粤教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应第五节 涡流现象及其应用教课内容ppt课件

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一、涡流现象及涡流的热效应1．填一填(1)涡流：由于电磁感应，在导体内部产生的 ，看起来就像水中的旋涡。(2)涡流现象：整块导体内部发生 而产生感应电流的现象。(3)涡流的热效应：高频感应炉、电磁炉等。2．判一判(1)导体中产生了涡流，导体本身会产生热。( )(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)电磁炉是利用涡流给锅体加热的。( )
3．想一想(1)块状金属在匀强磁场中运动时，能否产生涡流？提示：不能。块状金属在匀强磁场中运动时，穿过金属块的磁通量不变，所以金属块中不产生涡流。(2)利用涡流加热时，为什么使用高频交流电源？提示：涡流就是感应电流，使用高频交流电源，能产生高频变化的磁场，磁场中导体内的磁通量的变化更迅速，产生的感应电流更大，加热效果更好。
二、涡流的机械效应和磁效应1．填一填(1)实验与探究①实验装置：铝笼置于蹄形磁铁的两个磁极之间，铝笼可以绕支点自由转动。②实验过程和结论：让磁铁转动，可以观察到铝笼也随之同向转动。
(2)电磁驱动①定义：当磁场相对于导体运动时，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。(3)电磁阻尼①定义：当导体在磁场中运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，并且安培力总是 导体的运动的现象。②应用：磁电式电表指针转动时，铝框中产生的涡流，由于电磁阻尼作用，铝框很快停止摆动。
(4)涡流的磁效应①概念：涡流产生磁场的现象。②应用：金属探测器。2．判一判(1)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。 ( )(2)电磁阻尼发生的过程中，存在机械能向内能的转化。 ( )(3)电磁驱动时，被驱动的导体中有感应电流。 ( )
3．选一选(多选)如图所示，是电表中的指针和电磁阻尼器，当指针转动时，下列说法中正确的是 (　　)A．2是磁铁，在1中产生涡流B．1是磁铁，在2中产生涡流C．该装置的作用是使指针能够转动D．该装置的作用是使指针能很快地稳定解析：当1在磁铁2中摆动时，1中产生涡流，阻碍它来回摆动，使指针能很快地稳定下来，A、D正确。答案：AD　
探究(一)　　对涡流的理解和应用[问题驱动]线圈中的电流变化时，导体中为什么会产生感应电流？提示：由电磁感应引起的。　　　　
【重难释解】1．涡流的本质：电磁感应现象。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。(1)金属块放在变化的磁场中，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，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。
[迁移·发散]若虚线下方的磁场为非匀强磁场，则金属块在曲面上滑动时产生的焦耳热总量是多少？
(1)金属块进出匀强磁场时，产生焦耳热，损失机械能。(2)金属块整体在匀强磁场中运动时，其机械能不再损失，在磁场中做往复运动。(3)金属块整体在非匀强磁场中运动时，金属块内部因有涡流产生，金属块的机械能仍转化为电能。
【素养训练】1.(2021·汕尾高二检测)某手持式考试金属探测器如图所示，它能检查出考生违规携带的电子通信储存设备。工作时，探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中产生感应电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报。则 (　　)A．被测金属物中产生的是恒定电流B．被测金属物中产生的是交变电流C．探测器与被测金属物相对静止时不能发出警报D．违规携带的手机只有发出通信信号时才会被探测到
解析：工作中的探测器靠近金属物体时，在金属物体中就会产生涡电流，这种涡流是交变电流，故A错误，B正确；根据法拉第电磁感应定律，探测器产生的是变化的磁场，使靠近的金属物体产生涡流，探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，故C错误；探测器的工作原理是电磁感应现象，和手机是否发出通信信号无关，故D错误。答案：B　
2．电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，“火力”强劲，安全可靠，如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是 (　　)A．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效 果越好B．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用C．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能 较差D．电磁炉通电线圈加变化的电流后，在锅底产生涡流，进而发热工作
解析：锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是变化的电流，不是恒定的电流，故A错误，D正确；在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁炉的加热作用，故B错误；金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，C错误。答案：D　
3．(多选)下列哪些措施是为了防止涡流的危害(　　)A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B．磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
解析：电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，属于涡流的应用，故A不符合题意；磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，起到电磁阻尼作用，是为了利用电磁感应，故B不符合题意；变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故C符合题意；变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故D符合题意。答案：CD　
探究(二)　　电磁阻尼与电磁驱动的理解[问题驱动]如图，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？提示：感应电流方向为逆时针方向，所受安培力的方向竖直向上，安培力对线圈的运动起到阻碍作用。　　　　
