粵教版 (2019)選擇性必修 第二冊第二章 電磁感應第五節(jié) 渦流現(xiàn)象及其應用教課內(nèi)容ppt課件

這是一份粵教版 (2019)選擇性必修 第二冊第二章 電磁感應第五節(jié) 渦流現(xiàn)象及其應用教課內(nèi)容ppt課件，共36頁。PPT課件主要包含了感應電流，電磁感應，重難釋解等內(nèi)容，歡迎下載使用。
一、渦流現(xiàn)象及渦流的熱效應1．填一填(1)渦流：由于電磁感應，在導體內(nèi)部產(chǎn)生的 ，看起來就像水中的旋渦。(2)渦流現(xiàn)象：整塊導體內(nèi)部發(fā)生 而產(chǎn)生感應電流的現(xiàn)象。(3)渦流的熱效應：高頻感應爐、電磁爐等。2．判一判(1)導體中產(chǎn)生了渦流，導體本身會產(chǎn)生熱。( )(2)渦流不是感應電流，而是一種有別于感應電流的特殊電流。( )(3)電磁爐是利用渦流給鍋體加熱的。( )
3．想一想(1)塊狀金屬在勻強磁場中運動時，能否產(chǎn)生渦流？提示：不能。塊狀金屬在勻強磁場中運動時，穿過金屬塊的磁通量不變，所以金屬塊中不產(chǎn)生渦流。(2)利用渦流加熱時，為什么使用高頻交流電源？提示：渦流就是感應電流，使用高頻交流電源，能產(chǎn)生高頻變化的磁場，磁場中導體內(nèi)的磁通量的變化更迅速，產(chǎn)生的感應電流更大，加熱效果更好。
二、渦流的機械效應和磁效應1．填一填(1)實驗與探究①實驗裝置：鋁籠置于蹄形磁鐵的兩個磁極之間，鋁籠可以繞支點自由轉動。②實驗過程和結論：讓磁鐵轉動，可以觀察到鋁籠也隨之同向轉動。
(2)電磁驅動①定義：當磁場相對于導體運動時，導體中產(chǎn)生的 使導體受到安培力，安培力使導體運動起來的現(xiàn)象。②應用：磁性式轉速表。(3)電磁阻尼①定義：當導體在磁場中運動時，導體中產(chǎn)生的渦流使導體受到安培力，并且安培力總是 導體的運動的現(xiàn)象。②應用：磁電式電表指針轉動時，鋁框中產(chǎn)生的渦流，由于電磁阻尼作用，鋁框很快停止擺動。
(4)渦流的磁效應①概念：渦流產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象。②應用：金屬探測器。2．判一判(1)電磁阻尼和電磁驅動均遵循楞次定律。 ( )(2)電磁阻尼發(fā)生的過程中，存在機械能向內(nèi)能的轉化。 ( )(3)電磁驅動時，被驅動的導體中有感應電流。 ( )
3．選一選(多選)如圖所示，是電表中的指針和電磁阻尼器，當指針轉動時，下列說法中正確的是 (　　)A．2是磁鐵，在1中產(chǎn)生渦流B．1是磁鐵，在2中產(chǎn)生渦流C．該裝置的作用是使指針能夠轉動D．該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定解析：當1在磁鐵2中擺動時，1中產(chǎn)生渦流，阻礙它來回擺動，使指針能很快地穩(wěn)定下來，A、D正確。答案：AD　
探究(一)　　對渦流的理解和應用[問題驅動]線圈中的電流變化時，導體中為什么會產(chǎn)生感應電流？提示：由電磁感應引起的?！　　　?
