高中物理第1章电磁感应与现代社会学案9涡流现象与电磁灶同步备课课件沪科版选修3_2

,第1章 电磁感应与现代生活,9 涡流现象与电磁灶,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.,内容索引,知识探究,达标检测,知识探究,1,一、探究涡电流现象,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？,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).,答案,图1,(2)试着解释这种现象.,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.,答案,1.涡流是整块导体发生的 现象，同样遵循_ 定律. 2.磁场变化越 ( 越大)，导体的横截面积S越 ，导体材料的电阻率越 ，形成的涡流就越大. 3.由于整块金属的电阻很 ，所以涡电流常常 . 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 ，减少铁心发热损失.,电磁感应,法拉第电磁感应,很大,小,减小涡电流,小,快,大,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,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、无火之灶电磁灶 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， 它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,图2,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？,答案,图2,(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.,电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的 .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 ；磁感线穿过锅体，使锅底感应出大量的强 ，当涡流受到材料电阻的阻碍时，就放出 ，将饭菜煮熟.,线圈,涡流,大量的热,磁场,例2 (多选)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,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、电磁阻尼和电磁驱动 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. 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？,图4,答案,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,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.,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 ， 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 ， 导体运动. 2.电磁阻尼中 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 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 相对运动，应注意电磁驱动中导体的运动速度要 磁场的运动速度.,相反,阻碍,推动,导体的机械能,相同,克服,小于,阻碍,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.现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们分别从导轨上的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 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,答案,解析,图5,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.,例4 (多选)如图6所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO转动.从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则 A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C.线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流 D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda,答案,解析,图6,当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生大小、方向周期性变化的电流，故C对，D错； 由楞次定律可知，线圈将与磁铁同向转动，但转速一定小于磁铁的转速.如两者的转速相同，磁感线与线圈处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生.,达标检测,2,1.(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,1,2,3,4,答案,解析,1,2,3,4,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,解析,1,2,3,4,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，条形磁铁用细线悬挂在O点.O点正下方固定一个水平放置的铝线圈.让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的是 A.磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变2次 B.磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用 C.磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力 D.磁铁所受到感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力,答案,解析,图7,1,2,3,4,磁铁向下摆动时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向感应电流(从上往下看)，并且磁铁受到感应电流对它的作用力为阻力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向感应电流(从上往下看)，磁铁受感应电流对它的作用力仍为阻力，阻碍它远离，所以磁铁在左右摆动一次过程中，电流方向改变3次，感应电流对它的作用力始终是阻力，只有C项正确.,1,2,3,4,4.(对涡流的防