2023年新教材高中物理第2章電磁感應第5節(jié)渦流現(xiàn)象及其應用課件粵教版選擇性必修第二冊

第二章電磁感應第五節(jié)渦流現(xiàn)象及其應用學習目標學法與考法1．了解渦流是怎樣產(chǎn)生的2．了解渦流現(xiàn)象的應用和危害3．通過對渦流實例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應用(重點)學法：①通過實驗，了解渦流現(xiàn)象；②通過舉例，說明渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應用；③通過查閱資料，理解電磁爐的原理是電磁感應的渦流加熱考法：①判斷感生電動勢的方向；②考查渦流的原理及應用知識概覽課前·

自主預習1．定義：在整塊導體內(nèi)部發(fā)生____________而產(chǎn)生____________的現(xiàn)象稱為渦流現(xiàn)象．2．產(chǎn)生：把金屬塊放在________的磁場中，金屬塊內(nèi)會產(chǎn)生渦流．3．特點：電流在金屬塊內(nèi)形成_______回路，整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強，金屬塊會產(chǎn)生大量的熱量．導體的外周長越________，交變磁場的頻率越________，渦流就越大．渦流現(xiàn)象電磁感應感應電流變化閉合長高產(chǎn)生感應電流的必要條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，發(fā)生渦流現(xiàn)象時，金屬塊并沒有接入閉合電路，為什么會產(chǎn)生感應電流？【答案】金屬塊雖然沒有接入閉合電路，但穿過金屬塊的磁通量變化時，金屬塊自行構成閉合回路，導體內(nèi)部等效成許許多多閉合電路，所以能產(chǎn)生感應電流．微思考下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是 (

)A．把金屬塊放在勻強磁場中B．讓金屬塊在勻強磁場中做勻速運動C．讓金屬塊在勻強磁場中做變速運動D．把金屬塊放在變化的磁場中【答案】D【解析】渦流就是整個金屬塊中產(chǎn)生的感應電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生感應電流的條件，即穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化．而A、B、C中穿過金屬塊的磁通量不變化，所以A、B、C錯誤，把金屬塊放在變化的磁場中時，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，所以D正確．1．感應加熱(1)應用：________，渦流熱療系統(tǒng)等．(2)優(yōu)點：①________式加熱，熱源和受熱物體可以不直接接觸；②加熱效率________，速度________，可以減小表面氧化現(xiàn)象；③容易控制溫度，提高加工精度；④可實現(xiàn)________加熱；⑤可實現(xiàn)自動化控制；⑥可減少占地、熱輻射、噪聲和灰塵．渦流的熱效應電磁爐非接觸高快局部2．電磁爐(1)原理：電磁爐采用變化磁場感應產(chǎn)生的渦流使鍋體發(fā)熱．(2)優(yōu)點：①無明火，沒有燃燒生成物污染室內(nèi)；②熱效高、環(huán)保、節(jié)能，且集煎、炒等多功能于一身．交流電機、電器中為什么廣泛采用疊片鐵芯？【答案】可大大減小渦流損耗．微思考電磁爐是利用電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物．下列相關的說法中正確的是 (

)A．鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關B．電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作C．金屬或環(huán)保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物D．電磁爐的上表面一般都是用金屬材料制成，以加快熱傳遞減少熱損耗【答案】A【解析】鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關，故A正確；直流電不能產(chǎn)生變化的磁場，在鍋體中不能產(chǎn)生感應電流，電磁爐不能使用直流電，故B錯誤；鍋體只能用鐵磁性導體材料，不能使用絕緣材料制作鍋體，故C錯誤；電磁爐的上表面如果用金屬材料制成，使用電磁爐時，上表面材料發(fā)生電磁感應要損失電能，電磁爐上表面要用絕緣材料制作，故D錯誤．1．電磁驅動：如果磁場相對于導體運動，在導體中會產(chǎn)生_______電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體________起來．2．電磁阻尼：閉合回路的部分導體在做________磁感線運動產(chǎn)生感應電流時，導體在磁場中就要受到磁場力的作用，根據(jù)________定律，磁場力總是阻礙導體的運動，于是產(chǎn)生電磁________．渦流的機械效應感應運動切割楞次阻尼1．渦流探測：通有交變電流的探測線圈，產(chǎn)生交變磁場，當靠近金屬物時，在金屬物中激起________，隱蔽金屬物的等效電阻、電感也會反射到探測線圈中，改變通過探測線圈電流的________和________，從而探知金屬物．2．應用：探測行李中的槍支、________________、金屬覆蓋膜厚度等．渦流渦流的磁效應大小相位埋于地表的地雷(1)請說明渦流現(xiàn)象中的能量轉化情況．(2)請說明金屬塊進出磁場時的能量轉化情況．【答案】(1)渦流現(xiàn)象中，其他形式的能轉化成電能，并最終在金屬塊中轉化為內(nèi)能．(2)金屬塊進出磁場時，機械能轉化為電能

