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第七节涡流现象及其应用复习回顾：产生感应电流的条件是什么？答：闭合回路的磁通量发生变化。思考探究：将一块状金属导体用导线环绕，其中导线通以随时间变化的电流，这时导体内部会发生何种现象？现将导线移除同时是该金属导体来回进出磁场这时又会发生何种现象？涡流：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时产生的在金属块内自成闭合回路的感应电流，叫涡电流，简称涡流。特点：涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。由于整块金属的电阻通常很小，故涡流常常很大。1．以下关于涡流的说法中，正确的是()A．涡流跟平时常见感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C．涡流有热效应，但没有磁效应D．在硅钢中不能产生涡流解析：根据涡流的产生原因(变化的磁场中的金属块、电流变化的线圈附近的导体中都产生涡流)知，涡流就是平时常见的感应电流，是因为穿过导体的磁通量发生变化而产生的，符合感应电流产生的原因，所以A正确，B错误；涡流和其他电流一样，也有热效应和磁效应，C错误；硅钢的电阻率大，产生的感应电流——涡流较小，不是不能产生涡流，D错误。答案：A二、涡流的应用①热效应：电磁炉（炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而生热。）感应加热：高频感应炉电磁炉的工作原理：电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。高频感应炉原理：炉外有线圈，线圈接入高频交流电源使其产生反复变化的电流，使炉内的金属产生涡流现象，涡流产生的热量是金属熔化并达到很高的温度，以此来冶炼金属。2．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图1－7－3所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属。该炉的加热原理是()图1－7－3A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用线圈中电流产生的磁场C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电解析：高频感应炉的原理是：给线圈通以高频交变电流后，线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生强涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化。故只有C正确。答案：C[例2](双选)如图1－7－6所示，是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是()图1－7－6A．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[解析]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，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化得越快，感应电动势就越大，A选项正确。工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D选项正确。[答案]AD②机械效应涡流制动：导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象称之为电磁阻尼。应用：电表阻尼制动、电气机车的电磁制动、阻尼摆等当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。电磁驱动：原理:当金属盘转动时，有部分导体切割磁感线(主要考虑磁极间的圆盘部分)，产生感应电动势，在金属盘内形成感应电流（涡流），沿半径向外的感应电流受到磁铁磁场对它的安培力，此安培力方向与金属盘转动的方向相反，阻碍盘的转动其转速越来越慢，直至停止。涡流制动——圆盘制动涡流制动——电磁阻尼摆原理：条形磁铁在空间中激发磁场，当导体在磁场中运动时，导体中出现感应电流（涡流）而受到安培力阻碍导体运动。[例1]如图1－7－4所示，一金属球用绝缘细线悬挂于O点，将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界。若不计空气阻力，则()图1－7－4A．金属球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度B．在进入和离开磁场时，金属球中均有感应电流C．金属球进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大D．金属球最终将静止在平衡位置[思路点拨]金属球内部形成一个个闭合回路，在金属球入磁场和出磁场过程中，磁通量发生变化，产生涡流，能量发生转化。[解析]金属球在进入磁场和离开磁场的过程中，内部产生涡流，阻碍金属球摆动，从而有机械能转化为内能，小球摆动的幅度减小，但当金属球不能再摆出磁场区域时，将不再产生涡流，机械能不再减少，金属球将在磁场内部永远摆动，不会停止，故只有B正确。[答案]B1．如图1－7－5所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后释放，此后小球的运动情况是(不计空气阻力)()A．做等幅振动B．做阻尼振动C．振幅不断增大D．无法判定解析：小球在通电线圈磁场中运动，小球中产生涡流，故小球要受到安培力作用，安培力阻碍它的相对运动而使它做阻尼振动。答案：B图1－7－52．(双选)如图1－7－7所示，是电表中的指针和电磁阻器，下列说法中正确的是()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解析：1在2中转动产生感应电流，感应电流受到安培力作用阻碍1的转动，A、D对。答案：AD图1－7－7电磁驱动——同向异步电动机原理：如图所示，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化。例如，线圈处于图中所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了。根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来。[特别提醒](1)在电磁驱动中，线圈转动方向和磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速，即同向异步。(2)感应电动机，家庭中用的电能表，汽车上用的电磁式速度表，都是利用电磁驱动。电磁阻尼是导体相对于磁场运动;电磁驱动是磁场相对于导体运动.安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系③涡流探测：金属探测器（探雷器、机场安检门等）。原理：探测线圈产生的交变磁场在金属中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。四、减少涡流的途径:a.增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。三、涡流现象的危害b.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。