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1、1.6涡流现象与电磁灶学 习 目 标知 识 脉 络1.了解涡流现象，知道涡流是如何产生的.2.知道电磁驱动和电磁阻尼现象.(难点)3.知道涡流的危害以及如何利用和防止涡流.(难点)4.掌握电磁灶的结构及工作原理.(重点)探 究 涡 电 流 现 象1.整块金属放在变化的磁场中或者线圈中用整块软铁割成的铁心在通有交变电流时，金属内的磁通量就会发生变化，从而在金属内产生感应电流，这种感应电流呈涡旋状，叫做涡电流，简称涡流.2.导体的外周长越长、交变磁场的频率越高，涡流就越大.图1611.涡流有热效应，但没有磁效应.()2.把金属块放在变化的磁场中可产生涡流.()3.涡流不是感应电流，而是一种有别于感
2、应电流的特殊电流.()1.涡流是否遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律？【提示】涡流是电磁感应现象产生的，遵守楞次定律和法拉第电磁感应定律.2.为什么变压器和镇流器的铁心用一片片的硅钢片叠压而成？【提示】为了防止在铁心中形成涡流，从而减小电能损失，并防止变压器和镇流器被烧坏.在可拆变压器的一字铁下面加一块厚约2 mm的铁板，铁板垂直于铁芯里磁感线的方向，给原线圈接交流电.探讨1：通电几分钟以后，会发现铁芯和铁板的温度会升高，那么，它们温度升高的原因是什么？【提示】在铁芯和铁板中有涡流产生，使铁芯和铁板发热.探讨2：通电几分钟以后，铁芯和铁板哪个温度更高些？【提示】铁板的温度比铁芯的温度高.1.对涡
3、流的正确理解(1)成因：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时，穿过金属块的磁通量发生变化，在金属块自身构成的闭合回路中产生感应电流.(2)特点：金属块本身自行构成闭合回路，如果整块金属的电阻很小，涡流往往很强，金属块会产生大量的热量.2.涡流的利用和防止(1)涡流的利用：利用高频真空冶炼炉冶炼高纯度的金属；用探测器探测地雷、探测地下电缆；利用涡流可以治疗疾病；利用涡流探伤技术可以检测导电物体的表面和近表面缺陷、涂镀层厚度，还有磁悬浮列车是利用涡电流减速的.(2)涡流的防止：减小涡流的主要途径是增大在变化的磁场中使用金属导体的电阻：一是选用电阻率大的材料，如常用的铁芯材料是电阻率较大的硅钢；二
4、是把导体制作成薄片，薄片与薄片之间用绝缘材料相隔，这样增大电阻来减小因涡流损失的能量.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【解析】涡流是由于穿过整块导体的磁通量发生变化而产生的电磁感应现象，具有热效应、磁效应、机械效应等.故选项A正确.【答案】A2.在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图162所示，现有铜、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.各滑块在未接触磁铁前
5、的运动情况是()图162A.都做匀速运动B.甲、乙做加速运动C.甲、乙做减速运动D.乙、丙做匀速运动【解析】铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生变化，因此在其内部产生涡流，反过来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受到阻碍而减速，有机玻璃为非金属，不产生涡流现象.故C正确.【答案】C3.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图163所示，抛物线的方程为yx2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是ya的直线(如图中的虚线所示)，一个小金属块从抛物线上yb(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长.求金属块在曲面上滑动的过程中产生的总
6、热量为多少？【导学号：72000046】图163【解析】金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生涡流，进而产生热.最后，金属块在高为a的曲面上做往复运动.减少的机械能为mg(ba)mv2，这些机械能全部转化为内能，故产生的总热量为mg(ba)mv2.【答案】mg(ba)mv2涡流现象中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.如果金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；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.无 火 之 灶电 磁 灶1.工频电磁灶(1
7、)构造：励磁线圈和励磁铁心构成了工频励磁器.(2)原理：在两组线圈中通过50 Hz的电流iA和iB，从而在锅体中产生涡流，涡流的电能在锅体的材料电阻上转化为热能以加热食品.2.高频电磁灶(1)构造：由加热线圈、灶面板、控制保护电路三部分组成.(2)原理：接通电源后，50 Hz的交变电流经过整流和滤波变为直流，然后通过电子开关的迅速导通和截止，使加热线圈中产生频率为2050 kHz的高频振荡电流.高频振荡电流产生高频磁场，从而在锅体内产生涡流.3.涡流的其他应用(1)利用涡流转化的热能，可以提炼金属.(2)利用涡流在磁场中受到的电磁力，可制成电磁驱动和电磁阻尼设备.1.提炼金属是利用了涡流产生的
