)溫度升高，第 6頁(yè)金屬熔化【答案】c5如圖 1-7-8 所示，在一蹄形磁鐵下面放一個(gè)銅盤(pán)，銅盤(pán)和磁鐵均可以自由繞 oo軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩磁極靠近銅盤(pán)， 但不接觸，當(dāng)磁鐵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銅盤(pán)將 ()【導(dǎo)學(xué)號(hào)： 97192209】圖 1-7-8a以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)b以較小的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)c以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵反向轉(zhuǎn)動(dòng)d靜止不動(dòng)【解析】因磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)， 引起銅盤(pán)中磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而受安培力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)， 由楞次定律可知安培力的作用是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以銅盤(pán)與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)， 又由產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件可知，銅盤(pán)中能產(chǎn)生電流的條件必須是磁通量發(fā)