4.7《涡流》解析
(完整版)高中物理第一章电磁感应第七节涡流现象及其应用讲义含解析粤教版选修
涡流现象及其应用1．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，导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流越大。
2．电磁灶是通过锅底涡流发热，不存在热量在传递过程中的损耗，所以它的热效率高。
3．在涡流制动中，安培力做负功，把机械能转化为电能。
一、涡流现象1．定义在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象，如图171所示。
图1712．影响因素(1)导体的外周长。
(2)交变磁场的频率。
(3)导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。
二、涡流的应用与防止1．电磁灶(1)原理：电磁灶采用了磁场感应涡流的加热原理。
(2)优点：①涡流发热，不存在热量在传递过程中的损耗，热效率高，耗电量少。
②无明火和炊烟，没有因加热产生的废气，清洁、环保、安全。
③功能齐全。
2．高频感应加热(1)原理：涡流感应加热。
(2)优点：①非接触式加热，热源和受热物体可以不直接接触。
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。
(3)其他应用：高频塑料热压机，涡流热疗系统等。
3．涡流制动与涡流探测(1)涡流制动：①原理：金属盘与磁场发生相对运动时，会在金属盘中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而提供制动力矩。
②应用：电表的阻尼制动，高速机车制动的涡流闸等。
(2)涡流探测①原理：探测线圈产生的交变磁场在金属中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物。
②应用：探测行李中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等。
4．涡流的防止(1)目的：减少发热损失，提高机械效率。
(2)原理：缩小导体的周长，增大材料的电阻。
(3)方法：把整块铁芯改成用薄片叠压的铁芯，增大回路电阻，从而削弱涡流。
1．自主思考——判一判(1)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。
人教版高中物理选修3-2 4.7涡流电磁阻尼和电磁驱动(20张PPT)
二：电磁阻尼
1、电磁阻尼现象：当导体在磁场中运
动时，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，
这种现象称为电磁阻尼。
v
2、应用：磁电式电表中安装的使指
针很快地停下的铝框；电气机车内部
可使机车快速停下的电磁制动器等
例题2.(多选)如图所示，磁电式仪表的线圈通 常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样
涡流的利用
探雷器的长柄线
圈中，通有变化的电流，
在其周围就产生变化的
磁场，埋在地下的金属
物品，由于电磁感应而
线圈
形成涡流，涡流的磁场
反过来又作用于线圈，
使仪器报警。
涡流的利用
机场、车站及重 要场所的安检门及工 作人员手上的探测器， 也是利用与探雷器类 似的电磁感应原理使 仪器报警，来探测进 出人员身上携带的金 属物品。
C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
思考与讨论 怎样减少涡流损耗？
交变电流
交变电流
整块铁芯
彼此绝缘的薄片
涡流的防止
变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是由 许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成，目 的就是为了减弱铁芯中由于电磁感应而产生的涡流的 热效应，从而减少电能的损耗，同时避免破坏绝.如图所示,闭合导线环和条形磁
铁都可以绕水平的中心轴OO′自由转
动,开始时磁铁和圆环都静止在竖直平
面内。若条形磁铁突然绕OO′轴，N极
向纸里、S极向纸外转动,在此过程中,
圆环将(
)A
A.产生逆时针方向的感应电流，圆环上端向里、下端
向外随磁铁转动
B.产生顺时针方向的感应电流，圆环上端向外、下端 向里转动
《涡流》 讲义
《涡流》讲义一、什么是涡流当导体处在变化的磁场中，或者导体在磁场中运动时，导体内部会产生感应电流。
这种由于电磁感应在导体内部形成的闭合电流，就被称为涡流。
举个简单的例子，假如我们有一块金属板，然后把它放在变化的磁场中，这时候金属板内部就会出现像漩涡一样的电流，这就是涡流。
涡流的产生是由于磁场的变化导致了导体内自由电子的定向移动。
这些自由电子在磁场的作用下，会沿着一定的路径形成环流。
二、涡流的特点1、热效应涡流在导体中流动时会产生热量。
这是因为电流通过导体存在电阻，电流做功会转化为热能。
在一些实际应用中，比如电磁炉、感应加热设备，就是利用涡流的热效应来加热物体的。
但在某些情况下，涡流产生的热可能是不利的，比如变压器的铁芯中，涡流产生的热会导致能量损耗，降低设备的效率。
2、磁效应涡流本身也会产生磁场。
这个磁场会与原磁场相互作用，从而影响到整个磁场的分布和强度。
3、趋肤效应在交流电路中，由于涡流的存在，电流往往集中在导体的表面，这种现象被称为趋肤效应。
频率越高，趋肤效应越明显。
这会导致导体的有效电阻增加，从而影响电流的传输效率。
三、涡流的应用1、电磁炉电磁炉是利用涡流原理进行加热的典型例子。
通过在电磁炉内部产生高频变化的磁场，使锅底产生涡流，从而实现对食物的加热。
2、感应加热在工业生产中，常常需要对金属进行加热处理，比如锻造、淬火等。
感应加热就是利用涡流的热效应，将金属工件放入感应线圈中，通以高频交流电，从而使工件内部产生涡流并迅速升温。
3、涡流探伤涡流还可以用于检测金属材料的缺陷。
当金属材料存在裂缝、气孔等缺陷时，涡流的分布会发生变化。
