滬科版選修32 3.2渦流現(xiàn)象與電磁灶 學(xué)案.docx

學(xué)案9渦流現(xiàn)象與電磁灶目標(biāo)定位 1.能說出渦流的產(chǎn)生原因及渦流的防止和利用.2.了解電磁灶的工作原理一、探究渦電流現(xiàn)象演示渦流生熱實驗在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵心上面放一口小鐵鍋(如圖1)，鍋內(nèi)放少許水，給線圈通入交變電流一段時間再用玻璃杯代替小鐵鍋，通電時間相同分析上面實驗結(jié)合教材內(nèi)容回答下列問題：圖1(1)鐵鍋和玻璃杯中的水溫有什么不同？(2)試著解釋這種現(xiàn)象答案(1)通電后鐵鍋中的水逐漸變熱，玻璃杯中的水溫不變化(忽略熱傳導(dǎo))(2)線圈接入周期性變化的電流，某段時間內(nèi)，若電流變大，則其磁場變強，變化的磁場激發(fā)出感生電場，小鐵鍋(導(dǎo)體)可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流，由于導(dǎo)體存在電阻，當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動時，就會產(chǎn)生電熱，則鍋中的水會熱起來而玻璃當(dāng)中雖然也會產(chǎn)生感生電場，但沒有自由移動的電荷，故不會產(chǎn)生電流，也不會產(chǎn)生電熱，則玻璃杯中的水溫沒有變化要點總結(jié)1渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律2磁場變化越快(越大)，導(dǎo)體的橫截面積s越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大3由于整塊金屬的電阻很小，所以渦電流常常很大變壓器和鎮(zhèn)流器的鐵心通常用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓制成，而不是用一整塊鐵制成，其原因是為了減小渦電流，減少鐵心發(fā)熱損失例1下列關(guān)于渦流的說法中正確的是()a渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的b渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流c渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)d在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流答案a解析渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，只不過是由金屬塊自身構(gòu)成回路，它既有熱效應(yīng)，也有磁效應(yīng)，所以a正確，b、c錯誤；硅鋼中產(chǎn)生的渦流較小，d錯誤二、無火之灶電磁灶如圖2所示是某電磁爐的工作原理圖，下面是某一品牌電磁爐的說明書上的部分內(nèi)容：“這一部分和電磁爐是采用磁場感應(yīng)渦流加熱原理， 它利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的磁感線通過含鐵質(zhì)鍋底部時， 即會產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使鍋體本身自行快速發(fā)熱，然后再加熱鍋內(nèi)食物電磁爐工作時產(chǎn)生的電磁波，完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋所吸收，不會泄漏，對人體健康絕對無危害”問題：(1)渦流產(chǎn)生在哪里？(2)產(chǎn)生渦流的部分和引起渦流的部分是否接觸？(3)電磁爐的表面(陶瓷)在電磁爐工作時會不會發(fā)熱？為什么？圖2答案(1)渦流產(chǎn)生在鐵質(zhì)鍋底部(2)產(chǎn)生渦流的部分和引起渦流的部分不接觸(3)從理論上講，由于電磁爐表面是陶瓷做成，所以在電磁爐工作時不會發(fā)熱要點總結(jié)電磁灶的臺面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈當(dāng)通上交替變化極快的交變電流時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強大的交變磁場；磁感線穿過鍋體，使鍋底感應(yīng)出大量的強渦流，當(dāng)渦流受到材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱，將飯菜煮熟例2(多選)電磁灶采用感應(yīng)電流(渦流)的加熱原理，是通過電子線路產(chǎn)生交變磁場，把鐵鍋放在灶面上時，在鐵鍋底部產(chǎn)生交變的電流，它具有升溫快、效率高、體積小，安全性好等優(yōu)點下列關(guān)于電磁灶的說法中正確的是()a電磁灶面板可采用陶瓷材料，發(fā)熱部分為鐵鍋底部b電磁灶可以用陶瓷器皿作為鍋具對食品加熱c可以通過改變電子線路的頻率來改變電磁灶的功率d電磁灶面板可采用金屬材料，通過面板發(fā)熱加熱鍋內(nèi)食品答案ac解析電磁灶的上表面如果用金屬材料制成，使用電磁灶時，上表面材料發(fā)生電磁感應(yīng)要損失電能，所以電磁爐上表面要用絕緣材料制作，發(fā)熱部分為鐵鍋底部，故a正確，b、d錯誤；鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關(guān)，故c正確三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動1電磁阻尼彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它(如圖3所示)，磁鐵就會很快停下來，解釋這個現(xiàn)象圖3答案當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時，在閉合線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場會阻礙磁鐵靠近或離開線圈，也就使磁鐵振動時除了受空氣阻力外，還受線圈的磁場阻力，克服阻力需要做的功較多，彈簧振子的機械能損失較快，因而會很快停下來2電磁驅(qū)動一個閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如圖4所示，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞oo軸轉(zhuǎn)動當(dāng)蹄形磁鐵順時針轉(zhuǎn)動時線圈也順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時線圈也逆時針轉(zhuǎn)動根據(jù)以上現(xiàn)象，回答下列問題：圖4(1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量是否變化？