高中物理 第一章 第六、七节 自感现象及其应用 涡流现象及其应用课件 粤教版选修3-2

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1­7­1所示。

图1­7­12．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：电磁灶采用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、安全。

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直接接触。

②加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。

③容易控制温度，提高加工精度。

④可实现局部加热。

⑤可实现自动化控制。

⑥可减少占地、热辐射、噪声和灰尘。

(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，从而提供制动力矩。

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。

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：减少发热损失，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，从而削弱涡流。

1．自主思考——判一判(1)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。

高中物理第一章第六、七节自感现象及其应用涡流现象及其应用学案粤教版选修【金版学案】xx-xx学年高中物理第一章第六、七节自感现象及其应用涡流现象及其应用学案粤教版选修3-21、知道什么是自感现象和自感电动势，知道自感系数及影响自感系数的因素、2、知道日光灯的基本原理和结构、3、知道涡流是如何产生的，知道如何利用和防止、1、自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象、2、自感电动势：自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势、3、自感电流：自感电动势在闭合回路中产生电流，这种电流叫做自感电流、4、自感系数：描述通电线圈自身特性的物理量叫做自感系数，简称自感或电感、5、日光灯的组成：日光灯主要由灯管、镇流器和启动器组成、例如图所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆开时应( )A、先断开开关S1B、先断开开关S2C、先拆去电流表D、先拆去电阻R解析：若先断开开关S1或先拆去电流表或先拆去电阻R，由于L的自感作用都会使L和电压表组成回路，原先L中有较大的电流通过，现在这个电流将通过电压表，造成电表损坏，所以实验完毕应先断开开关S2、答案：B一、单项选择题1、一个线圈的电流在均匀增大，则这个线圈的(D)A、自感系数也将均匀增大B、自感电动势也将均匀增大C、磁通量的变化率也将均匀增大D、自感系数、自感电动势都不变解析：自感系数是线圈本身特征的物理量，不随电流而变；电流均匀变化，则磁通量的变化率和自感电动势均不变、故D选项正确、2、关于自感电动势的方向，正确的说法是(D)A、它总是同原电流方向相同B、它总是同原电流方向相反C、当原电流增大时，它与原电流方向相同D、当原电流减小时，它与原电流方向相同解析：自感电动势总是阻碍原电流的变化、故D选项正确、3、如右图所示，开关S闭合且达到稳定时，小灯泡能正常发光、则当闭合S和断开S的瞬间能观察到的现象分别是(A)A、小灯泡慢慢亮；小灯泡立即熄灭B、小灯泡立即亮；小灯泡立即熄灭C、小灯泡慢慢亮；小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭D、小灯泡立即亮；小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭解析：合上开关S，由于自感L产生自感电动势阻碍A的电流增大，所以A慢慢变亮；断开S瞬间L也产生自感电动势，但由于没有形成闭合回路，所以没有电流，即灯泡立即熄灭、4、在日光灯的连接线路中，关于启动器的作用，以下说法正确的是(C)A、日光灯启动时，为灯管提供瞬时高压B、日光灯正常工作时，起降压限流的作用C、起到一个自动开关的作用，实际上可用一个弹片开关代替(按下接通，放手断开)D、以上说法均不正确解析：启动器的作用是利用动触片和静触片的接通与断开起一个自动开关的作用，启动的关键就在于断开的瞬间，镇流器产生的感应电动势与交流电压一起加在灯丝上，由此获得瞬间高压使得灯管变成通路并开始发光、二、多项选择题5、如右图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是(CD)A、铁B、木C、铜D、铝解析：小球的材料若是铁，则磁铁会吸引小球，小球会加速运动，排除A；若小球是铜或铝制成的，靠近磁铁时，小球会产生涡电流，动能转化为电能再转化为内能，小球做减速运动，所以C、D对、6、如右图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B、不考虑空气阻力，则下列说法正确的是(BD)A、A、B两点在同一水平线B、A点高于B点C、A点低于B点D、铜环摆动过程中有部分机械能转化为热能解析：在铜环进、出磁场时，穿过铜环的磁通量发生变化，故在环中产生感应电流，有热量产生，在运动过程中铜环的机械能转化为热能，机械能减少、7、在如右图所示的电路中，S1和S2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻值与R相等、在电键S接通和断开时，灯泡S1和S2亮暗的顺序是(AC)A、接通时，S1先达到最亮B、接通时，S2先达到最亮C、断开时，S1后熄灭D、断开时，S2后熄灭解析：从等效的观点看，在S接通时，相当于L表现为很大的电阻，故S1先达到最亮，选项A正确、同理，选项C也正确、8、如右图电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻都很小、接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(AD)A、在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗B、在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C、在