2.5 涡流现象及其应用-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册 （粤教版2019）

第五节　涡流现象及其应用

[学习目标]　1.理解涡流产生的原理，了解涡流在生产和生活中的应用(重点)。2.了解涡流的热效应及其应用(重难点)。3.了解涡流的机械效应，理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，并了解其在生产和生活中的应用(重点)。4.了解涡流的磁效应及其应用。

一、涡流现象　涡流的热效应

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？

答案　有。它的形状像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。

1．涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以叫作涡电流，简称涡流。这种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：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，利用涡流产生的热量可以冶炼金属。

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．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。

5．涡流的应用与防止

(1)应用：真空冶炼炉、电磁炉等。

(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作材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯。

(1)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。(　×　)

(2)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。(　√　)

(3)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。(　×　)

例1　(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，它的工作原理是：在封口机工作时，套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过，致使靠近线圈(但与线圈绝缘)的铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在被封容器的瓶口处，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

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

答案　CD

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，可解决温度过高的问题，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，否则同样会被加热，只能是玻璃、塑料等材质，D正确。

针对训练1　(多选)下列哪些措施是为了防止涡流的危害(　　)

A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅

B．探雷器的线圈中要通变化着的电流

C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成

D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层

答案　CD

解析　电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，属于涡流的应用，故A错误；探雷器的线圈中有变化的电流，如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流，使仪器报警，这属于涡流的应用，故B错误；变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故C正确；变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故D正确。

二、涡流的机械效应

(1)如图甲所示，将两磁铁在同一高度释放，下方放有闭合线圈的磁铁很快停止振动，而下方不放闭合线圈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铁时线圈怎样转动？使线圈转动起来的动力是什么？

答案　(1)题图甲中下方放有闭合线圈的磁铁振动时除了受空气阻力外，还受到线圈的磁场阻力，所以很快停下来。

(2)当蹄形磁铁顺时针转动时，线圈也顺时针转动；当蹄形磁铁逆时针转动时，线圈也逆时针转动。线圈内产生感应电流，线圈受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来。

1．涡流的机械效应：磁场中的涡流会受到安培力的作用，表现出相应的机械效应。

2．电磁驱动：当磁场相对于导体运动时，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。

3．电磁阻尼：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，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼。

例2　如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当蹄形磁铁逆时针转动时(　　)

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．线圈将逆时针转动，转速比磁铁大

D．线圈静止不动

答案　B