粵教版選修32 第一章 7 渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用 學(xué)案.docx

目標(biāo)定位1.知道渦流現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因.2.知道渦流在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，如利用渦流加熱和制動等.3.了解在生產(chǎn)、生活中避免或減少渦流的方法一、渦流現(xiàn)象1渦流現(xiàn)象：在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象2影響渦流大小的因素3對渦流的理解(1)本質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象(2)條件：穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身構(gòu)成閉合回路(3)特點：整個導(dǎo)體回路的電阻一般很小，感應(yīng)電流很大，故金屬塊的發(fā)熱功率很大4產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中；(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動5產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能深度思考產(chǎn)生渦流時，金屬塊并沒有接入閉合電路，為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電流？答案金屬塊自身構(gòu)成閉合回路，導(dǎo)體內(nèi)部等效成許多閉合電路當(dāng)穿過金屬塊的磁通量變化時，金屬塊內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流例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在硅鋼片中不能產(chǎn)生渦流解析渦流是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它是感應(yīng)電流，既有熱效應(yīng)，又有磁效應(yīng)硅鋼片中能產(chǎn)生渦流，但電流較小，故選項a正確答案a二、電磁灶與渦流加熱1電磁灶(1)加熱原理：磁場感應(yīng)渦流加熱(2)優(yōu)點：直接加熱，熱效率高無明火和炊煙，清潔、安全功能全2高頻感應(yīng)爐(1)原理：渦流感應(yīng)加熱(2)優(yōu)點：非接觸式加熱，熱源和受熱物件可以不直接接觸；加熱效率高，速度快，可以減小表面氧化現(xiàn)象；容易控制溫度，提高加工精度；可實現(xiàn)局部加熱；可實現(xiàn)自動化控制；可減小占地、熱輻射、噪聲和灰塵例2電磁爐熱效率高達90%，爐面無明火，無煙無廢氣，電磁“火力”強勁，安全可靠如圖1所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是()圖1a當(dāng)恒定電流通過線圈時，會產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場越強，電磁爐加熱效果越好b電磁爐通電線圈加交流電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱工作c電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因這些材料的導(dