通用版2018-2019版高中物理第1章電磁感應與現(xiàn)代生活1.6渦流現(xiàn)象與電磁灶學案滬科版選修3 .doc
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1.6渦流現(xiàn)象與電磁灶目標定位 1.能說出渦流的產生原因及渦流的防止和利用.2.了解電磁灶的工作原理.一、渦流演示渦流生熱實驗在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵心上面放一口小鐵鍋(如圖1),鍋內放少許水,給線圈通入交變電流一段時間.再用玻璃杯代替小鐵鍋,通電時間相同.圖1分析上面實驗結合教材內容回答下列問題:(1)鐵鍋和玻璃杯中的水溫有什么不同?(2)試著解釋這種現(xiàn)象.答案(1)通電后鐵鍋中的水逐漸變熱,玻璃杯中的水溫不變化(忽略熱傳導).(2)線圈接入周期性變化的電流,某段時間內,若電流變大,則其磁場變強,變化的磁場激發(fā)出感生電場,小鐵鍋(導體)可以看作是由許多閉合線圈組成的,在感生電場作用下,這些線圈中產生了感生電動勢,從而產生渦旋狀的感應電流,由于導體存在電阻,當電流在導體中流動時,就會產生電熱,則鍋中的水會熱起來.而玻璃當中雖然也會產生感生電場,但沒有自由移動的電荷,故不會產生電流,也不會產生電熱,則玻璃杯中的水溫沒有變化.要點總結1.渦流:整塊導體中的磁通量發(fā)生變化時,導體中產生的渦旋狀的感應電流叫做渦電流,簡稱渦流.2.磁場變化越快(越大),導體的橫截面積S越大,導體材料的電阻率越小,形成的渦流就越大.3.產生渦流的兩種情況(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.產生渦流時的能量轉化(1)金屬塊在變化的磁場中,磁場能轉化為電能,最終轉化為內能.(2)金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動,由于克服安培力做功,金屬塊的機械能轉化為電能,最終轉化為內能.例1(多選)如圖2所示是高頻焊接原理示意圖.線圈中通以高頻變化的電流時,待焊接的金屬工件中就會產生感應電流,感應電流通過焊縫產生很多熱量,將金屬熔化,把工件焊接在一起,而工件其他部分發(fā)熱很少,以下說法正確的是()圖2A.電流變化的頻率越高,焊縫處的溫度升高的越快B.電流變化的頻率越低,焊縫處的溫度升高的越快C.工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小D.工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大答案AD解析電流變化的頻率越高,則產生的感應電流越大,升溫越快,故A項對,B項錯;工件上各處電流相同,電阻大處產生的熱量多,故C項錯,D項對.例2(多選)如圖3所示,閉合金屬環(huán)從光滑曲面上h高處滾下,又沿曲面的另一側上升,設環(huán)的初速度為零,摩擦不計,曲面處在圖中磁場中,則()圖3A.若是勻強磁場,環(huán)上升的高度小于hB.若是勻強磁場,環(huán)上升的高度等于hC.若是非勻強磁場,環(huán)上升的高度等于hD.若是非勻強磁場,環(huán)上升的高度小于h答案BD解析若磁場為勻強磁場,穿過環(huán)的磁通量不變,不產生感應電流,即無機械能向電能轉化,機械能守恒,故A錯誤,B正確;若磁場為非勻強磁場,環(huán)內要產生電能,機械能減少,故C錯誤,D正確.二、無火之灶電磁灶如圖4所示是某電磁灶的工作原理圖,下面是某一品牌電磁灶的說明書上的部分內容:“電磁灶是采用磁場感應渦流加熱原理, 它利用電流通過線圈產生磁場,當磁場內的磁感線通過含鐵質鍋底部時, 即會產生無數(shù)的小渦流,使鍋體本身自行快速發(fā)熱,然后再加熱鍋內食物.電磁灶工作時產生的電磁波,完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質鍋所吸收,不會泄漏,對人體健康絕對無危害.”