选修3-2 第三节 电磁感应定律的应用.doc

选修3-2 第三节 电磁感应定律的应用在爱国主义教育影片地雷战中，有鬼子拿着探雷器探地雷的镜头，探雷器是利用电磁感应来工作的，它的主要组成元件是一个长柄线圈，线圈中通有变化的电流。线圈贴着地面移动，如果地下埋着金属物品，金属中就会感应出电流，电流的磁场反过来会影响线圈中的电流，使探雷器发出警报声，这种探雷器只能探测金属地雷或有金属部件的地雷，你知道为什么不能用它来探测石头地雷吗？教材解析 自主学习 轻松掌握知识全解吃透教材知识点1 涡流一、 定义 当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流。 二、涡流的产生、应用及防止1涡流产生的条件：涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化并且金属块本身可自行构成闭合回路同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡2可以产生涡流的两种情况(1)把块状金属放在变化的磁场中(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动3涡流的大小(1)涡流的大小与电流变化频率有关，电流变化越快，产生的感应电动势E越大(2)与被感应的金属导体的电阻有关，电阻越小，金属导体产生的涡流越强4涡流的应用电磁炉加热原理如图所示，炉台台面是一块高强度、耐冲击的陶瓷平板(结晶玻璃)，台面下边装有高频感应加热线圈(即励磁线圈)、高频电流转换装置及相应的控制系统，台面的上面放有平底烹饪锅.工作过程如下：交流电经过整流器转换为直流电，又经高频电流转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电，将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场其磁感线穿透灶台的陶瓷平板而作用于金属锅在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的焦耳热就是烹调的热源5涡流的危害与防止在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的，首先它会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废；其次涡流发热要消耗额外的能量，使电机、变压器的效率降低为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大，从而减少损耗；另一方面，每层硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步减少了涡流的发热提示：伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场转化为电能最终转化为内能；如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能【例1】 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，这是因为。 （）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.增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量D.增大铁芯中的电阻，以减少发热量分析：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芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是防止涡流而采取的措施.本题正确选项是BD. 答案：BD知识点2、磁卡和动圈式话筒1磁卡记录信息时，磁卡的磁性面(或记录磁头)以一定的速度移动，磁性面与记录磁头的空隙接触，一旦磁头中的线圈通以数据信号电流，就在环形铁芯空隙处产生随电流变化的磁场，磁卡通过时便会被不同程度地磁化，离开空隙时，磁卡上的磁性层就留下相应于电流变化的磁信号读取磁卡信息时，磁卡磁性面以一定的速度通过磁头空隙，磁卡上变化的磁通量绝大部分通过磁头铁芯，在磁头线圈中感应出电动势2动圈式话筒话筒是把声音信号转变成电信号的装置，动圈式话筒由膜片、线圈、永磁体三个主要部分构成当对着话筒讲话时，声波使膜片振动，连在膜片上的线圈随之在永磁体的磁场中振动，从而产生感应电流这个感应电流随着声音的变化而变化3、电磁感应在日常生活中的两种实际应用（一）磁记录的应用(1)磁卡的工作原理：记录信息时，磁卡的磁性面(或记录磁头)以一定的速度移动，磁性面与记录磁头的空隙接触磁头的线圈一旦通以数据信号电流，就在环形铁芯的空隙处产生随电流变化的磁场，磁卡通过时便被不同程度地磁化；离开空隙时，磁卡的磁性层就留下相应于电流变化的磁信号，数据就这样被记录在磁卡上了，这利用的是电流的磁效应读取磁卡的信息是一个相反的过程，是利用的电磁感应原理(2)磁带录音机(3)电脑磁盘驱动器计算机上应用的3.5英寸磁盘，它的驱动器(软驱)就是利用电磁感应的原理工作的（二）动圈式话筒的工作原理在剧场里，为了使观众能听清演员的声音，常常需要把声音放大，放大声音的装置主要包括话筒、扩音器和扬声器三部分，如图132所示话筒是把声音转变为电信号的装置图133是动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流(电信号)，感应电流的大小和方向不断发生变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音例：电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电器设备，下列用电器中，哪个没有利用电磁感应原理（）A.动圈式话筒 B.白炽灯泡C.磁带录音机 D.日光灯镇流器分析：动圈式话筒里的音圈在永磁铁的磁场里振动产生感应电流；磁带录音机录音时声音引起振动产生感应电流，放音时磁带上变化的磁场使放音磁铁线圈中产生感应电流；日光灯是自感产生自感电动势；选项B中白炽灯没有利用电磁感应原理.答案：B揭示规律小试身手方法点拨：（1）穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件 （2）涡流是在导体内产生的变式训练1.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图.炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理是（ ）A.利用线圈中电流产生的焦耳热B.利用红外线C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D.