第2章 第5节 涡流现象及其应用-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第五节　涡流现象及其应用 【核心素养目标】 物理观念 知道涡流、电磁阻尼和电磁驱动的概念。 科学思维 理解涡流、电磁阻尼、电磁驱动的原理。 科学探究 观察电磁阻尼和电磁驱动现象，了解电磁阻尼和电磁驱动在生产、生活中的应用。 科学态度与责任 通过涡流在生产、生活中的应用，体会科学对社会发展的推动作用。 知识点一　涡流现象　涡流的热效应 如图所示为电磁炉加热原理图。电磁炉的锅具为什么用平底的铁锅？ 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．涡流现象 (1)涡流的概念 在整个导体中，一圈圈的感应电流环绕导体轴线流动，看起来就像水中的旋涡，所以我们称之为涡电流，简称涡流。 (2)涡流现象 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。 2．涡流的热效应 (1)产生原因 金属块中的涡流也会产生热量。如果金属的电阻率小，则会产生很强的涡流，产生大量的焦耳热。 (2)应用实例 ①高频感应炉。 ②电磁炉。 【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．涡流跟其他感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。(√) 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。 学生用书↓第63页 在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图所示。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点以同样的速度向磁铁滑去。各滑块在未接触磁铁前的运动情况是(　　) 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 C　[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到阻碍而减速，有机玻璃为非金属材料，不产生涡流现象，做匀速运动，故C正确。] 方法技巧 涡流现象的分析方法 1．涡流是整块导体中发生的电磁感应现象，分析涡流一般运用楞次定律和法拉第电磁感应定律。 2．导体内部可以等效为许多闭合电路。 3．导体内部发热的原理是电流的热效应。　　 针对练1．如图所示，在一个绕有线圈的铁芯上方分别放一小铁锅水和一玻璃杯水，给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是(　　) A．恒定直流、小铁锅 B．恒定直流、玻璃杯 C．变化的电流、小铁锅 D．变化的电流、玻璃杯 C　[通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，故A、B错误；通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场。铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温，故C正确，D错误。] 针对练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．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作 C．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用 D．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 B　[恒定电流不能产生恒定磁场，故A错误；根据电磁炉的工作原理可知，电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B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C错误；金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅底，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，故D错误。] 知识点二　涡流的机械效应 1．如图甲所示，将两个相同的磁铁用相同的弹簧悬挂起来，左侧磁铁下端放有闭合线圈，让两个磁铁从同一高度同时释放，发现左侧的磁铁很快停止振动，而右侧的磁铁能振动较长时间，如何解释这个现象？ 2．如图乙所示，当顺时针或逆时针转动蹄形磁体时线圈会怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么？ 提示：1．题图甲中下端放有闭合线圈的磁体振动时会在线圈中产生