回答下列問題:(1)渦流產生在哪里?(2)產生渦流的部分和引起渦流的部分是否接觸?(3)電磁灶的表面(陶瓷)在電磁灶工作時會不會發(fā)熱?圖4答案(1)渦流產生在鐵質鍋底部.(2)產生渦流的部分和引起渦流的部分不接觸.(3)從理論上講,由于電磁灶表面是陶瓷做成,所以在電磁灶工作時不會發(fā)熱.要點總結電磁灶的原理:電磁灶的面板下布滿了金屬導線纏繞的線圈.當通上交替變化極快的交變電流時,在面板與鐵鍋底之間產生強大的交變磁場;磁感線穿過鍋體,使鍋底感應出大量的強渦流,當渦流受到材料電阻的阻礙時,就放出大量的熱,將飯菜煮熟.例3(多選)電磁灶采用感應電流(渦流)的加熱原理,是通過電子線路產生交變磁場,把鐵鍋放在灶面上時,在鐵鍋底部產生交變的電流,它具有升溫快、效率高、體積小,安全性好等優(yōu)點.下列關于電磁灶的說法中正確的是()A.電磁灶面板可采用陶瓷材料,發(fā)熱部分為鐵鍋底部B.電磁灶可以用陶瓷器皿作為鍋具對食品加熱C.可以通過改變電子線路的頻率來改變電磁灶的功率D.電磁灶面板可采用金屬材料,通過面板發(fā)熱加熱鍋內食品答案AC解析電磁灶的上表面如果用金屬材料制成,使用電磁灶時,上表面材料發(fā)生電磁感應要損失電能,所以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、D錯誤;鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關,故C正確.三、電磁阻尼和電磁驅動1.電磁阻尼圖5彈簧上端固定,下端懸掛一根磁鐵.將磁鐵托起到某一高度后放開,磁鐵能上下振動較長時間才停下來.如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈,使磁鐵上下振動時穿過它(如圖5所示),磁鐵就會很快停下來,解釋這個現(xiàn)象.答案當磁鐵穿過固定的閉合線圈時,在閉合線圈中會產生感應電流,感應電流的磁場會阻礙磁鐵靠近或離開線圈,也就使磁鐵振動時除了受空氣阻力外,還受線圈的磁場阻力,克服阻力需要做的功較多,彈簧振子的機械能損失較快,因而會很快停下來.2.電磁驅動一個閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間,如圖6所示,蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞OO軸轉動.當蹄形磁鐵順時針轉動時線圈也順時針轉動,當磁鐵逆時針轉動時線圈也逆時針轉動.根據(jù)以上現(xiàn)象,回答下列問題:圖6(1)蹄形磁鐵轉動時,穿過線圈的磁通量是否變化?(2)線圈轉動起來的動力是什么力?線圈的轉動速度與磁鐵的轉動速度相同嗎?答案(1)變化.(2)線圈內產生感應電流受到安培力的作用,安培力作為動力使線圈轉動起來.線圈的轉速小于磁鐵的轉速.要點總結電磁阻尼與電磁驅動的區(qū)別與聯(lián)系1.電磁阻尼中安培力的方向與導體運動方向相反,阻礙導體運動;電磁驅動中導體受安培力的方向與導體運動方向相同,推動導體運動.2.電磁阻尼中克服安培力做功,其他形式的能轉化為電能,最終轉化為內能;電磁驅動中由于電磁感應,磁場能轉化為電能,通過安培力做功,電能轉化為導體的機械能而對外做功.3.電磁阻尼與電磁驅動現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙相對運動,應注意電磁驅動中導體的運動速度要小于磁場的運動速度.例4如圖7所示,上端開口、內壁光滑的銅管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(不計空氣阻力)()圖7A.