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗D、在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗解析：本题考查同学们对断电时产生的自感电动势的阻碍作用的理解、在电路断开时，电感线圈的自感电动势阻碍原电流的减小，此时电感线圈在电路中相当于一个电源，表现为两个方面：一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致；二是在断电瞬间，自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等，以后以此电流开始缓慢减小到零、甲图中，电灯A与电感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同；断开电键S时，线圈L中的自感电动势要维持原电流不变，所以，电键断开的瞬间，电灯A的电流不变，以后电流渐渐变小、因此电灯渐渐变暗、乙图中，电灯A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小)，断开电键S时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给灯A供电、因此，反向流过A的电流瞬间要变大，然后渐渐变小，所以电灯要先亮一下，然后渐渐变暗、故D选项正确、9、日光灯镇流器的作用是(BC)A、启动时限制灯管中电流B、启动时产生瞬间高压，点燃灯管C、工作时降压限流，使灯管在较低电压下工作D、工作时维持灯管两端有高于电源的电压，使灯管正常工作解析：镇流器的作用：日光灯点燃时，利用自感现象产生瞬时高压；日光灯正常发光时，利用自感现象，对灯管起到降压限流作用、三、非选择题(按题目要求作答、解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位、)10、在如图所示的日光灯工作电路中、(1)开关合上前，启动器的静触片和动触片是__________(填“接通的”或“断开的”)；(2)开关刚合上时，220 V电压加在________上，使________泡发出红光；(3)日光灯起辉瞬间，灯管两端电压________(填“大于”“等于”或“小于”)220 V；(4)日光灯正常发光时，启动器的静触片和动触片________(填“接通”或“断开”)、答案：(1)断开的(2)启动器氖(3)大于(4)断开11、如右图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为0、电键原来是合上的，在K断开后，分析：(1)若R1>R2，灯泡的亮度如何变化？(2)若R1<R2，灯泡的亮度又如何变化？解析：(1)因R1>R2，即I1<I2，所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭、(2)因R1<R2，即I1>I2，小灯泡在K 断开后电流从原来的向右突然变为向左(方向相反)，然后再逐渐变小，最后为零，所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭、答案：(1)先突然变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭、(2)所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭、12、我们用来煮食物的炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相同，有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如天然气炉，还有直接以电热方式加热的，例如电饭锅、下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉，如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是随电流不断变化的，这个变化的磁场又会使放在电磁炉上面的铁质(或钢铁)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些内能便能起到加热物体的作用从而煮熟食物、电磁炉的特点是：效率比一般的炉子都高，炉面无明火，无烟无废气，火力强劲，安全可靠、因为电磁炉是由电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用、对于锅的选择，方法很简单，只要是锅底能被磁铁吸住的就能用、适用于电磁炉的烹饪器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等、(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有(回答三个即可)：①_______________________________________________________ _________________；②_______________________________________________________ _________________；③_______________________________________________________ _________________、(2)电磁炉所用的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是________________________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是_________________________________________________________ _________________________________________________________ ______________________________、(3)在锅和电磁炉中间放置一纸板，电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？答案：(1)①电流的磁效应(或电生磁) ②电磁感应现象(或磁生电) ③电流的热效应(或焦耳定律)(2)瓷和玻璃不能产生电磁感应现象铝、铜的导磁性太差，效率低(3)能起到加热作用，因为线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用、。

