2019_2020学年高中物理第一章电磁感应第七节涡流现象及其应用学案粤教版

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1、第七节　涡流现象及其应用[学科素养与目标要求]　物理观念：1.了解涡流现象；知道涡流的产生原理.2.了解感应加热和电磁炉的工作原理.3.了解涡流制动、涡流探测及涡流的防止．科学思维：尝试从楞次定律中“阻碍”的角度去分析涡流制动．一、涡流现象及应用1．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．2．影响涡流大小的因素(1)导体的外周长．(2)交变磁场的频率．3．电磁灶(1)加热原理：磁场感应涡流加热．(2)优点①直接加热，热效率高．②无明火和炊烟，清洁、安全．③功能全．4．高频感应炉(1)原理：涡流感应加热．(2)优点

2、①非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触；②加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象；③容易控制温度，提高加工精度；④可实现局部加热；⑤可实现自动化控制；⑥可减少占地、热辐射、噪声和灰尘．二、涡流制动与探测1．涡流制动(1)原理：导体相对于磁场运动，产生的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：电表的阻尼制动、高速机车制动的涡流闸、脱水机的制动．2．涡流探测(1)原理：涡流与互感．(2)应用：探测行李包中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜的厚度．3．涡流的防止(1)原理：缩小导体的外周长，增大

3、材料的电阻率．(2)实例：电机和变压器的铁芯用硅钢片叠压而成．(3)目的：减少发热损失，提高效率．1．判断下列说法的正误．(1)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因穿过导体的磁通量变化而产生的．(　√　)(2)涡流有热效应，但没有磁效应．(　×　)(3)电磁炉是在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的．(　√　)(4)涡流制动时存在机械能向内能的转化(　√　)(5)利用涡流金属探测器，可以探测出违法分子携带的毒品．(　×　)2．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图1所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平

4、方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(如图中的虚线所示)．一个质量为m的小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，重力加速度为g，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量为________________．图1答案　mg(b－a)＋mv2一、涡流的理解、利用和防止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

5、属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，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，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．例1　电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是(　　)A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D．电磁炉的上表面一般都是用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗答案　A解析　锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故

6、A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制成，故D错误．例2　(多选)如图2所示，闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则(　　)图2A．若是匀强磁场，环上升的高度小于hB．若是匀强磁场，环上升的高度等于hC．若是非匀强磁场，环上升的高度等于hD．

7、若是非匀强磁场，环上升的高度小于h答案　BD解析　若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错误，B正确；若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，最终转化为内能，机械能减少，故D正确．二、对涡流制动与涡流探测的理解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磁场力的作用，根据楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动，于是产生涡流制动．2．涡流制动是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在涡流制动作用．例3　(2017·

8、全国卷Ⅰ)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌．为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图3所示．无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