　典例2　(多选)如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则 (　　)A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小C．线圈转动时将产生方向变化的电流D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
[解析]　由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度，如果两者相等，磁感线与线圈相对静止，线圈不会切割磁感线，将无感应电流的产生，则线圈不会转动，故A项错误，B项正确；当磁铁逆时针转动时，等价于固定磁铁，顺时针转动线圈，从而切割磁感线，产生感应电流，在磁铁不断转动的过程中，导致线圈abcd中磁通量时而正向穿过增大或减小，时而反向穿过增大或减小，所以感应电流的方向一定会发生改变，故C项正确，D项错误。[答案]　BC
(1)由楞次定律的推广含义知，线圈的运动可以阻碍两者间的相对运动，但其角速度必小于磁铁转动的角速度。(2)电磁驱动和电磁阻尼的联系：电磁驱动和电磁阻尼现象中安培力的作用效果均为阻碍导体与磁场间的相对运动。
【素养训练】1．很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率(　　)A．均匀增大B．先增大，后减小C．逐渐增大，趋于不变D．先增大，再减小，最后不变解析：条形磁铁在下落过程中受到向上的排斥力，绝缘铜环内产生感应电流，导致条形磁铁做加速度逐渐减小的加速运动，故其速率逐渐增大，最后趋于不变，选项C正确，A、B、D错误。答案：C　
2．(多选)位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，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
解析：磁铁水平穿过螺线管时，螺线管中将产生感应电流，由于电磁阻尼，整个过程中，磁铁做减速运动，B正确；对于小车上的螺线管，在此过程中，螺线管会产生感应电流，由于电磁驱动，使小车向右运动起来，在磁铁穿过螺线管过程中，一直做加速运动，C正确。答案：BC　
3.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：施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案A中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化；方案B中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变，当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案C中，紫铜薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量可能不变；方案D中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是A项。答案：A　
一、培养创新意识和创新思维1．(多选)图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁铁与飞轮间的距离。下列说法正确的是(　　)A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力B．飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小C．磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小D．磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强
解析：根据题意，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，选项A正确；飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到安培力越大，即阻力越大，选项B错误；磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，磁通量的变化率越大，则飞轮内部的涡流越强，产生的安培力越大，受到的阻力越大，选项C错误，D正确。答案：AD　
2．(选自鲁科版新教材“迷你实验室 ”)如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅，锅内放少许水，给线圈通入一段时间(通电时间不能过长)的交变电流；再用玻璃杯代替小铁锅，通入相同时间的交变电流。铁锅和玻璃杯中的水温变化有什么不同？为什么？解析：铁锅中的水温明显升高，因为通入交变电流时，所产生的磁场是变化的，因铁锅是导体，铁锅中产生涡流，电能转化为内能，使水温升高，而玻璃是绝缘体，玻璃杯中无涡流产生，杯中水温不变。答案：见解析
二、注重学以致用和思维建模3．(2021·广州高二检测)(多选)图甲为常见的家用电磁炉，图乙为电磁炉的工作原理图。当通以高频交变电流时，线圈产生的磁场会随电流的大小和方向的变化而变化，使电磁炉上方的铁锅产生感应电流，从而使其发热。下列说法正确的是(　　)A．磁场变化的频率越高，电磁炉的加热效果越好B．由上往下看，图乙中的线圈该时刻的电流方向为顺时针C．电磁炉是利用电磁感应在锅体中产生涡流来工作的D．普通陶瓷砂锅也可利用电磁炉来煲汤
解析：磁场变化的频率越高，磁通量变化率越大，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势越大，回路中的电流越大，加热效果越好，故A正确；只知题图乙中磁感应强度的方向，而不知其大小变化情况，故不能判断线圈该时刻的电流方向，故B错误；电磁炉的工作原理是利用交变电流通过线圈产生交变磁场，使金属锅自身产生无数小涡流从而使锅体温度升高，故C正确；交变磁场在普通陶瓷砂锅内不能形成涡流，则不能用来加热，故D错误。答案：AC　
4．(多选)如图所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈等距离排列，且与传送带以相同的速度匀速运动。为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带运动方向，根据穿过磁场后线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈。通过观察图形，判断下列说法正确的是(　　)A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈中感应电流方向从上向下看为逆时针方向B．若线圈闭合，传送带以较大速度匀速运动时，磁场对线圈的作用力增大C．从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈D．从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