【重難釋解】1．渦流的本質：電磁感應現(xiàn)象。2．產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中。(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。3．產(chǎn)生渦流時的能量轉化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉化成電能最終在金屬塊中轉化為內(nèi)能。(1)金屬塊放在變化的磁場中，磁場能轉化為電能，最終轉化為內(nèi)能。(2)如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉化為電能，最終轉化為內(nèi)能。
[遷移·發(fā)散]若虛線下方的磁場為非勻強磁場，則金屬塊在曲面上滑動時產(chǎn)生的焦耳熱總量是多少？
(1)金屬塊進出勻強磁場時，產(chǎn)生焦耳熱，損失機械能。(2)金屬塊整體在勻強磁場中運動時，其機械能不再損失，在磁場中做往復運動。(3)金屬塊整體在非勻強磁場中運動時，金屬塊內(nèi)部因有渦流產(chǎn)生，金屬塊的機械能仍轉化為電能。
【素養(yǎng)訓練】1.(2021·汕尾高二檢測)某手持式考試金屬探測器如圖所示，它能檢查出考生違規(guī)攜帶的電子通信儲存設備。工作時，探測環(huán)中的發(fā)射線圈通以正弦式電流，附近的被測金屬物中產(chǎn)生感應電流，感應電流的磁場反過來影響探測器線圈中的電流，使探測器發(fā)出警報。則 (　　)A．被測金屬物中產(chǎn)生的是恒定電流B．被測金屬物中產(chǎn)生的是交變電流C．探測器與被測金屬物相對靜止時不能發(fā)出警報D．違規(guī)攜帶的手機只有發(fā)出通信信號時才會被探測到
解析：工作中的探測器靠近金屬物體時，在金屬物體中就會產(chǎn)生渦電流，這種渦流是交變電流，故A錯誤，B正確；根據(jù)法拉第電磁感應定律，探測器產(chǎn)生的是變化的磁場，使靠近的金屬物體產(chǎn)生渦流，探測器與被測金屬物相對靜止時也能發(fā)出警報，故C錯誤；探測器的工作原理是電磁感應現(xiàn)象，和手機是否發(fā)出通信信號無關，故D錯誤。答案：B　
2．電磁爐熱效率高達90%，爐面無明火，無煙無廢氣，“火力”強勁，安全可靠，如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是 (　　)A．當恒定電流通過線圈時，會產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場越強，電磁爐加熱效 果越好B．在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐不能起到加熱作用C．電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導熱性能 較差D．電磁爐通電線圈加變化的電流后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱工作
解析：鍋體中的渦流是由變化的磁場產(chǎn)生的，所加的電流是變化的電流，不是恒定的電流，故A錯誤，D正確；在鍋和電磁爐中間放一紙板，不會影響電磁爐的加熱作用，故B錯誤；金屬鍋自身產(chǎn)生無數(shù)小渦流而直接加熱鍋，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋屬于絕緣材料，里面不會產(chǎn)生渦流，C錯誤。答案：D　
3．(多選)下列哪些措施是為了防止渦流的危害(　　)A．電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B．磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上C．變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D．變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導電的氧化層
解析：電磁爐是采用電磁感應原理，在金屬鍋上產(chǎn)生渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物的，屬于渦流的應用，故A不符合題意；磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，起到電磁阻尼作用，是為了利用電磁感應，故B不符合題意；變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成，是為了減小變壓器鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的渦流，屬于渦流的防止，故C符合題意；變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導電的氧化層，是為了減小變壓器鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的渦流，屬于渦流的防止，故D符合題意。答案：CD　
探究(二)　　電磁阻尼與電磁驅動的理解[問題驅動]如圖，一個單匝線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應電流的方向和所受安培力的方向。安培力對線圈的運動有什么影響？提示：感應電流方向為逆時針方向，所受安培力的方向豎直向上，安培力對線圈的運動起到阻礙作用。　　　　
　典例2　(多選)如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉動。從上向下看，當磁鐵逆時針轉動時，則 (　　)A．線圈將逆時針轉動，轉速與磁鐵相同B．線圈將逆時針轉動，轉速比磁鐵小C．線圈轉動時將產(chǎn)生方向變化的電流D．線圈轉動時感應電流的方向始終是abcda
[解析]　由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁鐵同向轉動，但轉動的角速度一定小于磁鐵轉動的角速度，如果兩者相等，磁感線與線圈相對靜止，線圈不會切割磁感線，將無感應電流的產(chǎn)生，則線圈不會轉動，故A項錯誤，B項正確；當磁鐵逆時針轉動時，等價于固定磁鐵，順時針轉動線圈，從而切割磁感線，產(chǎn)生感應電流，在磁鐵不斷轉動的過程中，導致線圈abcd中磁通量時而正向穿過增大或減小，時而反向穿過增大或減小，所以感應電流的方向一定會發(fā)生改變，故C項正確，D項錯誤。[答案]　BC
(1)由楞次定律的推廣含義知，線圈的運動可以阻礙兩者間的相對運動，但其角速度必小于磁鐵轉動的角速度。(2)電磁驅動和電磁阻尼的聯(lián)系：電磁驅動和電磁阻尼現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙導體與磁場間的相對運動。
