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1、学案学案 9 涡流现象与电磁灶涡流现象与电磁灶学习目标定位 1.能说出涡流的产生原因及涡流的防止和利用.2.了解电磁灶的工作原理1楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化2纯电阻产生电热的表达式：QI2RtUItt.U2R一、探究涡电流现象1涡电流现象：用整块金属材料做铁心绕制的线圈，铁心的横截面可看作是由一圈圈闭合回路组成的当线圈中通有交变电流时，铁心中这些回路的磁通量就会发生变化，从而在铁心内产生呈涡旋状的感应电流，叫做涡电流，简称涡流2为了减小涡流，变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成二、无火之灶电磁灶1常用的电磁灶有工频电磁灶和高频电磁灶2利用涡电流
2、转化的热能，还可提炼金属；利用涡电流在磁场中受到的电磁力，可制成电磁驱动设备和电磁阻尼设备.一、探究涡电流现象问题设计演示涡流生热实验在一个绕有线圈的可拆变压器铁心上面放一口小铁锅(如图 1)，锅内放少许水，给线圈通入交变电流一段时间再用玻璃杯代替小铁锅，通电时间相同分析上面实验结合教材内容回答下列问题：(1)铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同？图 1答案 通电后铁锅中的水逐渐变热，玻璃杯中的水温不变化(忽略热传导)(2)试着解释这种现象答案 线圈接入周期性变化的电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，变化的磁场激发出感生电场，小铁锅(导体)可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这
3、些线圈中产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流，由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热，则锅中的水会热起来而玻璃当中虽然也会产生感生电场，但没有自由移动的电荷，故不会产生电流，也不会产生电热，则玻璃杯中的水温没有变化要点提炼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(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Bt涡流就越大3由于整块金属的电阻很小，所以涡电流常常很大变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成，而不是用一整块铁制成，其原因是为了减小涡电流，减少铁心发热损失二、无火之灶电磁灶问题设计如图 2 所示是
4、某电磁炉的工作原理图，下面是某一品牌电磁炉的说明书上的部分内容：“这一部分和电磁炉是采用磁场感应涡流加热原理， 他利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内的磁感线通过含铁质锅底部时， 即会产生无数的小涡流，使锅体本身自行快速发热，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，对人体健康绝对无危害 ”问题：(1)涡流产生在哪里？(2)产生涡流的部分和引起涡流的部分是否接触？(3)电磁炉的表面(陶瓷)在电磁炉工作时会不会发热？为什么？图 2答案 (1)涡流产生在铁质锅底部(2)产生涡流的部分和引起涡流的部分不接触(3)从理论上讲，由于电磁炉表面是陶
5、瓷做成，所以在电磁炉工作时不会发热要点提炼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变电流时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变磁场；磁感线穿过锅体，使锅底感应出大量的强涡流，当涡流受到材料电阻的阻碍时，就放出大量的热，将饭菜煮熟三、电磁阻尼和电磁驱动问题设计1电磁阻尼弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图 3 所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象图 3答案 当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈，也就使磁
6、铁振动时除了受空气阻力外，还受线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来2电磁驱动一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图 4 所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕 OO轴转动当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动，当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动图 4根据以上现象，回答下列问题：(1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？(2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度相同吗？答案 (1)变化(2)线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来线圈的转速小于磁铁的转速要点提炼电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系：1电磁阻
7、尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动；电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动2电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能；电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能而对外做功3电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中导体的运动速度要小于磁场的运动速度一、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
8、生涡流答案 A解析 涡流的本质是电磁感应现象中产生的感应电流，只不过是由金属块自身构成回路，它既有热效应，也有磁效应，所以 A 正确，B、C 错误；硅钢中产生的涡流较小，D错误二、对电磁灶工作原理的理解例 2 电磁灶采用感应电流(涡流)的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在灶面上时，在铁锅底部产生交变的电流，它具有升温快、效率高、体积小，安全性好等优点下列关于电磁灶的说法中正确的是( )A电磁灶面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部B电磁灶可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热C可以通过改变电子线路的频率来改变电磁灶的功率D电磁灶面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品答案 AC解析
9、 电磁灶的上表面如果用金属材料制成，使用电磁灶时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，所以电磁炉上表面要用绝缘材料制作，发热部分为铁锅底部，故 A 正确，B、D 错误；锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故 C 正确三、对电磁阻尼和电磁驱动的理解例 3 在水平放置的光滑绝缘导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图 5 所示，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向磁铁运动的过程中( )图 5A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 甲、乙向磁铁靠近时要产生涡流，受电磁阻尼作用，做减速运动，丙则不会产生涡流，
10、只能匀速运动答案 C针对训练 位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度 v 水平穿过，如图 6 所示，在此过程中( )图 6A磁铁做匀速直线运动B磁铁做减速运动C小车向右做加速运动D小车先加速后减速解析 磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知该电流产生的磁场的作用力阻碍磁铁的运动同理，磁铁穿出时该电流产生的磁场的作用力也阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B 项对而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，C 项对答案 BC1(涡流的理解)下列做法中可能
11、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做匀速运动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答案 D解析 涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化而 A、B、C 中磁通量不变化，所以 A、B、C 错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以 D 正确2(对电磁灶工作原理的理解)熔化金属的一种方法是用“高频炉” ，它的主要部件是一个铜制线圈，线圈中有一钳锅，锅内放待熔的金属块，当线圈中通以高频交流电时，锅中金属就可以熔化，这是因为( )A线圈中
12、的高频交流电通过线圈电阻，产生焦耳热B线圈中的高频交流电产生高频微波辐射，深入到金属内部，产生焦耳热C线圈中的高频交流电在钳锅中产生感应电流，通过钳锅电阻产生焦耳热D线圈中的高频交流电在金属块中产生感应电流，通过金属块电阻产生焦耳热答案 D解析 线圈中的高频交流电通过线圈，从而产生变化的电磁场，使得处于电磁场的金属块产生涡流，进而发热，故 A、B、C 错误，D 正确；故选 D.3(电磁阻尼的理解与应用)如图 7 所示，条形磁铁从高 h 处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关 S 断开时，至落地用时 t1，落地时速度为 v1；开关 S 闭合时，至落地用时 t2，落地时速度为 v2.则它们的
13、大小关系正确的是 ( )图 7At1t2，v1v2Bt1t2，v1v2Ct1t2，v1v2Dt1t2，v1v2答案 D解析 开关 S 断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，ag；当 S 闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故 ag.所以 t1t2，v1v2.4(对涡流的防止)变压器的铁心是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了( )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增大铁心中的电阻，以产生更多的热量D增大铁心中的电阻，以减小发热量答案 BD解析 不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁心中的电阻，减少电能转化
14、成铁心的内能，提高效率，而且是为了防止涡流而采取的措施题组一 涡流的理解与应用1下列仪器是利用涡流工作的有( )A电磁灶 B微波炉C金属探测器 D真空冶炼炉答案 ACD2电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物，下列相关的说法中正确的是( )A锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗答案 A解析 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故 A 正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故
15、 B 错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故 C 错误；电磁炉产生变化的磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量而不是靠热传递，D 错误3安检门是一个用于安全检查的“门” ， “门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警以下关于这个安检门的说法正确的是( )A这个安检门也能检查出毒品携带者B这个安检门只能检查出金属物品携带者C如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者D这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应答案 BD解析 这个
16、安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A 错，B对若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C 错安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D 对4如图 1 所示是高频焊接原理示意图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，感应电流通过焊缝产生大量热，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( )图 1A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大答案