利用交变电流的交变磁场中所激发的电磁波答案：C解析：交变电流产生的交变磁场在炉内金属截面上引起磁通量变化，使金属内部出现感应电流，因金属的电阻很小，所以感应电流很强.它在金属内自成回路时，形成漩涡状的电流，即涡流.涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高，金属熔化2、如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()A恒定直流、小铁锅 B恒定直流、玻璃杯C变化的电流、小铁锅 D变化的电流、玻璃杯答案：C解析：通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温方法点拨：电磁感应是因磁通量发生变化而产生感应电动势的现象，而电流的磁效应应是因电流的产生磁场的现象。1、动圈式话筒和磁带录音机都应有了电磁感应现象。图甲是动圈式话筒的原理图，图乙分别是录放机的录、放原理图， 话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感应电流 录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流 录音机放音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场其中正确的是（ ）A. B. C. D.答案：C解析：话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流，正确.录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，正确.磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，正确. 整合提升 突破难点 深化理解要点归纳整合提升要点1 涡流的理解及应用【例1】1如图135所示，是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流电时，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量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是()A交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快B交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小D工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大解析：选AD.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，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化得越快，感应电动势就越大A选项正确工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D选项正确点评：本题结合生产实际考查了涡流的产生机理和应用；要知道涡流产生的原因及其在生产实际中的利和弊。即学即练触类旁通变式训练1.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物的方程是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(图中虚线所示)，一个小金属环从抛物线上y=b(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量 ( )A.mgbB.C.mg（b-a）D.1.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。金属块机械能不再损失，在磁场中往复运动。由于金属块减少的动能和重力势能全部转化为内能，所以 回顾小结 一、要点概览电磁感应定律的应用涡流磁卡、动圈式话筒二、易错点警示1、感应加热中的能量转化【例1】在电磁炉使用过程中，以下说法正确的是 （）A、 线圈产生的热量给食物加热B、 电磁炉不消耗电能C、 电磁炉通过线圈把电场能转变为磁场能，在形成涡流的过程中，又把磁场能转变为电能，进而转化为内能。D、 在电磁炉和感应炉中都遵守能量守恒定律错解：AB错因分析：在电磁炉中，线圈的直流电阻很小，可以忽略，所以线圈几乎不产生热，因此电磁炉不消耗电能。正解:CD思路分析：能的转化和守恒定律是普遍适用的物理规律，电磁炉、感应炉是通过变化的磁场实现了电能的转化，仍然遵守能量守恒定律。2、涡流的能量问题如图所示，一闭合金属圆环用绝缘细线悬挂于O点，将圆环拉离平衡位置并释放，使圆环在竖直平面内摆动，环面始终在同一竖直平面内，摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界，不计空气阻力，则() A圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度B在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流C圆环进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大D圆环最终将静止在平衡位置错解：D错因分析：虽不难判定在圆环摆动过程中有感应电流产生，但思考过程中容易忽略产生电流只是其中部分阶段，易感觉机械能一直向电能转化，而最终静止在最低点。正解:B思路分析：在圆环进入和穿出磁场的过程中环中磁通量发生变化，有感应电流产生，即圆环的机械能向电能转化，其机械能越来越小，上升的高度越来越低，A项错误，B项正确；但在环完全进入磁场后，不再产生感应电流，C项错误；最终圆环将不能摆出磁场，从此再无机械能向电能转化，其摆动的幅度不再变化，D项错误。