师:同学们大家好,今天我们一起来看人教版选修3 - 2第四章第七节:涡流、电磁阻尼和电磁驱动。同学们,首先看大屏幕。屏幕上第一幅图是我们家庭用的电磁炉,第二个是用来检测金属的安检探测仪,第三个大家最熟悉,是实验室里使用的电流表,第四个是工农业生产中用到的电动机。这四个实际应用与我们今天要讲的内容有什么关系呢?带着这个问题,我们进入今天具体内容的学习。

  同学们先思考一个问题,如果把一个金属环放在磁场中,金属环中会产生感应电流吗?

  生:不会。

  师:那如果磁场发生变化,比如增强了,这时金属环中会不会有感应电流?

  生:有了。

  师:对,因为产生了感生电场,使金属环中可自由移动的电荷做定向移动形成电流,而且这个电流呈环状。现在再思考,如果把一个金属圆盘放在磁场中,同样磁场增强,圆盘当中会不会像刚才的金属圆环一样产生感应电流呢?

  生:会。

  师:通过分析可知,此时圆盘所处空间也产生了感应电场,所以圆盘当中也会产生感应电流。而且这个感应电流的形状,大家看像什么?

  生:像一撮撮的圆环,像水中的漩涡。

  师:没错,在物理学中,我们把这种电流称为涡电流,简称涡流。涡流是指金属体处在变化的磁场中,或者在磁场中运动时,在金属体内部产生的自成闭合回路的电流。这里要注意,涡流属于感应电流,它的特征,一是形状呈涡旋状,二是在金属导体内部产生。同时,整个金属导体发生了电磁感应现象,所以涡流也遵循电磁感应定律。结合前面所学电流的三个效应——热效应、磁效应和化学效应,我们来看看涡流在日常生活中的具体应用。

  先看涡流磁效应的应用。刚才提到的金属探测仪,老师今天带来了一个。它工作操作很简单,打开开关,指示灯亮,此时没有其他现象。如果拿一支塑料笔靠近它、远离它,上下扫动或任意旋转,都没有变化。但如果换成金属剪刀靠近,大家看或听,会发现什么?

  生:有声音产生,指示灯颜色改变,再靠近还会发出警报声。

  师:金属探测仪的工作原理是什么呢?它能产生变化的磁场,一旦有金属导体靠近,金属导体中就会产生涡流,涡流又会产生磁场、电场,进而产生电磁波。探测仪能检测这个变化的电场,就通过声音报警显示金属体的存在。大家想想,如果给金属探测器加一个很长的感知装置,就可以探测埋在地下看不到的金属地雷,这是军事上探雷器的应用。不过要注意,它只能探测金属地雷或带有金属的地雷。为减少人员伤亡,还可以用类似机器人的设备带着探测仪探测地雷。这是涡流的磁效应应用,下面看看涡流的热效应。

  涡流热效应在家庭中有个重要应用——电磁炉。电磁炉通电就能让放在上方的金属锅烧水、炒菜,产生热量。热量是怎么产生的呢?借助前面学的焦耳定律q = i2RT ,当金属锅体处在电磁炉内部线圈产生的变化磁场中,锅底就会产生明显的涡流,从而产生明显的热效应。金属锅体边缘也会产生涡流,但因为电阻大、电流小,热效应不明显。所以用电磁炉炒菜、烧水,必须用金属锅,用陶瓷锅不行。再展开想象,如果感应电流足够强,热效应足够大,温度能升得足够高,就可以用于炼钢、炼铁。工业生产中的真空冶炼炉就是这样。

  真空冶炼炉体积小、设备简单,内部结构类似锅体,锅体外面绕有线圈。通以高频交流电源时,内部金属块会产生足够高的温度直至熔化,达到熔点。这和电磁炉类似,都是产生了涡流,只不过这里强调的是锅体内金属块产生涡流。因为金属块电阻小,涡流大,热效应非常明显。而且真空冶炼炉可以放在密闭容器中,抽出空气形成真空,这样冶炼出的金属纯度更高、品质更好,可见涡流热效应很明显。既然涡流热效应明显,日常生活中有时就要有效防护。

  来看一个重要器械——变压器,下一章节会接触。变压器内部结构主要由铁心和线圈组成。当铁心通以交变电流时,会产生明显的涡流热效应,这样变压器就不能正常工作了。怎么减小涡流呢?一方面选取电阻率较大的硅钢材料,另一方面把硅钢制成片状,外面镀上绝缘材料或绝缘层,再压制到一起,让整个铁心由片状硅钢片组成。这样每片硅钢片的涡流就大大减小,热效应也大大减小。此外,变压器还需加上散热装置,比如放在绝缘油里,有效降低工作时的温度。

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《高2下册人教版物理 第四章 第7节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 逐字稿-3,118字 第3版》.docx
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