新高中物理 第一章 9 涡流现象及其应用课件 粤教版选修32.ppt

第一章 电磁感应 目标定位 1 知道什么是涡流现象 并能够说明其产生的原因 2 了解电磁灶和涡流加热 3 了解涡流现象的应用 涡流制动和涡流探测 学案9涡流现象及其应用 知识探究 自我检测 知识探究 问题设计 在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅 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 忽略热传导 图1 一 涡流现象 请回答下列问题 1 铁锅和玻璃杯中水的温度有什么不同 答案通电后铁锅中的水逐渐变热 玻璃杯中水的温度不变化 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应电场 小铁锅 导体 可以看作是由许多闭合线圈组成的 在感应电场作用下 这些线圈中产生了感应电动势 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 而玻璃杯中虽然也会产生感应电场 但没有自由移动的电荷 故不会产生电流 也不会产生电热 则玻璃杯中水的温度没有变化 要点提炼 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 电磁感应 法拉第 电磁感应 快 大 小 二 电磁灶与涡流加热 1 电磁灶工作时 电磁灶的线圈产生 磁场 铁质锅在磁场中由于电磁感应而产生 涡流在锅体内发热 电磁灶的效率达83 要点提炼 交变 涡流 2 感应炉的工作原理是高频电流在导体中产生很大的涡流 使感应炉的温度升高 达到金属的熔点 使金属熔化 涡流加热的优点 1 加热 热源和受热物件可以不直接接触 2 加热效率高 速度快 可以减小表面氧化现象 3 容易控制温度 提高加工精度 4 可实现 5 可实现自动化控制 6 减少占地 热辐射 噪声和灰尘 非接触式 局部加热 三 涡流制动与涡流探测 问题设计 1 如图2所示 轨道水平放置 导体棒mn放在轨道上面以速度v向右运动 试判断导体棒中的电流方向和电流的受力方向 答案电流方向为由n指向m 电流受力向左 图2 2 电流所受的安培力是导体棒运动的动力还是阻力 答案电流所受的安培力是导体棒运动的阻力 1 涡流制动 当导体在磁场中运动时 感应电流会使导体受到 安培力的方向总是导体与磁场的相对运动 这种现象称为涡流制动 这种制动方式常应用于电表的阻尼制动 高速机车制动的涡流闸等 2 涡流探测 涡流金属探测器具有一个通过一定频率交变电流的探测线圈 该线圈产生的交变磁场在金属物中激起 涡流的变化会反过来影响探测线圈 改变探测线圈电流的和 从而探知金属物 要点提炼 安培力 阻碍 涡流 大小 相位 3 在生产和生活中 有时也要避免涡流效应 要减小电机 变压器的铁芯在工作时产生的涡流 可采用的方法是把整块铁芯改成的铁芯 增大回路 用薄片叠压 电阻 典例精析 一 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 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 答案a 二 对涡流加热的理解与应用例2电磁炉采用感应电流 涡流 的加热原理 是通过电子线路产生交变磁场 把铁锅放在炉面上时 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 下列关于电磁炉的说法中正确的是 a 电磁炉面板可采用陶瓷材料 发热部分为铁锅底部b 电磁炉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炉的功率d 电磁炉面板可采用金属材料 通过面板发热加热锅内食品 解析电磁炉的上表面如果用金属材料制成 使用电磁炉时 上表面材料发生电磁感应要损失电能 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错误 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 故c正确 电磁炉产生变化的电磁场 导致铁质锅底出现涡流 从而产生热量 故d错误 故选a c 答案ac 三 对涡流制动的理解例3如图3所示 一狭长的铜片能绕o点在纸平面内摆动 有界磁场的方向垂直纸面向里 铜片在摆动时受到较强的阻尼作用 很快就停止摆动 如果在铜片上开几个长缝 铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动 这是为什么 图5 解析没有开长缝的铜片在磁场中摆动时 铜片内将产生较大的涡流 涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动 因此铜片很快就停止摆动 如果在铜片上开几个长缝 就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上 较大地削弱了涡流 阻力随之减小 所以铜片可以摆动多次后才停止摆动 答案见解析 四 对涡流探测的理解例4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 答案bd 课堂要点小结 自我检测 1 涡流加热的应用 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 线圈中有一坩锅 锅内放入待熔的金属块 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 1 2 3 c 线圈中的高频交流电在坩锅中产生感应电流 通过坩锅电阻产生焦耳热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都错 d正确 1 2 3 答案d 2 涡流制动 如图4所示是电表中的指针和电磁阻尼器 下列说法中正确的是 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 1 2 3 图4 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 安培力将阻碍1的转动 总之 不管1向哪个方向转动 安培力总是起到阻尼作用 所以它能使指针很快地稳定下来 答案ad 1 2 3 3 涡流的防止 变压器的铁芯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