第七节涡流现象及其应用［学习目标］1.认识什么是涡流，理解涡流的成因及本质. (重点)2. 了解涡流加热，涡流制动，涡流探测在生产、生活和科技中的应用. (重点)3. 了解在生产、生活中避免或减少涡流的方法.(难点)自主预习©揺新M)一、涡流现象1•涡流：整块导体内部因发生电磁感应而产生的感应电流.2. 影响涡流大小的因素：导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大.二、涡流现象的应用与防止1 .涡流的应用(1) 电磁灶：电磁灶是涡流现象在生活中的应用，采用了磁场感应涡流的加热原理.(2) 感应加热：在感应炉中，有产生高频电流的大功率电源和产生交变磁场的线圈，其工作原理也是涡流加热.(3) 涡流制动：当导体在磁场中运动时，会在导体中激起涡流，逊与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而提供制动力矩阻碍导体的运动.(4) 涡流探测：通有交变电流的探测线圈，产生交变磁场，当靠近金属物时，在金属物中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感也会反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物.2 .涡流的防止(1) 原理：缩小导体的体积，增大材料的电阻_____(2) 事例：电机和变压器的铁芯用硅钢片叠压而成.(3) 目的：减少电能损失.1•思考判断(正确的打“V”，错误的打“x”)(1) 涡流有热效应，但没有磁效应.(x)(2) 把金属块放在变化的磁场中可产生涡流.(V)(3) 涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流. (x)(4) 金属探测器是利用涡流现象.(V)(5) 电表线圈用铝框作线圈骨架不是利用涡流现象.(X)2 •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. 做阻尼振动C. 振幅不断增大D. 无法判定B [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阻碍它的相对运动，做阻尼振动，故振幅越来越小，A C、D错误，B正确.]3 .下列做法中可能产生涡流的是（）A. 把金属块放在匀强磁场中B. 让金属块在匀强磁场中做匀速运动C. 让金属块在匀强磁场中做变速运动D. 把金属块放在变化的磁场中D [涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化.而 A B、C中穿过金属块的磁通量不变化，所以A、B、C错误，把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确.]对涡流的理解1. 涡流的产生涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可以等效成许许多多的闭合电路，当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流，即导体内部产生了涡流.2 .涡流的特点（1）电流强：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.（2）功率大：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.3 .能量转化伴随着涡流现象，常见以下两种能量转化.(1) 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；(2) 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．【例1】如图所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它一个初速度，让其向磁铁滚去，观察小球的运动情况( )A. 都做匀速运动B. 铁球、铝球都做减速运动C. 铁球做加速运动，铝球做减速运动D. 铝球、木球做匀速运动C [ 铁球靠近磁铁时被磁化，与磁铁之间产生相互吸引的作用力，故铁球将加速运动；铝球向磁铁靠近时，穿过它的磁通量发生变化，因此在其内部产生涡流，涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铝球向磁铁运动时会受阻碍而减速；木球为非金属，既不能被磁化，也不产生涡流现象，所以磁铁对木球不产生力的作用，木球将做匀速运动.综上所述，C项正确.]涡流现象的分析方法(1) 涡流是整块导体中发生的电磁感应现象，分析涡流一般运用楞次定律和法拉第电磁感应定律.(2) 导体内部可以等效为许多闭合电路.(3) 导体内部发热的原理是电流的热效应.1.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A [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.]对涡流的应用与防止的理解1.电磁阻尼闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到磁场力的作用，根据楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼.2 .电磁驱动如果磁场相对于导体运动，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，安培力使导体运动起来.3 .电磁阻尼与电磁驱动的比较【例2】如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触，当磁铁绕轴转动时，铜盘将（）A. 以相同的转速与磁铁同向转动B. 以较小的转速与磁铁同向转动C. 以相同的转速与磁铁反向转动D. 静止不动思路点拨：①磁铁转动时，铜盘中会产生涡流.②由楞次定律可分析铜盘的转动.B [因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，铜盘中能产生电流的条件必须是磁通量发生变化.故铜盘转动方向与磁铁相同而转速较小，不能与磁铁同速转动，所以正确选项是 B.]对电磁阻尼和电磁驱动的理解（1）电磁阻尼是感应电流所受的安培力对导体做负功，阻碍导体运动；而电磁驱动是感应电流所受的安培力对导体做正功，推动导体的运动.（2）在两种情况下，安培力均是阻碍导体与磁场之间的相对运动.⑶在电磁驱动中，主动部分的速度（或角速度）大于被动部分的速度（或角速度）.（4）电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，均可以根据楞次定律和左手定则分析导体的受力情况.训练角度1:电磁阻尼问题2 •如图所示，用丝线悬挂闭合金属环，悬于0点，第一种情况是虚线左边有匀强磁场，右边没有磁场。