《2017-2018学年教科版选修3-2 第一章 第7节 涡 流（选学） 学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年教科版选修3-2 第一章 第7节 涡 流（选学） 学案（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7节涡_流(选学)1.把金属块放入变化的磁场中，由于电磁感应，在金属块中产生的感应电流叫做涡流。由于金属块的电阻一般很小，因此涡流的热功率较大。2在日常生活中要防止有害涡流，如变压器铁芯中的涡流会使铁芯温度升高，缩短线圈绝缘材料的寿命；还要利用有益涡流，如高频感应炉冶炼金属，利用电磁灶来烹饪。3导体在磁场中运动时，导体中产生的感应电流会使导体受到安培力，总是阻碍导体的运动，即电磁阻尼。一、涡流1涡流的概念由于电磁感应，在整块金属导体内部会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，如图171所示。图1712特点整块金属的电阻很小，涡流往往很大。3涡流的危害(1)涡流在金属块内部释
2、放出大量的焦耳热，会使铁芯温度升高，缩短线圈绝缘材料的寿命。(2)涡流的热效应会消耗能量，使变压器、电动机的效率降低。4涡流危害的防止为了降低涡流造成的损耗，将铁芯用相互绝缘的薄硅钢片叠合而成，减小回路的横截面积，增大回路电阻，从而减弱涡流。二、涡流的应用1高频感应炉冶炼金属(1)原理：涡流感应加热。(2)优点非接触式加热，热源和受热物体可以不直接接触。加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。容易控制温度，提高加工精度。可实现局部加热。可实现自动化控制。可减少占地、热辐射、噪声和灰尘。2电磁灶(1)原理：磁场感应涡流加热。(2)优点通过锅底涡流发热，不存在能量传递过程中的损耗，热效率高。锅直
3、接发热，无明火和炊烟、清洁、安全。功能多。3电磁阻尼(1)原理：导体相对于磁场运动，在导体中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力阻碍导体的运动。(2)应用：电表的阻尼制动、高速机车制动的涡流闸等。4电磁驱动(1)概念如果磁场相对于导体转动，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，这种作用常称为电磁驱动。(2)电磁驱动的原理如图172所示，当转动蹄形磁铁时，穿过线圈的磁通量发生变化，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，此时线圈中就会有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，感应电
4、流使线圈受到安培力的作用，因而线圈会跟着一起转动起来。图172说明线圈转动方向与磁铁转动方向相同，但转速一定小于磁铁的转速，即同向异步。(3)应用：交流感应电动机。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。()(2)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。()(3)导体中有涡流时，导体本身会产热。()(4)利用涡流制成的探雷器可以探出“石雷”。()(5)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。()2合作探究议一议(1)产生涡流的条件是什么？提示：涡流的本质是电磁感应现象，产生涡流的条件是穿过导体的磁通量发生变化，并且导体本身可自
5、行构成闭合回路。(2)涡流现象中的能量是怎样转化的？提示：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。(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：晃动微安表时，线圈在磁场中切割磁感线产生感应电动势，当两个接线柱连在一起后，形成了闭合电路，产生了感应电流从而阻碍表针的相对运动，即发生电磁阻尼现象。 对涡流的理解及应用1影响涡流大小的因素(1)导体的外
6、周长。(2)交变磁场的频率。2对涡流的理解(1)本质：电磁感应现象。(2)产生涡流的两种情况及对应的能量转化块状金属放在变化的磁场中：磁场能转化为电能，最终转化为内能。块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动：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。典例如图173所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部。则小磁块()图173A在P和Q中都做自由落体运动B在两个下落过程中的机械能都守恒C在P中的下落时间比在Q中的长D落至底部时在P中的速度比在Q中的大解析小磁块从铜管P中下落时，P中的磁通量发生变化，P中产生感应电流
7、，给小磁块一个向上的磁场力，阻碍小磁块向下运动，因此小磁块在P中不是做自由落体运动，而塑料管Q中不会产生电磁感应现象，因此Q中小磁块做自由落体运动，A项错误；P中的小磁块受到的磁场力对小磁块做负功，机械能不守恒，B项错误；由于在P中小磁块下落的加速度小于g，而Q中小磁块做自由落体运动，因此从静止开始下落相同高度，在P中下落的时间比在Q中下落的时间长，C项正确；根据动能定理可知，落到底部时在P中的速度比在Q中的速度小，D项错误。答案C分析涡流问题的思路涡流的实质是电磁感应现象，所以涡流问题的分析思路仍然是用楞次定律解决动力学问题，用功能关系解决能量问题。 1(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压
8、而成，而不采用一整块硅钢，这是为了()A增大涡流，提高变压器的效率B减小涡流，提高变压器的效率C增大涡流，减小铁芯的发热量D减小涡流，减小铁芯的发热量解析：选BD涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的。所以不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的就是减小涡流，从而减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率。B、D对。2如图174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()图174A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、木球做匀速运动解
9、析：选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。3(多选)图175所示是高频焊接原理的示意图。当线圈中通以高频电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝处时产生大量的热，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少。下列说法正确的是()图175A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得
10、越快B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C工件上只有焊缝处温度很高是因为焊缝处的电阻小D工件上只有焊缝处温度很高是因为焊缝处的电阻大解析：选AD线圈中通以高频电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，高频电流变化的频率越高，感应电动势越大，感应电流越大，结合焦耳定律可知，选项A正确，B错误。工件上焊缝处的电阻大，所以感应电流通过时产生的热量多，选项C错误，D正确。电磁阻尼与电磁驱动典例弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁。将磁铁托到某一高度后放开，磁铁要振动较长一段时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图176所示)，磁
11、铁就会很快停下来。解释这个现象，并说明此现象中的能量转化情况。图176思路点拨解析当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了受空气阻力外，还有线圈给它的阻力，克服阻力需要做的功增多，振动时机械能的损失变快，因而会很快停下来。机械能的转化情况可表示如下：答案见解析电磁阻尼和电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由导体在磁场中运动形成由磁场运动形成效果安培力的方向与导体运动方向相反，为阻力安培力的方向与导体运动方向相同，为动力能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能磁场能转化为电能，通过安培力做
12、功，电能转化为导体的机械能相同点两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场的相对运动1(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图177所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是()图177A圆盘上产生了感应电动势B圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动解析：选AB当圆盘转动时，
13、圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动势，选项A正确；如图所示，铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，选项B正确；在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项C错误；圆盘呈电中性，不会形成环形电流，选项D错误。2.如图178所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是()图178A两环
14、都向右运动B两环都向左运动C环1静止，环2向右运动D两环都静止解析：选C条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止；环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动。3(多选)位于光滑水平面的小车上水平固定一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v0穿入螺线管，并最终穿出，如图179所示，在此过程中()图179A磁铁做匀速直线运动B磁铁做减速运动C小车向右做加速运动D小车先加速后减速解析：选BC磁铁水平穿入螺线管时，螺线管中将产生感应电流，由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动；同理，磁铁穿出时，由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项A错误，B正确。对于小车上的螺线管来说，螺线管受到的安培力方向始终为水平向右，这个安培力使螺线管和小车向右运动，且一直做加速运动，选项C正确，D错误。1下列应用哪些与涡流无关()A高频感应冶炼炉B汽车的电磁式速度表C家用电表D闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流解析：选D真空冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，使炉内的金属中产生涡流；汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电表(转盘式)的转盘中会有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生的感应电流，不同于涡流，选项