【素養(yǎng)訓練】1．很多相同的絕緣銅圓環(huán)沿豎直方向疊放，形成一很長的豎直圓筒。一條形磁鐵沿圓筒的中心軸豎直放置，其下端與圓筒上端開口平齊。讓條形磁鐵從靜止開始下落。條形磁鐵在圓筒中的運動速率(　　)A．均勻增大B．先增大，后減小C．逐漸增大，趨于不變D．先增大，再減小，最后不變解析：條形磁鐵在下落過程中受到向上的排斥力，絕緣銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應電流，導致條形磁鐵做加速度逐漸減小的加速運動，故其速率逐漸增大，最后趨于不變，選項C正確，A、B、D錯誤。答案：C　
2．(多選)位于光滑水平面的小車上放置一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線水平穿過，如圖所示，在此過程中(　　)A．磁鐵做勻速直線運動　　B．磁鐵做減速運動C．小車向右做加速運動 D．小車先加速后減速
解析：磁鐵水平穿過螺線管時，螺線管中將產(chǎn)生感應電流，由于電磁阻尼，整個過程中，磁鐵做減速運動，B正確；對于小車上的螺線管，在此過程中，螺線管會產(chǎn)生感應電流，由于電磁驅動，使小車向右運動起來，在磁鐵穿過螺線管過程中，一直做加速運動，C正確。答案：BC　
3.掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向對稱地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現(xiàn)擾動后，對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是(　　)
解析：施加磁場來快速衰減STM的微小振動，其原理是電磁阻尼，在振動時通過紫銅薄板的磁通量變化，紫銅薄板中產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，則其受到安培力作用，該作用阻礙紫銅薄板振動，即促使其振動衰減。方案A中，無論紫銅薄板上下振動還是左右振動，通過它的磁通量都發(fā)生變化；方案B中，當紫銅薄板上下振動時，通過它的磁通量可能不變，當紫銅薄板向右振動時，通過它的磁通量不變；方案C中，紫銅薄板上下振動、左右振動時，通過它的磁通量可能不變；方案D中，當紫銅薄板上下振動時，通過它的磁通量可能不變。綜上可知，對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是A項。答案：A　
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(多選)圖甲為磁控健身車，圖乙為其車輪處結構示意圖，在金屬飛輪的外側有一些磁鐵(與飛輪不接觸)，人用力蹬車帶動飛輪旋轉時，磁鐵會對飛輪產(chǎn)生阻礙作用，拉動旋鈕拉線可以改變磁鐵與飛輪間的距離。下列說法正確的是(　　)A．飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力B．飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪受到的阻力越小C．磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，受到的阻力越小D．磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，內(nèi)部的渦流越強
解析：根據(jù)題意，人用力蹬車帶動飛輪旋轉時，磁鐵會對飛輪產(chǎn)生阻礙作用，飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力，選項A正確；飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪受到安培力越大，即阻力越大，選項B錯誤；磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，磁通量的變化率越大，則飛輪內(nèi)部的渦流越強，產(chǎn)生的安培力越大，受到的阻力越大，選項C錯誤，D正確。答案：AD　
2．(選自魯科版新教材“迷你實驗室 ”)如圖所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上面放一口小鐵鍋，鍋內(nèi)放少許水，給線圈通入一段時間(通電時間不能過長)的交變電流；再用玻璃杯代替小鐵鍋，通入相同時間的交變電流。鐵鍋和玻璃杯中的水溫變化有什么不同？為什么？解析：鐵鍋中的水溫明顯升高，因為通入交變電流時，所產(chǎn)生的磁場是變化的，因鐵鍋是導體，鐵鍋中產(chǎn)生渦流，電能轉化為內(nèi)能，使水溫升高，而玻璃是絕緣體，玻璃杯中無渦流產(chǎn)生，杯中水溫不變。答案：見解析
二、注重學以致用和思維建模3．(2021·廣州高二檢測)(多選)圖甲為常見的家用電磁爐，圖乙為電磁爐的工作原理圖。當通以高頻交變電流時，線圈產(chǎn)生的磁場會隨電流的大小和方向的變化而變化，使電磁爐上方的鐵鍋產(chǎn)生感應電流，從而使其發(fā)熱。下列說法正確的是(　　)A．磁場變化的頻率越高，電磁爐的加熱效果越好B．由上往下看，圖乙中的線圈該時刻的電流方向為順時針C．電磁爐是利用電磁感應在鍋體中產(chǎn)生渦流來工作的D．普通陶瓷砂鍋也可利用電磁爐來煲湯
解析：磁場變化的頻率越高，磁通量變化率越大，由法拉第電磁感應定律可知，產(chǎn)生的感應電動勢越大，回路中的電流越大，加熱效果越好，故A正確；只知題圖乙中磁感應強度的方向，而不知其大小變化情況，故不能判斷線圈該時刻的電流方向，故B錯誤；電磁爐的工作原理是利用交變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場，使金屬鍋自身產(chǎn)生無數(shù)小渦流從而使鍋體溫度升高，故C正確；交變磁場在普通陶瓷砂鍋內(nèi)不能形成渦流，則不能用來加熱，故D錯誤。答案：AC　
4．(多選)如圖所示，通過水平絕緣傳送帶輸送完全相同的銅線圈，線圈等距離排列，且與傳送帶以相同的速度勻速運動。為了檢測出個別未閉合的不合格線圈，讓傳送帶通過一固定勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于傳送帶運動方向，根據(jù)穿過磁場后線圈間的距離，就能夠檢測出不合格線圈。通過觀察圖形，判斷下列說法正確的是(　　)A．若線圈閉合，進入磁場時，線圈中感應電流方向從上向下看為逆時針方向B．若線圈閉合，傳送帶以較大速度勻速運動時，磁場對線圈的作用力增大C．從圖中可以看出，第2個線圈是不合格線圈D．從圖中可以看出，第3個線圈是不合格線圈