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中的大答案C解析小磁塊下落過程中,在銅管P中產生感應電流,小磁塊受到向上的磁場力,不做自由落體運動,而在塑料管Q中只受到重力,在Q中做自由落體運動,故選項A錯誤;根據(jù)功能關系知,在P中下落時,小磁塊機械能減少,在Q中下落時,小磁塊機械能守恒,故選項B錯誤;在P中加速度較小,在P中下落時間較長,選項C正確;由于在P中下落時要克服磁場力做功,機械能有損失,故落至底部時在P中的速度比在Q中的小,選項D錯誤.例5(多選)如圖8所示,蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO轉動.從上向下看,當磁鐵逆時針轉動時,則()圖8A.線圈將逆時針轉動,轉速與磁鐵相同B.線圈將逆時針轉動,轉速比磁鐵小C.線圈轉動時將產生大小、方向周期性變化的電流D.線圈轉動時感應電流的方向始終是abcda答案BC解析當磁鐵逆時針轉動時,相當于磁鐵不動而線圈順時針旋轉切割磁感線,線圈中產生大小、方向周期性變化的電流,故C對,D錯;由楞次定律可知,線圈將與磁鐵同向轉動,但轉速一定小于磁鐵的轉速.如兩者的轉速相同,磁感線與線圈處于相對靜止狀態(tài),線圈不切割磁感線,無感應電流產生,故A錯,B對. 1.(渦流的防止)(多選)變壓器的鐵心是利用薄硅鋼片疊壓而成的,而不是采用一整塊硅鋼,這是為了()A.增大渦流,提高變壓器的效率B.減小渦流,提高變壓器的效率C.增大鐵心中的電阻,以產生更多的熱量D.增大鐵心中的電阻,以減小發(fā)熱量答案BD解析不使用整塊硅鋼而是采用很薄的硅鋼片疊壓,這樣做的目的是增大鐵心中的電阻,減少電能轉化成鐵心的內能,提高效率,而且是為了防止渦流而采取的措施.2.(對電磁灶工作原理的理解)熔化金屬的一種方法是用“高頻爐”,它的主要部件是一個銅制線圈,線圈中有一坩鍋,鍋內放待熔的金屬塊,當線圈中通以高頻交流電時,鍋中金屬就可以熔化,這是因為()A.線圈中的高頻交流電通過線圈電阻,產生焦耳熱B.線圈中的高頻交流電產生高頻微波輻射,深入到金屬內部,產生焦耳熱C.線圈中的高頻交流電在坩鍋中產生感應電流,通過坩鍋電阻產生焦耳熱D.線圈中的高頻交流電在金屬塊中產生感應電流,通過金屬塊電阻產生焦耳熱答案D解析線圈中的高頻交流電通過線圈,從而產生變化的磁場,使得處于變化磁場中的金屬塊產生渦流,進而發(fā)熱,故A、B、C錯誤,D正確;故選D.3.(對電磁阻尼的理解與應用)如圖9所示,條形磁鐵用細線懸掛在O點.O點正下方固定一個水平放置的鋁線圈.讓磁鐵在豎直面內擺動,下列說法中正確的是()圖9A.磁鐵左右擺動一次,線圈內感應電流的方向改變2次B.磁鐵始終受到感應電流磁場的斥力作用C.磁鐵所受到的感應電流對它的作用力始終是阻力D.磁鐵所受到感應電流對它的作用力有時是阻力有時是動力答案C解析磁鐵向下擺動時,根據(jù)楞次定律,線圈中產生逆時針方向感應電流(從上往下看),并且磁鐵受到感應電流對它的作用力為阻力,阻礙它靠近;磁鐵向上擺動時,根據(jù)楞次定律,線圈中產生順時針方向感應電流(從上往下看),磁鐵受感應電流對它的作用力仍為阻力,阻礙它遠離,所以磁鐵在左右擺動一次過程中,電流方向改變3次,感應電流對它的作用力始終是阻力,只有C項正確.4.(對電磁驅動的理解)(多選)1824年,法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”.實驗中將一銅圓盤水平放置,在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針,如圖10所示.實驗中發(fā)現(xiàn),當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時,磁針也隨著一起轉動起來,但略有滯后.下列說法正確的是()圖10A.圓盤上產生了感應電動勢B.圓盤內的渦電流產生的磁場導致磁針轉動C.在圓盤轉動的過程中,磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流,此電流產生的磁場導致磁針轉動答案AB- 配套講稿:
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