，電能又轉化為內(nèi)能．微思考高考考生入場時，監(jiān)考老師會使用金屬探測儀對考生逐個進行安全檢查．金屬探測器是用來探測金屬的儀器，關于其工作原理，下列說法中正確的是 (

)A．探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場B．只有有磁性的金屬物才會被探測器探測到C．探測到金屬物是因為金屬物中產(chǎn)生了渦流D．探測到金屬物是因為探測器中產(chǎn)生了渦流【答案】C【解析】金屬探測器利用渦流探測金屬物品原理是：線圈中交變電流產(chǎn)生交變的磁場，會使金屬物品產(chǎn)生交變的感應電流，而金屬物品中感應電流產(chǎn)生的交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應電流，引起線圈中交變電流發(fā)生變化，從而被探測到，故A、B、D錯誤，C正確．課堂·

重難探究1．渦流的特點當電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路(產(chǎn)生渦流)時，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強，根據(jù)公式P＝I2R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．渦流的熱效應2．渦流中的能量轉化渦流現(xiàn)象中，其他形式的能轉化成電能，并最終在金屬塊中轉化為內(nèi)能．如果金屬塊放在變化的磁場中，則磁場能轉化為電能，最終轉化為內(nèi)能；如果金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉化為電能，最終轉化為內(nèi)能．例1

(多選)如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，感應電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是 (

)A．電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快B．電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大【答案】AD【解析】交流電頻率越高，則產(chǎn)生的感應電流越強，升溫越快，A正確；工件上各處電流相同，電阻大處產(chǎn)生的熱量多，D正確．變式1高頻感應爐是用來熔化金屬進行冶煉的．如圖所示為冶煉金屬的高頻感應爐的示意圖，爐內(nèi)放入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這時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)混入被冶煉金屬中，因此適用于冶煉特種金屬．該爐的加熱原理是 (

)A．利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱B．利用線圈中電流產(chǎn)生的磁場C．利用交變電流的交變磁場在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流D．給線圈通電的同時，給爐內(nèi)金屬也通了電【答案】C【解析】高頻感應爐的原理：給線圈通以高頻交變電流后，線圈產(chǎn)生高頻變化的磁場，磁場穿過金屬，在金屬內(nèi)產(chǎn)生渦流，由于電流的熱效應，可使金屬熔化．故只有C正確．1．閉合回路的部分導體在做切割磁感線運動產(chǎn)生感應電流時，導體在磁場中就要受到安培力的作用，根據(jù)楞次定律，安培力總是阻礙導體的運動，于是產(chǎn)生電磁阻尼現(xiàn)象．2．電磁阻尼是一種十分普遍的物理現(xiàn)象，任何在磁場中運動的導體，只要給感應電流提供回路，就會存在電磁阻尼作用．渦流的機械效應——電磁阻尼例2

(2022年江蘇海門期末)臺風“煙花”登陸上海后，上海某大廈上的阻尼器開始出現(xiàn)擺動，給大樓進行減振．如圖所示為該阻尼器的簡化圖，該阻尼器首次采用了電渦流技術，底部附著永磁鐵的質(zhì)量塊在導體板上方擺動時，導體板內(nèi)產(chǎn)生電渦流．下列說法正確的是 (

)A．阻尼器擺動時產(chǎn)生的電渦流源于外部電源供電B．阻尼器最終將機械能轉化成為內(nèi)能C．導體板電阻率越大，阻尼越明顯D．導體板的電渦流大小與質(zhì)量塊擺動速率無關【答案】B【解析】阻尼器擺動時，永磁體通過導體板上方使導體板內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，從而在導體板中產(chǎn)生電渦流，屬于電磁感應現(xiàn)象，A錯誤；通過阻礙質(zhì)量塊和永磁體的運動，阻尼器將動能轉化為電能，并通過電流做功將電能最終轉為焦耳熱，B正確；導體板電阻率越大，導體的電阻越大，電流越小，阻尼越不明顯，C錯誤；質(zhì)量塊通過導體上方的速度越快，磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應電動勢和感應電流也越大，D錯誤．變式2磁力剎車是游樂場中過山車采用的一種新型剎車裝置，比靠摩擦力剎車更穩(wěn)定．如圖為該新型裝置的原理圖(從后面朝前看)，過山車的兩側裝有銅片，停車區(qū)的軌道兩側裝有強力磁鐵，當過山車進入停車區(qū)時，銅片與磁鐵的相互作用能使過山車很快停下來．下列說法正確的是 (

