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第七节涡流现象及其应用第一章电磁感应第一章电磁感应1.运用电磁感应、电路等知识分析各种涡流现象．2.了解涡流产生的原因及应用和防止．3．提高学习兴趣，培养用理论知识解决实际问题的能力．一、涡流现象1．定义：在整块导体内部发生__________而产生__________的现象称为涡流现象．2．产生：把金属块放在______的磁场中，金属块内会产生涡流．3．特点：电流在金属块内形成______回路，整块金属的电阻很小，涡流往往很强，金属块会产生大量的热量．导体的外周长越____，交变磁场的频率越____，涡流就越大．电磁感应感应电流变化闭合长高1．产生感应电流的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，发生涡流现象时，金属块并没有接入闭合电路，为什么会产生感应电流？提示：金属块虽然没有接入闭合电路，但穿过金属块的磁通量变化时，金属块自行构成闭合回路，导体内部等效成许许多多闭合电路，所以能产生感应电流．二、电磁灶与涡流加热1．电磁灶(又叫电磁炉)(1)原理：电磁灶采用的是磁场感应涡流的______原理．(2)优点：①无明火，没有燃烧生成物污染室内．②热效高、环保、节能，且集煎、炒等多功能于一身．加热2．感应加热(1)应用：________，涡流热疗系统等．(2)优点：①________式加热，热源和受热物体可以不直接接触；②加热效率____，速度____，可以减小表面氧化现象；③容易控制温度，提高加工精度；④可实现______加热；⑤可实现自动化控制；⑥可减少占地、热辐射、噪声和灰尘．感应炉非接触高快局部2．交流电机、电器中为什么广泛采用叠片铁芯？提示：可大大地减小涡流损耗．三、涡流制动与涡流探测1．涡流制动(1)实验演示现象：有一个铝盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动．如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铝盘边缘，但并不与铝盘接触，如图所示，铝盘就能在较短的时间内停止．分析：铝盘在蹄形磁铁的磁场中转动，会在铝盘中激起______，涡流与磁场相互作用产生一个__________力，从而提供制动力矩．(2)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．(3)电磁阻尼的应用：电学仪表、电气机车的电磁制动器等．涡流动态阻尼2．涡流探测(1)涡流探测①涡流金属探测器：利用探测线圈在金属物中激起涡流，金属物的等效电阻、电感会反射到探测线圈中改变线圈中电流大小和相位，从而探知金属物．②应用：探测行李包中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等．(2)减小涡流危害的途径减小涡流危害有两种途径：一是______铁芯材料的电阻率，如使用硅钢材料．二是用互相绝缘的________叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯．增大硅钢片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，表针摆动的幅度为什么比没连接接线柱时的小？提示：用导线把微安表两接线柱连接起来后，就形成闭合回路，产生感应电流从而阻碍表针的相对运动．对涡流的理解1．涡流产生的条件：涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身可自行构成闭合回路．同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大．2．可以产生涡流的两种情况(1)把块状金属放在变化的磁场中．(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．3．涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路(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平方成正比，故金属块的发热功率很大．4．能量转化：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．如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是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．(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律．(2)磁场变化越快ΔBΔt越大，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．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是()A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D．电磁炉的上表面一般都是用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗[解析]锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，故D错误．[答案]A1.如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯解析：选C.通入恒定电流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高．涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温，故C正确．对涡流制动的理解1．概念：涡流会使导体受到动态阻尼力(安培力)，动态阻尼力的方向总是阻碍导体的运动，从而提供制动力矩，这种现象称为涡流制动．2．成因：由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力．3．特点：安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍物体运动．4．能量转化：导体克服安培力做功，其他形式能转化为电能，最终转化为内能．所谓“涡流制动”实质上体现了楞次定律中“阻碍”含义中的“感应电流的磁场总是阻碍导体与磁场间的相对运动”这一规律．在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图所示，现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去．各滑块在未接触磁铁前的运动情况是()A．都做匀速运动B．甲、乙做加速运动C．甲、乙做减速运动D．乙、丙做匀速运动[思路点拨]分析涡流制动问题时要紧紧抓住安培力总是阻碍“相对运动”这一特点．[解析]铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生变化，因此在其内部产生涡流，反过来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻碍而减速，有机玻璃为非金属，不产生涡流现象，故C正确．[答案]C2.如图所示，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，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)()A．做等幅振动B．振幅不断减小C．振幅不断增大D．无法判定解析：选B.小球在通电线圈磁场中运动，小球中产生涡流，所以小球要受到安培力作用阻碍它的相对运动，从而使它做振幅不断减小的振动．故选B.