第二章 第五节 涡流现象及其应用（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第五节　涡流现象及其应用 课程内容要求 核心素养提炼 1．通过实验，了解涡流现象． 2．能举例说明涡流现象在生产生活中的应用 1．物理观念：了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动的概念．解释自然现象，解决实际问题． 2．科学思维：了解涡流的原理，能在问题情境中应用其性质进行分析，获得结论． 3．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的原理及其在生活、生产中的应用 [对应学生用书P53] 当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，穿过附近的导体的磁通量发生变化，导体内会产生感应电流，如图中的虚线所示．这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流(eddy current). 1．特点：若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的焦耳热很多． 2．应用：涡流热效应的应用：如真空冶炼炉、家用电磁炉． [判断] (1)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应定律．(×) (2)通过增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流．(√) (3)变压器的铁芯用硅钢片叠成是为了减小涡流．(√) 1．电磁驱动 (1)产生：当磁场相对于导体转动时，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． (2)应用：磁性式转速表． 2．电磁阻尼 (1)产生：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的现象． (2)应用：电学仪表中利用电磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数． [思考] 用导线把微安表的两个接线柱连在一起后，晃动微安表时，表针摆动的幅度为什么比没连接接线柱时的小？ 提示　用导线把微安表的两个接线柱连接起来后，就形成了闭合回路，产生感应电流阻碍表针的相对运动，即发生电磁阻尼现象． 1．特点：涡流也是电流，而电流能够产生磁场，因此，涡流具有磁效应． 2．涡流磁效应的应用：金属探测器、安检门． [对应学生用书P54] 探究点一　对涡流的理解 线圈中的电流变化时，导体中为什么会产生感应电流？ 提示　电磁感应． 1．涡流的本质 电磁感应现象 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． (1)金属块放在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能． (2)如果是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． 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．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用 C．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 D．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 D　[锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是交流，不是直流，故A错误，D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B错误；金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅，陶瓷或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，故C错误．] [训练1]　如图所示，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(　　) A．减少线圈的匝数 B．提高交流电源的频率 C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯 B　[由题意可知，本题中是涡流现象的应用，即采用线圈产生的磁场使金属杯产生感应电流从而进行加热的，则由法拉第电磁感应定律可知，增加线圈的匝数、提高交流电的频率均可以提高发热功率，则可以缩短加热时间，故A错误，B正确；将杯子换为瓷杯不会产生涡流，则无法加热水，故C错误；取走铁芯磁场减弱，则加热时间变长，故D错误．] [训练2]　通电线圈绕在四种不同的材料上，材料中能产生涡流的是(　　) B　[要想产生涡流，应该是在金属块外通以交流电流，故只有B正确，A、C、D错误．] 探究点二　电磁阻尼和电磁驱动的比较 一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动．当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动；蹄形磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动． (1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？ (2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度是什么关系？ 提示　(1)变化． (2)线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来，线圈的转动速度小于磁铁的转动速度． 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的