8、热量.()2.电磁灶是利用变化的磁场在食物中产生涡流从而对食物进行加热的.()3.电磁灶是利用变化的磁场在铁质锅底中产生涡流，使铁质锅底迅速升温，而对锅内食物加热的.()1.电磁灶在工作时能不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅来加热食物呢？【提示】不能，因为不能在锅底产生涡流，也就无法利用涡流的热效应来加热食物.2.利用涡流制成的电磁驱动和电磁阻尼设备符合能量守恒定律吗？【提示】电磁驱动和电磁阻尼都有能量的转化，都遵守能量守恒定律.高频焊接原理示意图如图164所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝处金属熔化.图164探讨1：高频焊接是利用了涡流的哪个效应？【提示】高频焊接是利用
9、了电磁感应，涡流的热效应.探讨2：要使焊接处产生的热量较大，高频交流电的频率越高越好，还是越低越好？【提示】越高越好.1.电磁灶采用了电磁感应、 涡流加热原理，它利用交变电流通过线圈产生交变磁场，在铁质锅的底部即会产生无数强大的小涡流，使锅本身自行迅速发热，然后再加热锅内的食物.2.涡流有以下几方面的应用(1)利用涡流的热效应：应用涡流在回路中产生的热量冶炼金属，如高频感应炉、电磁灶.(2)利用涡流的磁效应：电磁阻尼和电磁驱动.(3)利用涡流现象的小型装置：在车站、机场进行安检的探测器，用来探测旅客是否带有金属制品，像刀、枪之类的危险物品等.4.涡电流会使金属发热，人们利用这个原理制成了电磁灶
10、.关于电磁灶，下列说法正确的是()A.电磁灶都是用高频交流电工作的B.高频电磁灶有加热线圈，可以通过热传导将热能传导给锅体及锅内食物C.电磁灶和微波炉是一个道理，工作原理是一样的D.无论哪种电磁灶，都是利用涡流原理工作的【解析】电磁灶都是用家用交流电工作的，工频电磁灶就是直接用50 Hz的电流工作，而不是用高频交变电流工作的，故A错；高频电磁灶由加热线圈、灶面板、控制保护电路组成.通过电子开关，可以使加热线圈中产生高频率振荡电流，从而再使锅体内产生涡电流，用以加热食物，而不是直接用加热线圈去加热锅体内食物，故B错；电磁灶是利用电磁感应现象产生涡流，而微波炉是利用电磁场产生电磁波，故C错；电磁灶
11、都是利用电磁感应产生的涡流电的热效应工作的，故D正确.【答案】D5.如图165所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，现把小球拉离平衡位置后释放，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)()图165A.做等幅振动B.做阻尼振动C.振幅不断增大D.无法判定【解析】小球在通电线圈磁场中运动，小球中产生涡流，故小球要受到安培力作用阻碍它的相对运动做阻尼振动，故B正确.【答案】B6.(多选)(2015全国卷)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166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
12、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() 【导学号：72000047】图166A.圆盘上产生了感应电动势B.圆盘内的涡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电流，此电流产生的磁场导致磁针转动【解析】A.当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动势，选项A正确； B.如图所示，铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有
13、滞后，选项B正确；C.在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项C错误；D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转，选项D错误. 【答案】AB电磁灶的分类及优点(1)电磁灶的分类：常用的电磁灶有工频电磁灶和高频电磁灶.工频电磁灶的主体部件是由励磁线圈和励磁铁心组成的工频励磁器.高频电磁灶的主体部件是由加热线圈、控制保护电路和灶面板组成.(2)电磁灶的优点：与一般灶具相比，电磁灶具有热效率高、环保性好、节能等优点.学业分层测评(六)(建议用时：45分钟)学业达标1.电磁灶的加热原理是涡流现象，下列哪种锅体适用于电磁灶加热()A
14、.不锈钢锅体B.玻璃锅体C.塑料锅体D.陶瓷锅体【解析】因为加热原理是涡流，首先考虑锅体应该是导体，只有导体才能产生较强的涡流，这里不考虑食物本身产生涡流，因为食物的导电性能太差了.【答案】A2.如图167所示，教室正南面的钢窗原来是关着的，现在将其中一扇钢窗迅速朝外推开，从室内观察则钢窗中() 【导学号：72000048】图167A.不会产生感应电流B.会产生感应电流，电流方向为顺时针方向C.会产生感应电流，电流方向为逆时针方向D.会产生感应电流，但是电流方向无法判定【解析】地理南极为地磁场的N极，磁感线分布如图所示，打开窗子的过程中，通过窗子的磁通量减小，由楞次定律可知产生的感应电流方向为
15、逆时针方向.【答案】C3.(多选)磁电式仪表的线圈通常用铝框作为骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是()A.防止涡流B.利用涡流C.起电磁阻尼的作用D.起电磁驱动的作用【解析】线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流即涡流，涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来.所以，这样做的目的是利用涡流来起到电磁阻尼的作用.【答案】BC4.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很明显，而另一个容器中的水温升高不明显，则通入的电流与水温升高明显的是()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【解析】通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化.在空间
