沪科版高中物理选修32第1章第9节《涡流现象与电磁灶》word学案.docx
- 文档编号:28400576
- 上传时间:2023-07-13
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:101.79KB
沪科版高中物理选修32第1章第9节《涡流现象与电磁灶》word学案.docx
《沪科版高中物理选修32第1章第9节《涡流现象与电磁灶》word学案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《沪科版高中物理选修32第1章第9节《涡流现象与电磁灶》word学案.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
沪科版高中物理选修32第1章第9节《涡流现象与电磁灶》word学案
学案9 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:
Q=I2Rt=UIt=
t.
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 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5
A.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,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6
A.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 BC
1.(涡流的理解)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.则它们的大小关系正确的是( )
图7
A.t1>t2,v1>v2
B.t1=t2,v1=v2
C.t1<t2,v1<v2
D.t1<t2,v1>v2
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,a=g;当S闭合时,线圈中有感应电流,对磁铁有阻碍作用,故a<g.所以t1<t2,v1>v2.
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 ACD
2.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1
A.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 AD
解析 交流电频率越高,则产生的感应电流越强,升温越快,故A项对.工件上各处电流相同,电阻大处产生的热量多,故D项对.
5.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图2所示,抛物线的方程是y=x2,下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中的虚线所示),一个小金属块从抛物线上y=b(b>a)处以初速度v沿抛物线下滑.假设抛物线足够长,金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是( )
图2
A.mgbB.
mv2
C.mg(b-a)D.mg(b-a)+
mv2
答案 D
解析 金属块进出磁场时,会产生焦耳热,损失机械能而使金属块所能达到的最高位置越来越低,当金属块所能达到的最高位置为y=a时,金属块不再进出磁场,不再产生焦耳热.金属块的机械能不再损失,而在磁场中做往复运动.
由于金属块减少的动能和重力势能全部转化为内能,所以
Q=|ΔEp+ΔEk|=mg(b-a)+
mv2.
6.磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架,把线圈围绕在铝框上,这样做的目的是( )
A.防止涡流而设计的
B.利用涡流而设计的
C.起电磁阻尼的作用
D.起电磁驱动的作用
答案 BC
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,也就是涡流.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电磁阻尼的作用.
题组二 对电磁驱动与电磁阻尼的理解与应用
7.如图3所示,A、B为大小、形状均相同且内壁光滑、但用不同材料制成的圆管,竖直固定在相同高度.两个相同的磁性小球,同时从A、B管上端的管口无初速度释放,穿过A管比穿过B管的小球先落到地面.下面对于两管的描述中可能正确的是( )
图3
A.A管是用塑料制成的,B管是用铜制成的
B.A管是用铝制成的,B管是用胶木制成的
C.A管是用胶木制成的,B管是用塑料制成的
D.A管是用胶木制成的,B管是用铝制成的
答案 AD
8.如图4所示,金属球(铜球)下端有通电的线圈,今把金属球向上拉离平衡位置后释放,此后金属球的运动情况是(不计空气阻力)( )
图4
A.做等幅振动
B.做阻尼振动
C.振幅不断增大
D.无法判定
答案 B
解析 金属球在通电线圈产生的磁场中运动,金属球中产生涡流,故金属球要受到安培力作用,阻碍它的相对运动,做阻尼振动.
9.如图5所示是电表中的指针和电磁阻尼器,下列说法中正确的是( )
图5
A.2是磁铁,1中产生涡流
B.1是磁铁,2中产生涡流
C.该装置的作用是使指针能够转动
D.该装置的作用是使指针能很快地稳定下来
答案 AD
解析 当指针摆动时,1随之转动,2是磁铁,那么在1中产生涡流,2对1的安培力将阻碍1的转动.总之,不管1向哪个方向转动,2对1的效果总是起到阻尼作用,所以它能使指针很快地稳定下来.
10.如图6所示,磁极远离和靠近圆环时产生的现象正确的是( )
图6
A.图中磁铁N极接近A环时,A环被吸引,而后被推开
B.图中磁铁N极远离A环时,A环被排斥,而后随磁铁运动
C.用磁铁N极接近B环时,B环被排斥,远离磁铁运动
D.用磁铁的任意一磁极接近A环时,A环均被排斥
答案 D
解析 根据楞次定律,感应电流在回路中产生的磁通量总是反抗(或阻碍)原磁通量的变化,所以用磁铁的任意一磁极接近A环时,A环均被排斥;由于B环不是闭合回路,因此没有感应电流.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 涡流现象与电磁灶 沪科版 高中物理 选修 32 涡流 现象 电磁灶 word
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)