通过检测涡流的变化，可以判断材料内部的缺陷情况。
4、电磁阻尼在一些需要快速稳定的装置中，会利用涡流的阻尼作用。
例如，电表中的阻尼装置，就是利用涡流来快速使指针稳定下来，以便准确读数。
四、涡流的危害与抑制1、变压器铁芯中的涡流损耗在变压器中，铁芯是由许多铁片叠合而成的。
人教版高中物理选择性必修第2册 第07讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动(解析版)
第07讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课程标准课标解读 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。
3.了解电磁炉的结构和原理。
1.了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理。
2.理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用。
3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，了解其在生产和生活中的应用。
知识点01 电磁感应现象中的感生电场1．感生电场麦克斯韦认为：磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场．2．感生电动势由感生电场产生的电动势叫感生电动势．3．电子感应加速器 电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速．【知识拓展1】1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的磁知识精讲目标导航场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动．2．感生电场可用电场线形象描述．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合．3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt计算． 【即学即练1】高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。
磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N 极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。
图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。
下列有关铝盘刹车的说法正确的是（ ）A ．铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场B ．铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场C ．磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速D ．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大【答案】C【解析】A ．铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A 错误；B ．铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B 错误；C ．由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C 正确；D ．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D 错误。
人教版高中物理选修3-2第四章4.7涡流电磁阻尼和电磁驱动
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16、业余生活要有意义，不要越轨。2021年4月3日 星期六1时18分 10秒13:18:103 April 2021
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17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。下 午1时18分10秒 下午1时18分13:18:1021.4.3
谢谢大家
2.金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻 率小，则涡流很强，产生的热量也很多。
3.应用 (1)利用
a.真空冶炼炉，高频焊接
焊
线圈导线
接
处
电源
待焊接元件
生活中的物理：电磁炉的工作原理
电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上 交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生 强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强 涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热 量，将饭菜煮熟。
第七节
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
根据麦克斯韦电磁 场理论，当如右图所 示的磁场变化时，导 体中的自由电子就会 在此电场力的作用下 定向移动从而产生感 应电流，这种感应电 流是像旋涡一样的闭 合的曲线，我们把它 叫涡电流。
B
E
一.涡流
1.当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近 的任何导体中都会产生感应电流-----涡流.
