學(xué)習(xí)目標(biāo)物理與STSE1.認識什么是渦流，理解渦流的成因及本質(zhì).（重點）2.了解渦流的熱效應(yīng)、機械效應(yīng)、磁效應(yīng)在生產(chǎn)生活科技中的應(yīng)用.（重點）3.了解渦流現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化（難點）eq\a\vs4\al(電磁爐利用了eq\a\vs4\al(手持式金屬探測器利,用了渦流的磁效應(yīng))知識點一渦流現(xiàn)象1.定義.在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象.2.影響因素.（1）導(dǎo)體的電阻.（2）交變磁場的變化率.（eq\f(ΔB,Δt)）（3）導(dǎo)體的外周長越長，交變磁場的頻率越高，渦流就越大.知識點二渦流的應(yīng)用與防止1.渦流的熱效應(yīng).（1）電磁灶：電磁灶是渦流現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用，采用了磁場感應(yīng)渦流的加熱原理.（2）感應(yīng)加熱爐：在感應(yīng)爐中，有產(chǎn)生高頻電流的大功率電源和產(chǎn)生交變磁場的線圈，其工作原理也是渦流加熱.2.渦流的機械效應(yīng).（1）電磁驅(qū)動.①定義：磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來的現(xiàn)象.②應(yīng)用：交流感應(yīng)電動機.（2）電磁阻尼.①定義：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力總是阻礙導(dǎo)體運動的現(xiàn)象.②應(yīng)用：磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針迅速停下來，便于讀數(shù).3.渦流的磁效應(yīng).（1）渦流探測：探測線圈產(chǎn)生的交變磁場在金屬中激起渦流，渦流產(chǎn)生的磁場又影響線圈的磁場，從而觸發(fā)報警器報警.（2）應(yīng)用：探測行李中的槍支、埋于地表的地雷、金屬覆蓋膜厚度等.4.渦流的防止.（1）原理：縮小導(dǎo)體的外周長，增大材料的電阻.（2）事例：電機和變壓器的鐵芯用薄片疊壓而成.（3）目的：減少發(fā)熱損失，提高機械效率.小試身手1.下列應(yīng)用與渦流無關(guān)的是（）A.家用電磁爐B.家用微波爐C.真空冶煉爐D.探雷器解析：家用電磁爐和真空冶煉爐利用渦流的熱效應(yīng)工作，探雷器利用渦流的磁效應(yīng)工作，而微波爐利用高頻電磁波工作.答案：B2.如圖所示，一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細線掛于O點，將圓環(huán)拉離平衡位置并釋放，圓環(huán)擺動過程中（環(huán)平面與磁場始終保持垂直）經(jīng)過有界的水平勻強磁場區(qū)域，A、B為該磁場的豎直邊界.若不計空氣阻力，則（）A.圓環(huán)向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度B.在進入和離開磁場時，圓環(huán)中均有感應(yīng)電流C.圓環(huán)進入磁場后，離最低點越近速度越大，感應(yīng)電流也越大D.圓環(huán)最終將靜止在最低點解析：在圓環(huán)進入和穿出磁場的過程中環(huán)中磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，即圓環(huán)的機械能向電能轉(zhuǎn)化，其機械能越來越小，上升的高度越來越低，A項錯誤，B項正確；但在圓環(huán)完全進入磁場后，不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，C項錯誤；最終圓環(huán)將不能擺出磁場，從此再無機械能向電能轉(zhuǎn)化，其擺動的幅度不再變化，D項錯誤.答案：B探究一對渦流的理解及應(yīng)用1.渦流的本質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象.2.條件.穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路.3.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.4.渦流的特點.（1）電流強：當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路（產(chǎn)生渦流）時，由于整塊金屬的電阻很小，渦流往往很強.（2）功率大：根據(jù)公式P＝I2R知，熱功率的大小與電流的平方成正比，故金屬塊的發(fā)熱功率很大.5.產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化：伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.（1）金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)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，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.【典例1】（多選）電磁爐采用感應(yīng)電流（渦流）的加熱原理，是通過電子線路產(chǎn)生交變磁場，把鐵鍋放在爐面上時，在鐵鍋底部產(chǎn)生交變的電流，它具有升溫快、效率高、體積小、安全性好等優(yōu)點.下列關(guān)于電磁爐的說法中正確的是（）A.電磁爐面板可采用陶瓷材料，發(fā)熱部分為鐵鍋底部B.電磁爐面板可采用金屬材料，通過面板發(fā)熱加熱鍋內(nèi)食品C.電磁爐可以用陶瓷器皿作為鍋具對食品加熱D.可以通過改變電子線路的頻率來改變電磁爐的功率解析：電磁爐的上表面如果用金屬材料制成，使用電磁爐時，上表面材料發(fā)生電磁感應(yīng)要損失電能，因此電磁爐上表面要用絕緣材料制作，發(fā)熱部分為鐵鍋底部，故A正確，B、C錯誤；鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關(guān)，故D正確.答案：AD渦流問題的三點注意（1）渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律.（2）金屬能夠自身形成閉合回路，形成渦流.（3）磁場變化越快eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ΔB,Δt)越大))，導(dǎo)體的橫截面積S越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越強.1.如圖為手機無線充電的原理圖，下列哪種裝置的工作原理與其相同（）A.電磁爐B.電動機C.回旋加速器D.速度選擇器解析：手機無線充電及電磁爐均應(yīng)用了電磁感應(yīng)原理；而電動機是導(dǎo)線在磁場中受力；回旋加速器利用電場的加速及磁場中的偏轉(zhuǎn)；速度選擇器采用的是復(fù)合場中的運動.