第二章 第五节 涡流现象及其应用-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（粤教版）

第五节　涡流现象及其应用 核心素养要求 核心素养呈现 1.了解涡流的产生、利用和危害． 2.知道电磁驱动和电磁阻尼的原理及应用． 3.通过电磁驱动和电磁阻尼的实例分析，体会电磁驱动和电磁阻尼的产生机制，能分析电磁驱动和电磁阻尼的作用. 　涡流现象 1．涡流：线圈附近的导体可看成是由许多闭合回路组成的，当线圈中的电流变化时，线圈附近的导体中会产生感应电流，一圈圈的感应电流围绕导体轴线流动，很像水中的漩涡，所以把它称为涡电流，简称涡流． 2．涡流现象：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． 结合感应电流的产生条件想一想，涡流的产生条件是什么？ 提示：因为涡流的本质是感应电流，所以产生条件也有两个，一是穿过金属块的磁通量发生变化，二是金属块本身可自行构成闭合回路． 　涡流的热效应 1．金属块中的涡流会产生热量．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：高频感应炉、电磁炉等． 　涡流的机械效应 1．电磁驱动 (1)当磁场相对导体运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，安培力使导体运动起来的现象叫作电磁驱动． (2)应用：磁性式转速表． 2．电磁阻尼 (1)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，并且安培力总是阻碍导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼． (2)应用：磁电式电表． 在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同吗？为什么？ 提示：不同，因为电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，是阻力，而在电磁驱动中，安培力的方向与导体运动方向相同，是动力． 对涡流的理解 [思考探究] 如图所示，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？ 提示：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，所以把它叫作涡电流，简称涡流． [思维深化] 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． (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，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯． 　(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，从而粘贴在待封容器的封口处，达到迅速封口的目的．下列有关说法正确的是(　　) 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 【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源，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，否则同样会因涡流被加热，只能是玻璃、塑料等材质，D正确． 【答案】　CD [针对训练] 1．如图所示，金属探测器是用来探测金属的仪器，关于其工作原理，下列说法中正确的是(　　) A．探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场 B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到 C．探测到金属物是因为金属中产生了涡流 D．探测到金属物是因为探测器中产生了涡流 解析：选C.金属探测器探测金属时，探测器内的探测线圈会产生变化的磁场，被测金属中产生了涡流，故选项A、D错误，C正确；所有的金属都能在变化的磁场中产生涡流，所以不一定是只有有磁性的金属物才会被探测器探测到，选项B错误． 电磁阻尼 [思考探究] 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(如图所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象． 提示：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． [思维深化] 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