(2)線圈轉(zhuǎn)動起來的動力是什么力？線圈的轉(zhuǎn)動速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動速度相同嗎？答案(1)變化(2)線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉(zhuǎn)動起來線圈的轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速要點總結(jié)電磁阻尼與電磁驅(qū)動的區(qū)別與聯(lián)系：1電磁阻尼中安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動；電磁驅(qū)動中導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動2電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電磁驅(qū)動中由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能而對外做功3電磁阻尼與電磁驅(qū)動現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙相對運動，應(yīng)注意電磁驅(qū)動中導(dǎo)體的運動速度要小于磁場的運動速度例3在水平放置的光滑絕緣導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個條形磁鐵，如圖5所示現(xiàn)有銅、鋁和有機玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們分別從導(dǎo)軌上的a點以某一初速度向磁鐵滑去各滑塊在向磁鐵運動的過程中()圖5a都做勻速運動 b甲、乙做加速運動c甲、乙做減速運動 d乙、丙做勻速運動答案c解析甲、乙向磁鐵靠近時要產(chǎn)生渦流，受電磁阻尼作用，做減速運動，丙則不會產(chǎn)生渦流，只能勻速運動例4(多選)如圖6所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸oo轉(zhuǎn)動從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，則()圖6a線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同b線圈將逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速比磁鐵小c線圈轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生大小、方向周期性變化的電流d線圈轉(zhuǎn)動時感應(yīng)電流的方向始終是abcda答案bc解析當(dāng)磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于磁鐵不動而線圈順時針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生大小、方向周期性變化的電流，故c對，d錯；由楞次定律可知，線圈將與磁鐵同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)速一定小于磁鐵的轉(zhuǎn)速如兩者的轉(zhuǎn)速相同，磁感線與線圈處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，線圈不切割磁感線，無感應(yīng)電流產(chǎn)生.1(渦流的理解)下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是 ()a把金屬塊放在勻強磁場中b讓金屬塊在勻強磁場中做勻速運動c讓金屬塊在勻強磁場中做變速運動d把金屬塊放在變化的磁場中答案d解析渦流就是整個金屬塊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，即穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化而a、b、c中磁通量不變化，所以a、b、c錯誤；把金屬塊放在變化的磁場中時，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，所以d正確2(對電磁灶工作原理的理解)熔化金屬的一種方法是用“高頻爐”，它的主要部件是一個銅制線圈，線圈中有一鉗鍋，鍋內(nèi)放待熔的金屬塊，當(dāng)線圈中通以高頻交流電時，鍋中金屬就可以熔化，這是因為()a線圈中的高頻交流電通過線圈電阻，產(chǎn)生焦耳熱b線圈中的高頻交流電產(chǎn)生高頻微波輻射，深入到金屬內(nèi)部，產(chǎn)生焦耳熱c線圈中的高頻交流電在鉗鍋中產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過鉗鍋電阻產(chǎn)生焦耳熱d線圈中的高頻交流電在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過金屬塊電阻產(chǎn)生焦耳熱答案d解析線圈中的高頻交流電通過線圈，從而產(chǎn)生變化的電磁場，使得處于電磁場的金屬塊產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱，故a、b、c錯誤，d正確；故選d.3(電磁阻尼的理解與應(yīng)用)如圖7所示，條形磁鐵用細線懸掛在o點o點正下方固定一個水平放置的鋁線圈讓磁鐵在豎直面內(nèi)擺動，下列說法中正確的是()圖7a磁鐵左右擺動一次，線圈內(nèi)感應(yīng)電流的方向改變2次b磁鐵始終受到感應(yīng)電流磁場的斥力作用c磁鐵所受到的感應(yīng)電流對它的作用力始終是阻力d磁鐵所受到感應(yīng)電流對它的作用力有時是阻力有時是動力答案c解析磁鐵向下擺動時，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生逆時針方向感應(yīng)電流(從上往下看)，并且磁鐵受到感應(yīng)電流對它的作用力為阻力，阻礙它靠近；磁鐵向上擺動時，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生順時針方向感應(yīng)電流(從上往下看)，磁鐵受感應(yīng)電流對它的作用力仍為阻力，阻礙它遠離，所以磁鐵在左右擺動一次過程中，電流方向改變3次，感應(yīng)電流對它的作用力始終是阻力，只有c項正確4(對渦流的防止)(多選)變壓器的鐵心是利用薄硅鋼片疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼，這是為了()a增大渦流，提高變壓器的效率b減小渦流，提高變壓器的效率c增大鐵心中的電阻，以產(chǎn)生更多的熱量d增大鐵心中的電阻，以減小發(fā)熱量答案bd解析不使用整塊硅鋼而是采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵心中的電阻，減少電能轉(zhuǎn)化成鐵心的內(nèi)能，提高效率，而且是為了防止渦流而采取的措施題組一渦流的理解與應(yīng)用1(多選)下列儀器是利用渦流工作的有()a電磁灶 