2017-2018学年高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流学案 新人教版选修3-2

7 涡流

[目标定位] 1.了解涡流是怎样产生的及涡流现象的利用和危害.2.通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用.3.了解电磁阻尼和电磁驱动. 一、涡流

1.定义

用整块金属材料作铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过铁芯，整个铁芯会自成回路，产生感应电流，这种电流看起来像水的旋涡，把这种电流叫做涡电流，简称涡流. 2.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. 3.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. 4.应用

(1)涡流热效应的应用，如真空冶炼炉. (2)涡流磁效应的应用，如探雷器. 5.涡流的危害与防止 (1)涡流的危害

在各种电机、变压器中，涡流会使铁芯的温度升高，危及线圈绝缘材料的寿命；另外涡流发热要消耗额外的能量，使电机、变压器的效率降低.

(2)涡流的防止

为了减小涡流，变压器、电机中的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠压而成.一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大，从而减少损耗；另一方面，每层硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步减小了涡流的发热. 深度思考

发生涡流时，金属块并没有接入闭合电路，为什么会产生感应电流？

答案 金属块自身构成闭合回路，导体内部等效成许多闭合电路.当穿过金属块的磁通量变化时，金属块内部会产生感应电流.

例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

例2 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

解析 涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的，所以不采用整块硅钢，而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. 答案 BD

减小涡流的途径之一是增大铁芯材料的电阻率；另一途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯.

二、电磁阻尼和电磁驱动

1.电磁阻尼：

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(1)定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动.

(2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数. 2.电磁驱动：

(1)定义：磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，使导体运动起来. (2)应用：交流感应电动机. 3.电磁阻尼和电磁驱动的比较： 比较内容 成因 不同效果 电磁阻尼 由导体在磁场中运动形成的 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 克服安培力做功，其他形式的能电磁驱动 由磁场运动而形成的 安培力方向与磁场运动方向相同，为动力 磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能 点 能量转化 转化为电能，最终转化为内能 共同点 深度思考 两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动 电磁阻尼是谁阻碍谁的运动？电磁驱动是谁驱动谁？

答案 电磁阻尼是磁场阻碍导体相对磁场的运动，电磁驱动是磁场驱动导体的运动.

例3 如图1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( )

图1

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，故选项A错误；根据功能

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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，故知，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

例4 如图2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( )

图2

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.线圈将顺时针转动，转速比磁铁大 D.线圈将顺时针转动，转速比磁铁小

解析 当磁铁逆时针转动时，线圈中产生感应电流，根据楞次定律知，感应电流总是阻碍磁铁和线圈之间的相对运动，线圈将与磁铁同向转动，但转动速度比磁铁小.B项正确. 答案 B

电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，减小导体与磁场的相对速度.但阻碍不是阻止，导体与磁场的运动不同步.

1.(涡流的应用)(多选)如图3所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来.若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有( )

图3

A.增加线圈的匝数 B.提高交流电源的频率

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