4、著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图
所示.在一块绝缘板上中部安一个线圈，并接有电
源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置支
撑起来.忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下
A 列关于圆盘的说法中正确的是（
）
A.圆盘将逆时针转动
B.圆盘将顺时针转动
C.圆盘不会转动
D.无法确定圆盘是否会动
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9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定 。21.4.321.4.3Saturday, April 03, 2021
专题22 涡流(解析版)
专题二十二 涡流基本知识点1．涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P ＝I 2R 知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。
2．涡流中的能量转化：涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。
如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果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。
3．注意：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。
(2)磁场变化越快⎝⎛⎭⎫ΔB Δt 越大，导体的横截面积S 越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。
例题分析一、对涡流的理解例1 下列关于涡流的说法中正确的是( )A ．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B ．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C ．涡流有热效应，但没有磁效应D ．在硅钢中不能产生涡流(对应训练)下列做法中可能产生涡流的是( )A ．把金属块放在匀强磁场中B ．让金属块在匀强磁场中匀速运动C ．让金属块在匀强磁场中做变速运动D ．把金属块放在变化的磁场中二、涡流在电磁炉中的应用例2 如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯(对应训练)如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。
电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。
高中物理选修课件：第四章电磁感应-7.涡 流
图4.7-2真空冶炼炉
①②③④
②高频焊接
线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感 应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热 很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起. 我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的。
交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根
据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电
S N
图4.7-12
［演示］电磁阻尼摆 把铝板做成的摆放到电磁铁的磁场中，当电磁铁未通电 时，摆要往复摆动多次，摆才能停止下来. 如果电磁铁通电，磁场在摆动的铝板中产生涡流,涡流受 磁场作用力的方向与摆动方向相反,因而增大了摆的阻尼 ，摆很快就能停止下来。
电磁阻尼摆
“思考与讨论”：分析电表线圈骨架的作用
解见下页
解析：
线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就 产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，电 流变化的频率越高，电流变化的越快，感应电动势就越 大。A选项正确。
工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D选项
也正确。
线圈导线
焊缝处
答案：AD
高频电 源
待焊接工 件
高频焊接原理图
A组能力训练题1
动势就越大，感应电流就越大.
而放出的电热与电流
线圈导线
焊缝处
的平方成正比，所以 交变电流的频率越高 焊接处放出的热量越 多.
高频电 源 高频焊接原理图
待焊接工 件
①②③④
③探雷器和安检门 探雷器和安检门都是利用涡流制成的 探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长 柄线圈在地面上扫过，线圈中由变化的电流，如果地下 埋着金属物品，金属中感应涡流，涡流的磁场反过来影 响线圈中的电流，使仪器报警，这种探雷器可以用来探 测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
【物理】4.7《涡流》精品课件(新人教版选修3-2)
课堂达标
2.变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的， 而不是采用一整块硅钢，这是因为（ ） BD A．增大涡流，提高变压器的效率 B．减小涡流，提高变压器的效率 C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量 D．增大铁芯中的电阻，以减小发热量
课堂达标
3.如图所示，一块长方形光滑铝板水平 放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝 板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀 的闭合铝环以初速度v从板的左端沿 中线向右端滚动，则（ B ） A．铝环的滚动速度将越来越小 B．铝环将保持匀速滚动 C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的 N极或S极 D．铝环的运动速率会改变，但运动方 向将不会发生改变
应用：电磁阻尼摆、微安表。 应用：电磁阻尼摆、微安表。 4.磁场相对于导体运动，导体中产生感应电流， 磁场相对于导体运动， 磁场相对于导体运动 导体中产生感应电流， 受到安培力，使导体运动， 电磁驱动。 受到安培力，使导体运动，即电磁驱动。 应用： 应用：交流感应电动机 作业：典型题训练 选择 ～12 计算题 、19 选择1～ 计算题15、 作业：