优化创新训练一、基础过关1下列应用哪些与涡流有关()A高频感应冶炼炉B汽车的电磁式速度表C家用电度表D闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流2(2010通州高二检测)下列说法正确的是()A录音机在磁带上录制声音时，利用了电磁感应原理B自感现象和互感现象说明磁场具有能量C金属中的涡流会产生热量，生活中的电磁炉是利用这一原理而工作的D交流感应电动机是利用电磁驱动原理工作的3磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，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4、下列磁场垂直加在金属圆盘上能产生涡流的是()5如下图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO轴转动，当磁铁按下图示方向绕OO轴转动，线圈的运动情况是()A俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同B俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同C线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速D线圈静止不动6、有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动，如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触(如图)，铜盘就能在较短的时间内停止，分析这个现象产生的原因二、能力挑战7(2010哈尔滨师大附中高二检测)如图所示，在光滑水平面上有一金属圆环，在它正上方有一条形磁铁，当条形磁铁运动时，将出现的情况是(不计空气阻力)()A条形磁铁水平向右运动时，金属环将随着向右运动B条形磁铁水平向右运动时，金属环将向左运动C条形磁铁释放下落过程中，磁铁的加速度大于gD条形磁铁释放下落过程中，磁铁的加速度小于g8、如图所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场，螺线管下方水平桌面上有一导体圆环，导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按图乙所示中哪一图线所表示的方式随时间变化时，导体圆环将受到向上的磁场作用力而可能上升()9、如图所示，在光滑的水平面上有一半径r10cm、电阻R1、质量m1kg的金属环，以速度v10m/s向一有界磁场滑动匀强磁场方向垂直于纸面向里，B0.5T，从环刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时，圆环释放了32J的热量，求：(1)此时圆环中电流的瞬时功率；(2)此时圆环的加速度10、如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A.在弧形轨道上高为h的地方，无初速释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB.(1)螺线管A将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能三、拓展思维11、我们用作煮食的炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相同。有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如天然气炉；还有以直接的电热方式加热的，例如电饭锅；下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉。如图所示是描述电磁炉的原理示意图。炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热物体的作用从而煮食。电磁炉的特点是：电磁炉的效率比一般的炉子都高，热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁火力强劲，安全可靠。因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能吸住磁铁的就能用。适合放在电磁炉上烹饪器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅（壶）、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅（壶）、铜锅（壶）等。(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及到的物理原理有(回答三个即可):(a)_;(b)_;(c)_;(2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是什么？电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是什么？ (3)在锅和电磁炉中间置放一纸板,则电磁炉还能起到加热作用吗?为什么?。四、高考在线12、（2008 上海）已知某一区域的地下埋有一根与地表面平行的直线电缆，电缆中通有变化的电流，在其周围有变化的磁场，因此可以通过在地面上测量闭合试探小线圈中的感应电动势来探测电缆的确切位置、走向和深度。当线圈平面平行地面测量时，在地面上a、c两处测得试探线圈中的电动势为零，b、d两处线圈中的电动势不为零；当线圈平面与地面成45夹角时，在b、d两处测得试探线圈中的电动势为零。经过测量发现，a、b、c、d恰好位于边长为1米的正方形的四个顶角上，如图所示。据此可以判定地下电缆在 两点连线的正下方，离地表面的深度为 米。优 化 创 新 训 练 参 考 答 案 及 点 拨一、基础训练1答案：ABC解析：真空冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，炉内的金属中产生涡流；汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电表(转盘式)的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，D错误2、答案：BCD解析：录音机在磁带上录制声音时，是利用了电流的磁效应，使磁带上的磁粉被磁化，A项错误自感现象说明磁场能够储存能量，互感现象说明磁场能够携带能量，B项正确电磁炉利用涡流工作，交流感应电动机利用电磁驱动原理工作，C、D项正确3、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，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正确选项是BC.4、答案：BCD解析：只有变化的磁场才会使圆盘产生涡流动5、答案：C解析：当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的安培力的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁铁的转速6、答案：铜盘转动时如果加上磁场，则在铜盘中产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的转动，故在较短的时间内铜盘停止转动二、提升训练7、答案：AD解析：条形磁铁水平向右运动时，根据楞次定律，安培力的效果使得金属环随着向右运动，这是电磁驱动现象条形磁铁下落时，根据楞次定律，感应电流产生的效果阻碍其下落，使其加速