b微波爐c金屬探測器 d真空冶煉爐答案acd2電磁爐是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物，下列相關(guān)的說法中正確的是()a鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關(guān)b電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作c金屬或環(huán)保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物d電磁爐的上表面一般都用金屬材料制成，以加快熱傳遞減少熱損耗答案a解析鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關(guān)，故a正確；直流電不能產(chǎn)生變化的磁場，在鍋體中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁爐不能使用直流電，故b錯誤；鍋體只能用鐵磁性導(dǎo)體材料，不能使用絕緣材料制作鍋體，故c錯誤；電磁爐產(chǎn)生變化的磁場，導(dǎo)致加熱鍋底出現(xiàn)渦流，從而產(chǎn)生熱量而不是靠熱傳遞，d錯誤3(多選)安檢門是一個用于安全檢查的“門”，“門框”內(nèi)有線圈，線圈里通有交變電流，交變電流在“門”內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，金屬物品通過“門”時能產(chǎn)生渦流，渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流，從而引起報警以下關(guān)于這個安檢門的說法正確的是()a這個安檢門也能檢查出毒品攜帶者b這個安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者c如果這個“門框”的線圈中通上恒定電流，也能檢查出金屬物品攜帶者d這個安檢門工作時，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應(yīng)答案bd解析這個安檢門是利用渦流工作的，因而只能檢查出金屬物品攜帶者，a錯，b對若“門框”的線圈中通上恒定電流，只能產(chǎn)生恒定磁場，它不能使塊狀金屬產(chǎn)生渦流，因而不能檢查出金屬物品攜帶者，c錯安檢門工作時，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應(yīng)，d對4(多選)如圖1所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是()圖1a電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快b電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快c工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小d工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大答案ad解析交流電頻率越高，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流越強，升溫越快，故a項對工件上各處電流相同，電阻大處產(chǎn)生的熱量多，故d項對5光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖2所示，拋物線的方程是yx2，下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是ya的直線(圖中的虛線所示)，一個小金屬塊從拋物線上yb(ba)處以初速度v沿拋物線下滑假設(shè)拋物線足夠長，金屬塊沿拋物線下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是 ()圖2amgb b.mv2cmg(ba) dmg(ba)mv2答案d解析金屬塊進出磁場時，會產(chǎn)生焦耳熱，損失機械能而使金屬塊所能達到的最高位置越來越低，當(dāng)金屬塊所能達到的最高位置為ya時，金屬塊不再進出磁場，不再產(chǎn)生焦耳熱金屬塊的機械能不再損失，而在磁場中做往復(fù)運動由于金屬塊減少的動能和重力勢能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以q|epek|mg(ba)mv2.題組二對電磁驅(qū)動與電磁阻尼的理解與應(yīng)用6.(多選)如圖3所示，a、b為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑、但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度兩個相同的磁性小球，同時從a、b管上端的管口無初速度釋放，穿過a管比穿過b管的小球先落到地面下面對于兩管的描述中可能正確的是()圖3aa管是用塑料制成的，b管是用銅制成的ba管是用鋁制成的，b管是用膠木制成的ca管是用膠木制成的，b管是用塑料制成的da管是用膠木制成的，b管是用鋁制成的答案ad7.彈簧上端固定，下端掛一條形磁鐵，使磁鐵上下振動，磁鐵的振動幅度不變?nèi)粼谡駝舆^程中把線圈靠近磁鐵，如圖4所示，觀察磁鐵的振幅將會發(fā)現(xiàn)()圖4as閉合時振幅逐漸減小，s斷開時振幅不變bs閉合時振幅逐漸增大，s斷開時振幅不變cs閉合或斷開，振幅變化相同ds閉合或斷開，振幅都不發(fā)生變化答案a解析s斷開時，磁鐵振動穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，但線圈中無感應(yīng)電流，振幅不變；s閉合時有感應(yīng)電流，有電能產(chǎn)生，磁鐵的機械能越來越少，振幅逐漸減少，a正確8(多選)如圖5所示是電表中的指針和電磁阻尼器，下列說法中正確的是()圖5a2是磁鐵，1中產(chǎn)生渦流b1是磁鐵，2中產(chǎn)生渦流c該裝置的作用是使指針能夠轉(zhuǎn)動d該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定下來答案ad解析當(dāng)指針擺動時，1隨之轉(zhuǎn)動，2是磁鐵，那么在1中產(chǎn)生渦流，2對1的安培力將阻礙1的轉(zhuǎn)動總之，不管1向哪個方向轉(zhuǎn)動，2對1的效果總是起到阻尼作用，所以它能使指針很快地穩(wěn)定下來9(多選)磁電式儀表的線圈通