3.交流感应电动机就是利用电磁驱动的 3.交流感应电动机就是利用电磁驱动的 原理工作的。 原理工作的。
练习：达标2、3 练习：达标2
课堂达标
1．同样大小的整块金属和叠合的硅钢片铁芯 放在同一变化的磁场中相比较（ A ） A．金属块中的涡流较大，热功率也较大 B．硅钢片中涡流较大，热功率也较大 C．金属块中涡流较大，硅钢片中热功率较大 D．硅钢片中涡流较大，金属块中热功率较大
三.电磁驱动
1.现象分析：当蹄形磁铁转动时， 1.现象分析：当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁 现象分析 通量增加，根据楞次定律， 通量增加，根据楞次定律，此时线圈中就有感应 电流产生，以阻碍磁通量的增加， 电流产生，以阻碍磁通量的增加，因此线圈会跟 着同方向的转动起来。 着同方向的转动起来。 结论：线圈转动方向与磁铁运动方向相同， 结论：线圈转动方向与磁铁运动方向相同，但转 速比磁铁小。 速比磁铁小。
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(3)金属探测器
探雷器、安检门等。
探雷器
金属探测器
二、涡流的热效应：
2、危害：发热浪费能量。
变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是 由许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠 合而成的，以减少涡流和电能的损耗，同时 避免破坏绝缘层。
减少涡流的方法： 增大回路的电阻。
三、涡流的机械效应
磁电式电流表
铝块不会被磁化， 形成涡流，与磁 铁相互排斥
例与练4
新增题型示例的研究
(2015新课标I-19). 1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”， 实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以 自由旋转的磁针，如图所示，实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过 圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后，下 列说法正确的是 AB A. 圆盘上产生了感应电动势 B. 圆盘内的感应电流产生的磁场导致磁针转动 C. 在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘 的磁通量发生了变化 D. 圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了电流，此电流产生的磁场导致 磁针转动
电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
电磁阻尼是导体相对于磁场运动;
电磁驱动是磁场相对于导体运动. 安培力的作用都是阻碍它们间的 相对运动。
例与练1
如图所示是一种冶炼金属的感应炉示意图，炉内 装着需冶炼的金属，炉外绕着很多匝线圈，当高 频交变电流通过线圈后，炉内的金属就会被熔化。 请你说明感应炉冶炼金属的原理，在电流有效值 相同的情况下，电流频率的高低对冶炼过程有什 么影响？ 涡流的热效应 电感： “通低频，阻高频”
教学重点 1．涡流的概念及其应用。 2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 ★教学难点 电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 教学方法 通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验 教 学手段 电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变 压器）、电磁阻尼演示装置（示教电流表、微安 表、弹簧、条形磁铁），电磁驱动演示装置（U 形磁铁、能绕轴转动的铝框）。
电流频率越高，自感电动势 越大，产生的涡流越强，冶 炼过程越快。
例与练2
下列哪些措施是为了防止涡流的危害 （CD ） A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅 B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨 架，把线圈绕在铝框上 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
1、电磁阻尼：导体在磁场中运动时，
感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍 导体的相对运动的现象。 应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等.
2、电磁驱动：
当磁场相对于导体转动时， 在导体中会产生感应电流， 感应电流使导体受到安培力 的作用而运动起来的现象。 线圈转动与磁铁同向，但转 速小于磁铁，即同向异步。 应用：感应电动机、电能表、 汽车上用的电磁式速度表等。
例与练3
铁块会被磁化， 与磁铁相互吸引
在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个 条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃 制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上 的A点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在 碰上磁铁前的运动情况是( BD) A、都做匀速运动 B、甲做加速运动 C、乙做匀速运动 D、丙做匀速运动
复习回顾: “互感”和“自感” 产生的感应电动势是动生电动 势, 片
Ｄ
互感和自感是两种特殊的电 磁感应现象,现在学习另一种特 殊的电磁感应现象—涡流。涡 流在实际生活中有许多应用， 如：发电机、电动机和变压器 等。当然涡流也有利和弊两个 方面，我们如何去加以利用？ 如何去防止呢?
一、涡流
块状金属在变化的磁场中或在 磁场中运动时,金属块内产生 的感应电流.
涡流是在整块金属内产生的感应电流。 涡流是整块导体发生
的电磁感应现象，同 样遵守电磁感应定律。
二、涡流的热效应：
1、应用
(2)电磁炉
炉盘下的线圈中通入 使炉盘上 从而生热。 交流电， 的金属中产生涡流，
(1)真空冶炼炉
第四章《电磁感应》
第七节《涡流、电磁
阻尼和电磁驱动》
教 学 目 标
（一）知识与技能 1．知道涡流是如何产生的。 2．知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及 如何利用和防止。 3．知道电磁阻尼和电磁驱动。 （二）过程与方法 培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。 （三）情感、态度与价值观 培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。