粤教版 (2019)选择性必修 第二册第五节 涡流现象及其应用课文ppt课件

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必备知识·自主预习储备
[知识梳理]知识点一　涡流现象1．涡流：整块导体内部因发生电磁感应而产生旋涡状的感应电流。2．影响涡流大小的因素：导体的外____越长，交变磁场的____越高，涡流就越大。
知识点二　涡流现象的应用1．涡流的热效应(1)电磁炉：电磁炉是____现象在生活中的应用，采用了磁场感应____的加热原理。(2)高频感应炉：在感应炉中，有产生高频交变电流的__________和产生交变磁场的____，其工作原理也是涡流加热。
2．涡流的机械效应(1)电磁驱动：当磁场相对导体运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，安培力使________起来的现象。(2)电磁阻尼：当导体相对磁场运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，并且安培力总是____导体的运动。3．涡流的磁效应涡流探测：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____，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____和____，从而探知金属物。
[基础自测]1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)涡流有热效应，但没有磁效应。(　)(2)把金属块放在变化的磁场中可产生涡流。(　)(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。(　)(4)金属探测器是利用涡流现象。(　)(5)电表线圈用铝框作线圈骨架不是利用涡流现象。(　)
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直线运动C．让金属块在匀强磁场中做匀变速直线运动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。]
关键能力·情境探究达成
考点2　电磁阻尼与电磁驱动
1．如图，将通有变化电流的导线绕在铁块上。(1)请问铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？(2)在上述过程中伴随着哪些能量转化？提示：(1)有。变化的电流产生变化的磁场，根据楞次定律可知铁块中产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。(2)导线电能转化为磁场能，磁场能转化为铁块中电能，最终转化为内能。
2．一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动。当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动，当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动。试分析线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度相同吗？提示：线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。线圈的转速小于磁铁的转速。
考点1　对涡流的理解1．对涡流的理解
2．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。
3．涡流的应用与防治(1)应用：高频感应炉、金属探测器、安检门等。(2)防治：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯。
【典例1】　(多选)如图所示为用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，将金属材料置于冶炼炉中，当线圈中通以电流时用感应加热的方法使炉内金属发热。下列说法中正确的是(　　)A．线圈中通以恒定电流，金属材料中也能产生感应电流B．线圈中通以随时间变化的电流，在金属材料中会产生感应电流C．感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的D．感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热冶炼金属的
BC　[通过线圈的电流是随时间变化的电流，从而在金属材料中产生感应电流，故A选项错误，B选项正确；炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流，感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的，故C选项正确；炉内金属中会产生涡流，金属中的自由电子在涡流产生的电场中高速运动，受到阻碍从而产生热量，故D选项错误。]
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。
[跟进训练]1．电磁炉是利用电磁感应原理加热食物的，下列关于电磁炉的说法正确的是(　　)A．电磁炉内部产生了感应电流B．电磁炉可以加热陶瓷锅内的食物C．电磁炉只能加热铁锅内的食物D．电磁炉加热食物利用了电流的热效应
D　[电磁炉是在金属锅体内产生感应电流而产生热的，电磁炉内部不产生感应电流；陶瓷锅内不能产生感应电流，就不会产生热，因此不可以加热陶瓷锅内的食物，A、B错误；只要是属于金属锅底的锅都可以用电磁炉加热锅内的食物，只是铁锅加热的效果会更好些，C错误；电磁炉是在金属锅体内产生大量涡流而产生的热来加热食物的，是利用了电流的热效应，D正确。]
考点2　电磁阻尼与电磁驱动电磁阻尼与电磁驱动的比较
【典例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OO′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。(3)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。
[跟进训练]2．如图所示，用丝线悬挂闭合金属环，悬于O点，第一种情况是虚线左边有匀强磁场，右边没有磁场。第二种情况是整个空间都有向外的匀强磁场，金属环的摆动情况是(　　)A．两种情况都经过相同的时间停下来B．第一种情况先停下来C．第二种情况先停下来D．无法确定
B　[只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时，由于磁通量发生变化，环内一定会有感应电流产生，根据楞次定律可知将会阻碍相对运动，所以摆动会很快停下来，这就是电磁阻尼现象。也可以用能量守恒来解释，既然有电流产生，就一定有一部分机械能向电能转化，最后电能通过导体转化为内能。若空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量不变化，因此不产生感应电流，也就不会阻碍相对运动，摆动就不会很快停下来。故选B。]
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了(　　)A．增大涡流B．减小涡流C．产生更多的热量D．减小发热量BD　[涡流能使导体发热。变压器的铁芯是相互绝缘的硅钢片叠加而成的，从而降低涡流强度，减少能量损耗，提高变压器的效率。]
2．(多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是(　　)A．防止涡流而设计的B．利用涡流而设计的C．起电磁阻尼的作用D．起电磁驱动的作用BC　[线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流，涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用。]
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，不计重力，如图所示，在此过程中(　　)A．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
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。]
4．(多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是(　　)A．探测器内的探测线圈会产生变化磁场B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流AD　[探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，A正确；若有金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警，D正确。]
回归本节内容，自我完成以下问题：1．涡流的本质、条件及特点是什么？提示：(1)本质：电磁感应现象。(2)条件：穿过金属块的磁通量发生变化。(3)特点：整个金属块回路的电阻一般很小，涡电流很大，发热功率很大。
2．涡流的应用有哪些？提示：(1)涡流热效应：如真空冶炼炉、电磁炉等。(2)涡流磁效应：如探雷器、安检门等。3．如何防止涡流？提示：电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。(1)途径一：增大铁芯材料的电阻率。(2)途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
阅读材料·拓展物理视野
安 检 门安检门是一种检测人员有无携带金属物品的探测装置，又称金属探测门。金属探测安检门主要应用在机场、车站、大型会议等人流较大的公共场所用来检查人身体上隐藏的金属物品，如枪支、管制刀具等。市场上少数高档安检门可以做到当被检查人员从安检门通过，人身体上所携带的金属超过根据重量、数量或形状预先设定好的参数值时，安检门即刻报警，并显示造成报警的金属所在区位，让安检人员及时发现该人所随身携带的金属物品。大部分工厂专用安检门仅仅辨别是否携带金属物品，定位并报警，防止产品被违规带出工厂。性能最好的安检门可以检测到回形针大小物品。
公共场所人员众多，经常会有不法分子携带刀枪等违禁物品伺机行凶作案，从而造成重大的人员伤亡和财产损失，给社会造成极其恶劣的负面影响。为了杜绝这类恐怖事件发生，科学的管理配以科学有效管理工具势在必行。而安检门正是其最有效的工具之一，它已广泛应用于机场等重要的安全设施里，用来防止恐怖袭击，是经过长时间的实践检验，被证明最行之有效的安防工具之一。