2022年第七节：涡流导学案 .pdf
名师整理优秀资源第七节：涡流导学案【学习目标】（1） 、知道涡流是如何产生的（2） 、知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止涡流（3） 、通过旧知识分析新问题弄清涡流的产生原因（3） 、利用理论联系实际的方法加深理解涡流【学习重点】涡流的产生原因和涡流的作用【学习难点】涡流的产生原因【学习方法】实验法、探究法【学习过程】一、知能准备1涡流概念 : 2涡流产生原因: 3涡流的利用与控制(1)利用 (2)控制 4电磁驱动原理: 二、疑难分析 : (一)涡流1、定义：块状金属放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动，金属块内有感应电场产生，从而形成闭合回路，这时感生电场力可以在整块金属内部引起闭合涡旋状的感应电流，所以叫做涡电流。“涡电流”简称涡流。2、涡流的热效应当变压器的线圈中通过交变电流时，在铁芯内部有变化的磁场，因而产生感生电场，引起涡流。涡流在通过电阻时也要放出焦耳热。应用 1：利用的热效应进行加热的方法称为感应加热。而涡流的大小和磁通量变化率成正比，磁场变化的频率越高，导体里的涡流也越大。实际上,一般使用高频交流电激发涡流。如图：A高频焊接：线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流（涡电流）。由于焊缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起。我国产生的自行车架就是用这种方法焊接的。B高频感应炉高频感应炉利用涡流来熔化金属。图是冶炼金属的感应炉的示意图冶炼锅内装入被冶炼的金属，线圈通上高频交变电流，这时被冶炼的金属中就产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化这种冶炼方精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页名师整理优秀资源法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种合金和特种钢C电磁炉电磁炉的工作原理是采用磁场感应涡加流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内的磁力线通过铁质锅底时会产生无数的涡流是锅的本身自行高速发热，然后再作用于锅内食物。这种最新的加热方式，能减少热量传递的中间环节， 可大大提升制热效率，比传统炉具 （电炉、气炉）节省能源一半以上。应用2：导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。为了减小涡流造成的热损耗，电机和变压器的铁芯常采用多层彼此绝缘的硅钢片迭加而成(材料采用硅钢以增加电阻)。这些薄片表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物。磁通穿过薄片的狭窄截面时，涡流被限制在沿各片中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，再由于这种薄片材料的电阻率大，这样就可以显著地减小涡流损耗。所以， 交流电机、 电器中广泛采用叠片铁心。(二)涡流的磁效应电磁阻尼1电磁阻尼现象把导体做成的摆放到电磁铁的磁场中，当电磁铁未通电时， 摆要往复多次，摆才能停止下来如果电磁铁通电，磁场在摆动的导体中产生感应电流。导体受磁场作用力的方向与摆动方向相反，总是阻碍导体的运动，摆很快就能停止下来。这种现象称为电磁阻尼。（课本 P27思考与讨论及做一做）2应用：电磁仪表中的电磁阻尼器就是根据涡流磁效应制作的，在磁电式测量仪表中，常把使指针偏转的线圈绕在闭合铝框上，当测量电流流过线圈时，铝框随线圈指针一起在磁场中转动，这时铝框内产生的涡流将受到磁场作用力，抑止指针的摆动，使指针较快地稳定在指示位置上。此外，电气机车的电磁制动器也是根据这一效应制作的。( 三) 涡流的机械效应-电磁驱动如果磁场相对于导体运动，导体中产生感应电流。导体受磁场作用力，会运动起来，这种作用称为“电磁驱动”。 如：交流感应电动机。三、方法点拨 :涡流是由于变化的磁场产生电场,这种电场称为涡旋电场，这时涡旋电场力可以在整块金属内部引起涡电流。因此涡流的大小取决于回路电阻和磁场变化率四、典型例题 : 【例题 1】用丝线悬挂闭合金属环，悬于O 点，虚线左边有匀强磁场，右边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来。试解释这一现象。若整个空间都有向外的匀强磁场，会有这种现象吗？【同类变式】 如图所示， 挂在弹簧下端的条形磁铁在闭合线圈内振动，如果空气阻力不计，则：（）A磁铁的振幅不变 B磁铁做阻尼振动C线圈中有逐渐变弱的直流电 D 线圈中逐渐变弱的交流电【例题2】如图所示，abcd 是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点 O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页名师整理优秀资源磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则( ) A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反B.