高中物理 第1章 第7节 涡流（选学）课件 教科版选修32.ppt

第一章 电磁感应 目标定位 1 了解涡流是怎样产生的 了解涡流现象在日常生活和生产中的应用和危害 2 了解高频感应炉与电磁灶的工作原理 3 了解什么是电磁阻尼 了解电磁阻尼在日常生活和生产中的应用 学案9涡流 选学 知识探究 自我检测 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 请回答下列问题 一 涡流 知识探究 问题设计 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 1 铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同 答案线圈接入交变电流 某段时间内 若电流变大 则其磁场变强 根据麦克斯韦理论 变化的磁场激发出感生电场 小铁锅 导体 可以看做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 就会产生电热使锅中的水热起来 而玻璃杯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 2 试着解释这种现象 1 定义 由于电磁感应 在中会形成感应电流 电流在金属块内组成 很像水的旋涡 因此叫做涡电流 简称涡流 2 决定因素 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 要点提炼 大块金属 闭合回路 快 大 小 3 利用 高频感应炉 等利用了涡流的热效应 扫雷器等利用了涡流的磁效应 4 防止 为了减少涡流对电动机 变压器的损害 常用较大的硅钢做铁芯材料 而且用铁芯来代替整块硅钢材料 电磁灶 安检门 电阻率 互相绝缘的薄硅钢片叠成 二 高频感应炉与电磁灶请阅读教材 高频感应炉与电磁灶 的内容 回答下列问题 1 高频感应炉冶炼金属的原理是什么 有什么优点 问题设计 答案高频感应炉冶炼金属是利用涡流熔化金属 冶炼锅内装入被冶炼的金属 让高频交流电通过线圈 被冶炼的金属内部就产生很强的涡流 从而产生大量的热使金属熔化 优点 速度快 温度容易控制 能避免有害杂质混入被冶炼的金属中 2 电磁灶中的涡流是怎样产生的 产生涡流的部分和引起涡流的部分是否接触 电磁灶的表面在电磁灶工作时的热量是怎么产生的 答案涡流产生在铁磁材料制成的锅底部 引起涡流的部分是灶内的励磁线圈 它与锅底不接触 电磁灶工作时表面摸上去温度也挺高 是因为其表面与铁锅发生了热传递 三 电磁阻尼1 拨动灵敏电流计指针 拨动停止后观察现象 在两个接线柱上接上一根导线 短路线 再次拨动指针 拨动停止后再次观察现象 比较两次观察的现象有何不同 问题设计 答案第一次停止拨动后 可观察到指针要摆动多次 经过一定时间才能停止下来 第二次可发现指针摆幅迅速减小 比不连导线时摆动的时间短得多 2 两次观察到不同的现象 是什么原因造成的 答案这是由于与指针相连的线圈在磁场中摆动时产生了涡流 线圈受到的安培力总是阻碍线圈的转动 使指针摆幅迅速衰减 这样能起到阻尼保护的作用 1 电磁阻尼 当运动时 导体中产生的感应电流会使导体受到 安培力总是导体的运动 这种现象称为电磁阻尼 2 应用 磁电式仪表中利用使指针迅速停下来 便于读数 要点提炼 导体在磁场中 安培力 阻碍 电磁阻尼 典例精析 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 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 涡流热效应的应用 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成 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 电磁炉产生变化的磁场 导致锅底出现涡流 从而产生热量 故d错误 答案ac 三 对电磁阻尼的理解 例3如图2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2 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 如果在铜片上开有多条长缝 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 针对训练如图3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 图3 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 磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力 有时是动力 解析磁铁向下摆动时 根据楞次定律 线圈中产生逆时针方向的感应电流 从上面看 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的感应电流 从上面看 磁场所受到的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 感应电流方向改变3次 感应电流对它的作用力始终是阻力 只有c项正确 答案c 课堂要点小结 1 2 3 4 自我检测 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 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 答案d 1 2 3 4 1 2 3 4 2 对涡流热效应的应用 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 线圈中有一坩埚 埚内放待熔的金属块 当线圈中通以高频交流电时 埚中金属就可以熔化 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 4 c 线圈中的高频交流电在坩埚中产生感应电流 通过坩埚电阻产生焦耳热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高频交流电通过线圈 从而产生变化的磁场 使得处于磁场的金属块产生涡流 进而发热 故a b c错误 d正确 答案d 1 2 3 4 3 电磁阻尼的理解与应用 如图4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 条形磁铁落地用时t1 落地时速度为v1 开关s闭合时 条形磁铁落地用时t2 落地时速度为v2 则它们的大小关系正确的是 图4 a t1 t2 v1 v2b t1 t2 v1 v2c t1 t2 v1 v2d t1 t2 v1 v2 1 2 3 4 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 故d正确 1 2 3 4 4 对涡流的防止 变压器的铁芯是利用