2020版高中物理 第一章 电磁感应

2020版高中物理 第一章 电磁感应

‎7　涡流(选学)‎ ‎[学习目标]　1.了解涡流是怎样产生的，了解涡流现象在日常生活和生产中的应用和危害.‎ ‎2.了解高频感应炉与电磁灶的工作原理.3.了解什么是电磁阻尼，了解电磁阻尼在日常生活和生产中的应用.‎ 一、涡流 由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫做涡电流，简称涡流.‎ 二、高频感应炉与电磁灶 ‎1.高频感应炉是利用涡流熔化金属，这种冶炼方法速度快，温度容易控制，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中.‎ ‎2.电磁灶：在灶内的励磁线圈中通入交变电流时，形成交变磁场，作用于铁磁材料制成的烹饪锅，使锅底产生涡流，锅底有适当的电阻，产生焦耳热，使锅底发热.‎ 三、电磁阻尼 当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象叫电磁阻尼.‎ ‎[即学即用]‎ ‎1.判断下列说法的正误.‎ ‎(1)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热.(　×　)‎ ‎(2)电磁阻尼遵循楞次定律.(　√　)‎ 6‎ ‎(3)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化.(　√　)‎ ‎(4)高频感应炉是利用高频电流的热效应冶炼金属的.(　×　)‎ ‎(5)电磁灶烹饪食物时，锅上的电流容易造成触电事故，故使用时要小心操作.(　×　)‎ ‎2.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图1所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(如图中的虚线所示).一个质量为m的小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，重力加速度为g，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量为________.‎ 图1‎ 答案　mg(b－a)＋mv2‎ 一、涡流 ‎[导学探究]　如图2所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？‎ 图2‎ 答案　有.变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流.‎ ‎[知识深化]‎ ‎1.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.‎ ‎2.产生涡流时的能量转化 ‎(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能.‎ 6‎ ‎(2)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.‎ ‎3.涡流的应用与防止 ‎(1)应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等.‎ ‎(2)防止：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，而且用相互绝缘的薄硅钢片叠合成铁芯来代替整块硅钢铁芯.‎ 例1　(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3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(　　)‎ 图3‎ 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，可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 答案　CD 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，否则同样会被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，D正确.‎ 例2　(多选)如图4所示，闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则(　　)‎ 图4‎ A.若是匀强磁场，环上升的高度小于h B.若是匀强磁场，环上升的高度等于h C.若是非匀强磁场，环上升的高度等于h D.若是非匀强磁场，环上升的高度小于h 答案　BD 解析　若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错误，B正确 6‎ ‎；若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故C错误，D正确.‎ 二、电磁阻尼 ‎[导学探究]　弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁.将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来.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5所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象.‎ 图5‎ 答案　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靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来.‎ ‎[知识深化]‎ ‎1.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，于是产生电磁阻尼现象.‎ ‎2.电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用.‎ 例3　如图6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(不计空气阻力)(　　)‎ 图6‎ 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 答案　C 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 6‎ 中做自由落体运动，故选项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.‎ ‎1.(涡流的应用与防止)(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，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 答案　BD 解析　采用薄硅钢片叠压在一起，目的是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率，故选项B、D正确.‎ ‎2.(涡流的应用与防止)(多选)如图7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(　　)‎ 图7‎ A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场 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 答案　AD ‎3.(对电磁阻尼的理解)(多选)如图8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(　　)‎ 图8‎ A.防止涡流而设计的 B.利用涡流而设计的 6‎ C.起电磁阻尼的作用 D.起电磁驱动的作用 答案　BC 解析　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，故B、C正确.‎ 6‎