1、,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
2、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
3、,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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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.t1t2,v1v2 B.t1t2,v1v2 C.t
12、1t2,v1v2 D.t1t2,v1v2,1,2,3,4,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,ag;当S闭合时,线圈中有感应电流,对磁铁有阻碍作用,故ag,所以t1t2,v1v2,故D正确.,1,2,3,4,4.(对涡流的防止)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( ) 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,以减小发热量,1,2,3,4,解析 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,减少电能转化成铁芯的内能,提高效率,而且是为了防止涡流而采取的措施. 答案 BD,