答案：A2.（多選）“電磁感應(yīng)鋁箔封口機”被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中.如圖所示為一手持式封口機，它的工作原理是：當(dāng)接通電源時，內(nèi)置線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁感線穿過封口鋁箔材料時，瞬間產(chǎn)生大量小渦流，致使鋁箔自行快速發(fā)熱，熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在承封容器的封口處，達到迅速封口的目的.下列有關(guān)說法正確的是（）A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔B.該封口機可用干電池作為電源以方便攜帶C.封口過程中溫度過高，可適當(dāng)減小所通電流的頻率來解決D.該封口機適用于玻璃、塑料等多種材質(zhì)的容器封口，但不適用于金屬容器解析：由于封口機利用了電磁感應(yīng)原理，故封口材料必須是金屬類材料，而且電源必須是交流電源，選項A、B錯誤；減小內(nèi)置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產(chǎn)生的熱量，即控制溫度，選項C正確；封口材料應(yīng)是金屬類材料，但對應(yīng)被封口的容器不能是金屬，否則同樣會被熔化，只能是玻璃、塑料等材質(zhì)，選項D正確.答案：CD3.如圖所示，上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置.小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部.則小磁塊（）A.在P和Q中都做自由落體運動B.在兩個下落過程中的機械能都守恒C.在P中的下落時間比在Q中的長D.落至底部時在P中的速度比在Q中的大解析：小磁塊從銅管P中下落時，P中的磁通量發(fā)生變化，P中產(chǎn)生感應(yīng)電流，給小磁塊一個向上的磁場力，阻礙小磁塊向下運動，因此小磁塊在P中不是做自由落體運動，而塑料管Q中不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，因此Q中小磁塊做自由落體運動，A項錯誤；P中的小磁塊受到的磁場力對小磁塊做負功，機械能不守恒，B項錯誤；由于在P中小磁塊下落的加速度小于g，而Q中小磁塊做自由落體運動，因此從靜止開始下落相同高度，在P中下落的時間比在Q中下落的時間長，C項正確；根據(jù)動能定理可知，落到底部時在P中的速度比在Q中的速度小，D項錯誤.答案：C探究二對電磁驅(qū)動與電磁阻尼的理解電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較.項目電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體相對磁場運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能，從而對外做功相同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運動【典例2】如圖所示，在一蹄形磁鐵下面放一個銅盤，銅盤和磁鐵均可以自繞OO′軸轉(zhuǎn)動，兩磁極靠近銅盤，但不接觸.當(dāng)磁鐵繞軸轉(zhuǎn)動時，銅盤將（）A.以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動B.以較小的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動C.以相同的轉(zhuǎn)速與磁鐵反向轉(zhuǎn)動D.靜止不動解析：因磁鐵的轉(zhuǎn)動，引起銅盤中磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進而受安培力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動，由楞次定律可知安培力的作用是阻礙相對運動，所以銅盤與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，又由產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件可知，銅盤中能產(chǎn)生電流的條件必須是磁通量發(fā)生變化，故銅盤轉(zhuǎn)動方向與磁鐵相同而轉(zhuǎn)速較小，不能與磁鐵同速轉(zhuǎn)動，所以正確選項是B.答案：B對電磁阻尼和電磁驅(qū)動的理解1.電磁阻尼是指感應(yīng)電流所受的安培力對導(dǎo)體做負功，阻礙導(dǎo)體運動；而電磁驅(qū)動是指感應(yīng)電流所受的安培力對導(dǎo)體做正功，推動導(dǎo)體運動.2.在這兩種情況下，安培力均是阻礙導(dǎo)體與磁場之間的相對運動.3.在電磁驅(qū)動中，主動部分的速度（或角速度）大于被動部分的速度（或角速度）.4.電磁阻尼和電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，均可以根據(jù)楞次定律和左手定則分析導(dǎo)體的受力情況.4.（多選）如圖所示，是電表中的指針和電磁阻尼器，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(zhuǎn)動D.該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定解析：根據(jù)電磁阻尼的工作原理及能量轉(zhuǎn)化進行回答.此裝置為電磁阻尼，2是磁鐵，1為閉合線框，當(dāng)1切割磁感線在1中產(chǎn)生渦流，將動能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，從而使1很快的穩(wěn)定，故A、D正確，B、C錯誤.答案：AD5.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?qū)ΨQ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其左右振動的衰減最有效的方案是（）解析：感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化.在A圖中，系統(tǒng)震動時，紫銅薄板隨之上下及左右振動，在磁場中的部分有時多有時少，磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到安培力，阻礙系統(tǒng)的震動；在B、D圖中，只有紫銅薄板左右振動才產(chǎn)生感應(yīng)電流，而上下振動無電流產(chǎn)生；在C圖中，無論紫銅薄板上下振動還是左右振動，都不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選項A正確，B、C、D錯誤.答案：A6.（多選）位于光滑水平面的小車上水平固定一螺線管，一個比螺線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v0穿入螺線管，并最終穿出，如圖所示，在此過程中（