)A．磁力剎車利用了電流的磁效應B．磁力剎車屬于電磁驅動現(xiàn)象C．磁力剎車的過程中動能轉化為電能，最終轉化成內(nèi)能D．過山車的質(zhì)量越大，進入停車區(qū)時由電磁作用引起的剎車阻力越大【答案】C【解析】磁力剎車過程會產(chǎn)生渦流，屬于電磁感應現(xiàn)象，并非是電流的磁效應，也不屬于電磁驅動現(xiàn)象，A、B錯誤；磁力剎車的過程中，銅片穿過磁鐵時產(chǎn)生渦流，在磁場中受到安培力作用，阻礙過山車的運動，故磁力剎車的過程中動能轉化為電能，最終轉化成內(nèi)能，C正確；過山車的速度越大，進入停車區(qū)時由電磁作用引起的剎車阻力越大，和質(zhì)量無關，D錯誤．

導體在磁場中運動，感應電流會使導體受到安培力作用，阻礙其運動，即為電磁阻尼．1．如果磁場相對于導體運動，在導體中會產(chǎn)生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種作用就是電磁驅動．2．電磁驅動作用可用來制造測量轉速的電表，這類轉速表常稱為磁性轉速表．3．電磁驅動是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中的重要技術．如磁懸浮機車的電磁驅動．渦流的機械效應——電磁驅動例3如圖所示，閉合線框ABCD和abcd可分別繞軸線OO′轉動．當線框abcd繞OO′軸逆時針轉動時(俯視圖)，下列關于線框ABCD的轉動情況的說法正確的是 (

)A．線框ABCD也隨abcd逆時針轉動，只不過稍微慢了些B．線框ABCD也隨abcd逆時針轉動，只不過稍微快了些C．線框ABCD順時針轉動，只不過稍微慢了些D．線框ABCD順時針轉動，只不過稍微快了些【答案】A【解析】由于線框abcd旋轉時會使線框ABCD中產(chǎn)生感應電流，根據(jù)楞次定律可知，線框ABCD中的感應電流將阻礙abcd的逆時針轉動，因此線框ABCD也隨abcd逆時針轉動，只不過稍微慢了些，A正確．變式3

(多選)1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”．實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖所示．實驗中發(fā)現(xiàn)，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來，但略有滯后．下列說法正確的是 (

)A．圓盤上產(chǎn)生了感應電動勢B．圓盤內(nèi)的渦流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉動C．在圓盤轉動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉動【答案】AB【解析】當圓盤轉動時，圓盤的半徑切割磁針產(chǎn)生的磁場的磁感線，產(chǎn)生感應電動勢，A正確；銅圓盤上存在許多小的閉合回路，當圓盤轉動時，穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中產(chǎn)生感應電流，根據(jù)楞次定律，感應電流阻礙其相對運動，但抗拒不了相對運動，故磁針會隨圓盤一起轉動，但略有滯后，B正確；在圓盤轉動過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量始終為零，C錯誤；圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成的電流的磁場方向沿圓盤軸線方向，會使磁針沿軸線方向偏轉，D錯誤．

電磁阻尼與電磁驅動的比較(1)電磁阻尼中安培力的方向與導體運動方向相反，阻礙導體運動；電磁驅動中導體所受安培力的方向與導體運動方向相同，推動導體運動．安培力的作用效果均是阻礙導體與磁場的相對運動．(2)電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，最終轉化為內(nèi)能；電磁驅動中由于電磁感應，磁場能轉化為電能，通過安培力做功，部分電能轉化為導體的機械能而對外做功．

(1)電磁阻尼和電磁驅動都是電磁感應現(xiàn)象，均可以根據(jù)楞次定律和左手定則分析導體的受力情況．(2)電磁阻尼與電磁驅動現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙相對運動，應注意電磁驅動中，主動部分的速度(或角速度)大于被動部分的速度(或角速度)．核心素養(yǎng)應用電磁感應現(xiàn)象與生活密切相關，高考對這部分的考查更趨向于有關現(xiàn)代氣息和STS問題中信息題的考查．命題背景有電磁爐、電子秤、電磁卡、電磁焊接技術、衛(wèi)星懸繩發(fā)電、磁懸浮列車等．電磁感應在生活中的應用例4

地鐵、車站使用的安檢金屬探測器的結構原理圖可簡化為如圖所示．探測器運用的是電磁感應原理，發(fā)射線圈(外環(huán))產(chǎn)生垂直于線圈平面大小和方向交替變化的磁場，內(nèi)環(huán)線圈是接收線圈，用來收集被查金屬目標發(fā)出的磁場(接收線圈能完全屏蔽發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場)．隨著磁場方向的反復變化，它會與所遇到的任何金屬物發(fā)生作用，導致金屬物自身也會產(chǎn)生微弱的磁場，來自金屬物的磁場進入內(nèi)環(huán)線圈被接收到后，檢測器會發(fā)出報警聲．某一時刻發(fā)射線圈發(fā)射一向下的磁場，則下列說法中正確的是 (

