高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第五节 涡流现象及其应用教课内容ppt课件

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第五节 涡流现象及其应用教课内容ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了关键能力合作探究，课堂检测素养达标，课时作业巩固演练，涡电流，高频感应炉，金属探测器等内容，欢迎下载使用。

必备知识 自主学习
[知识梳理]一、涡流现象在整个导体中，一圈圈的感应电流环绕导体轴线流动，这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以我们称之为 ，简称 。这种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。
二、涡流的应用1．涡流热效应：如 。2．涡流的机械效应(1)电磁驱动①概念：当磁场相对导体运动时，导体中产生的 使导体受到安培力，安培力使导体运动起来的现象。②应用：磁性式转速表。
(2)电磁阻尼①概念：当导体在磁场中运动时，导体中产生的 使导体受到安培力，并且安培力总是 导体运动的现象。②应用：磁电式电表。3．涡流的磁效应：如 。
[自主评价]1．判断正误(1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵循法拉第电磁感应定律。( )(2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流。( )(3)变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流。( )(4)在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同。( )(5)在电磁阻尼现象中的能量转化是导体克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能，最终转化为内能。( )
2．情景思考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：用导线把微安表的两个接线柱连接起来后，就形成了闭合回路，产生感应电流阻碍表针的相对运动，即发生电磁阻尼现象。
提示：在平底的铁锅底部产生涡流，从而使得锅底温度升高，起到加热做饭或炒菜的作用。
 1．对涡流的理解(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，并且金属块本身构成闭合回路。(3)特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大，故金属块的发热功率很大。
2．产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中。(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。
3．产生涡流时的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。例如，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。
[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，做匀速运动，故C正确。[答案]　C
针对训练1.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图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，线圈通入高频交变电流(电流的大小和方向发生周期性变化)，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(　　)
A．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，在金属内产生涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化，故C正确。答案：C
2.(多选)电磁感应铝箔封口机被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是(　　)
A．封口材料可用普通塑料来代替铝箔B．该封口机可用干电池作为电源以方便携带C．封口过程中温度过高时，可通过适当减小所通电流的频率来解决D．该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器
解析：由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电，A、B错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，即控制温度，C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会熔化，只能是玻璃、塑料等材质，D正确。答案：CD
(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与蹄形磁铁的转动速度什么关系？提示：(1)变化。(2)线圈内产生感应电流使线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。线圈的转动速度小于蹄形磁铁的转动速度。
　电磁阻尼与电磁驱动的比较
[解析]　当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生感应电流，故C正确；线圈相对磁铁转过90°时，其感应电流方向不再是abcda，D错误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度，如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，A错误，B正确。[答案]　BC
A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变C．S闭合或断开，磁体的振动幅度不变D．S闭合或断开，磁体的振动幅度均发生变化
[解析]　当S闭合后，线圈构成闭合回路，当条形磁铁竖直运动时，穿过线圈的磁通量发生变化，从而使线圈产生感应电流，由楞次定律可得，感应电流的磁场阻碍磁铁的运动，使振幅减小，不闭合线圈，不会产生感应电流，振幅不变，故A对，B、C、D错。[答案]　A
(1)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。(2)电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中，主动部分的速度(或角速度)大于被动部分的速度(或角速度)。
针对训练3.如图所示，上端开口、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(　　)A．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：小磁块下落过程中，在铜管P中产生感应电流，小磁块受到向上的磁场力，不做自由落体运动，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落体运动，选项A错误；根据功能关系知，在P中下落时，小磁块机械能减少，在Q中下落时，小磁块机械能守恒，故选项B错误；在P中加速度较小，在P中下落时间较长，选项C正确；由于在P中下落时要克服磁场力做功，机械能有损失，故落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项D错误。答案：C
4.如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的铝线圈。让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是(　　)A．磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次B．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力
解析：磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向感应电流(从上面看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向感应电流(从上面看)，磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变4次，感应电流对它的作用力始终是阻力，C项正确。答案：C
科学态度与责任——电磁阻尼和电磁驱动在现实生活中的应用电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象的具体体现，都可利用楞次定律的广义表述——来拒去留来解释。(1)电磁阻尼的应用：电学测量仪表中的阻尼器——磁电式电表、电气机车中的电磁制动器。(2)电磁驱动的应用：电动机、磁性转速表。
[解析]　当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，线圈转动方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁铁的转速。如果转速相等，线圈中的磁通量不再变化，起“驱动”作用的安培力将消失，故C正确，A、B、D错误。[答案]　C
1．下列关于涡流的说法中正确的是(　　)A．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．在硅钢片中不能产生涡流解析：涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，又有磁效应。硅钢片中能产生涡流，但电流较小，故选项A正确。答案：A
2.如图所示，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(　　)A．两环都向右运动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：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。答案：C
3.(多选)如图所示，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(　　)A．A、B两点在同一水平线上B．A点高于B点C．A点低于B点D．铜环最终将做等幅摆动
解析：铜环在进入和穿出磁场的过程中，穿过环的磁通量发生变化，环中有感应电流产生，将损耗一定的机械能，所以A点高于B点。铜环的摆角会越来越小，最终出不了磁场，而做等幅摆动。答案：BD
4．扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
解析：由于要求有效衰减紫铜薄板的上下及左右的微小振动，则在紫铜薄板发生微小的上下或左右振动时，通过紫铜薄板横截面的磁通量应均能发生变化，由图可以看出，只有A图方案中才能使两方向上的微小振动得到有效衰减。答案：A
5．(新情景题)如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A。在弧形轨道上高为h的地方，无初速度释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB。(1)螺线管A将向哪个方向运动？(2)求全过程中整个电路所消耗的电能。