线框进入磁场区域后，越靠近OO线时速度越大，因而产生的感应电流也越大C.线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能【基础达标】 ：1如图所示，水平方向的磁场垂直于光滑曲面，闭合小金属环从高h 的曲面上端无初速滑下，又沿曲面的另一侧上升，则( ) A若是匀强磁场，环在左侧上升的高度小于h B若是匀强磁场，环在左侧上升的高度大于h C若是非匀强磁场，环在左侧上升高度等于h D若是非匀强磁场，环在左侧上升的高度小于h 2、电磁炉（或电磁灶）是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数之小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法中正确的是：A.电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的B.电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的C.电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的D.电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的3、如图所示，在水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑弧形轨道，一导体圆环自轨道右侧的P点无初速度滑下，下列判断正确的是：（）A圆环中将有感应电流产生B圆环能滑到轨道左侧与P点等高处C圆环最终停到轨道最低点D圆环将会在轨道上永远滑动下去4、如图所示，是称为阻尼摆的示意图在轻质杆上固定一金属薄片，轻质杆可绕上端 O 为轴在竖直平面内转动，一水平磁场穿过金属薄片当薄片是一整块时和开有许多槽时(如虚线所示 )，使它们都从偏离竖直方向的同一位置释放，两者摆动情况有何不同？为什么？5、. 在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图5所示。现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、 丙， 使它们从导轨上的A点以某一初速向磁铁滑去。各物块在向磁铁运动的过程中（）A都做匀速运动 B 甲、乙做加速运动C甲、乙做减速运动 D乙、丙做匀速运动【能力提高】 ：6、光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是y=x2，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（图中的虚线所示）.一个小金属金属块从抛物线上y=b(ba)处以速度v 沿抛物线下滑 .假设抛物线足够长，金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是多少? 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页名师整理优秀资源7、地球是一个巨大的磁体，具有金属外壳的人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动，若不能忽略所经之处地磁场的强弱差别，则( )A. 运行速率将越来越小B运行周期将越来越小C. 轨道半径将越来越小D向心加速度将越来越小8、如图所示， A、B 为大小、 形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B 管上端的管口无初速释放，穿过A 管比穿过 B 管的小球先落到地面。下面对于两管的描述这可能正确的是：（）A、 A 管是用塑料制成的，B 管是用铜制成的；B、A 管是用铝制成的，B 管是用胶木制成的；C、A 管是用胶木制成的，B 管是用塑料制成的；D、 A 管是用胶木制成的，B 管是用铝制成的。9、横截面积S=0.2 m2、n=100 匝的圆形线圈A处在如图所示的磁场内，磁感应强度变化率为0.02 T/s.开始时 S未闭合，R1=4 ，R2=6，C=30 F，线圈内阻不计，求：（1）闭合 S后，通过R2的电流的大小；（2）闭合 S后一段时间又断开，问S断开后通过R2的电荷量是多少? 答案1、D 2、C 3、AC 4、开有许多槽后,使得回路电阻变大, 大幅减小涡流。这样，整块时摆动几次很快会停下，开有许多槽时能摆动较长时间才停下5、C 6、221a)-mg(bmvQ7、BC 8、B A B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页名师整理优秀资源9、解： （1）磁感应强度变化率的大小为tB=0.02 T/s，B逐渐减弱，所以E=ntBS=1000.02 0.2 V=0.4 V I=644 .021RRE A=0.04 A ，方向从上向下流过R2. （2）R2两端的电压为U2=646212ERRR0.4 V=0.24 V 所以 Q =CU2=3010-60.04 C=7.2 10-6 C.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页