)A．如果發(fā)射線圈發(fā)射的向下磁場增強，則金屬物中產(chǎn)生的渦流俯視看沿順時針方向B．如果發(fā)射線圈發(fā)射的向下磁場增強，則金屬物中渦流產(chǎn)生的磁場也增強C．金屬物發(fā)出的磁場穿過接收線圈時，接收線圈中會產(chǎn)生一個微弱的電流，探測器相應的元件就是依據(jù)這一信號電流做出報警的D．金屬物發(fā)出的磁場穿過接收線圈時，如果接收線圈中產(chǎn)生的微弱電流俯視看沿逆時針方向，則金屬物發(fā)出的穿過接收線圈的磁場方向一定向上【答案】C【解析】當發(fā)射線圈發(fā)射的向下磁場增強，根據(jù)楞次定律，則感應磁場向上，依據(jù)右手螺旋定則，感應電流方向俯視看沿逆時針方向，故A錯誤；如果發(fā)射線圈發(fā)射的向下磁場增強，則金屬物中產(chǎn)生渦流，但不能確定渦流的磁場強弱，故B錯誤；當接收線圈中產(chǎn)生一個微弱的電流，探測器相應的元件就是依據(jù)這一信號電流發(fā)出報警聲，故C正確；如果接收線圈中產(chǎn)生的微弱電流俯視看沿逆時針方向，則金屬物發(fā)出的穿過接收線圈的磁場可能方向向上大小減弱，也可能方向向下大小增強，故D錯誤．小練·

隨堂鞏固1．某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合電場線，方向從上向下看是順時針的，這可能是 (

)A．沿AB方向磁場在迅速減弱B．沿AB方向磁場在迅速增強C．沿BA方向磁場恒定不變D．沿BA方向磁場在迅速減弱【答案】A【解析】感生電場的方向從上向下看是順時針的，假設在平行感生電場的方向上有閉合回路，則回路中的感應電流方向從上向下看也是順時針的，由右手螺旋定則可知，感應電流的磁場方向向下，根據(jù)楞次定律可知，原磁場有兩種可能：原磁場方向向下且沿AB方向減弱，或原磁場方向向上，且沿BA方向增強，A正確．2．電磁驅動是21世紀初問世的新概念，該技術被視為將帶來交通工具大革命．多國科學家都致力于此項研究．據(jù)報道，某機構在真空中成功試驗了電磁驅動引擎．如果得以應用，該技術將在未來的星際旅行中派上大用場．在日常生活中，比如摩托車和汽車上裝有的磁性轉速表就是利用了電磁驅動原理．如圖所示，是磁性式轉速表及其原理圖，關于磁性式轉速的電磁驅動原理，下列說法正確的是 (

)A．鋁盤接通電源，通有電流的鋁盤在磁場作用下帶動指針轉動B．永久磁體隨轉軸轉動產(chǎn)生運動的磁場，在鋁盤中產(chǎn)生感應電流，感應電流使鋁盤受磁場力而轉動C．鋁盤轉動的方向與永久磁體轉動方向相反D．由于鋁盤和永久磁體被同轉軸帶動，所以兩者轉動是完全同步的【答案】B【解析】當永久磁鐵隨轉軸轉動時，產(chǎn)生轉動的磁場，在鋁盤中會產(chǎn)生感應電流，這時永久磁鐵的磁場會對鋁盤上的感應電流有力的作用，而產(chǎn)生一個轉動的力矩，使指針轉動，由于彈簧游絲的反力矩，會使指針穩(wěn)定指在某一刻度上，A錯誤，B正確；該轉速表運用了電磁感應原理，由楞次定律知，鋁盤磁場總是阻礙永久磁鐵轉動，要使減小穿過鋁盤磁通量的變化，永久磁鐵轉動方向與鋁盤轉動方向相同，C錯誤；永久磁鐵固定在轉軸上，鋁盤固定在指針軸上，鋁盤和永久磁體不是同轉軸帶動，所以兩者轉動不是同步的，D錯誤．3．如圖所示，在光滑絕緣水平面上，有一鋁質(zhì)金屬球以一定的初速度通過有界勻強磁場，則從球開始進入磁場到完全穿出磁場過程中(磁場寬度大于金屬球的直徑)，小球 (

)A．整個過程勻速運動B．進入磁場過程中球做減速運動，穿出過程做加速運動C．整個過程都做勻減速運動D．穿出時的速度一定小于初速度【答案】D【解析】小球在進出磁場過程中穿過小球的磁通量發(fā)生變化，有渦流產(chǎn)生，要受到阻力．小球在磁場中運動時，穿過小球的磁通量不變，小球勻速運動，故小球在整個過程中先減速運動，再勻速運動，后減速運動，D正確．4．(多選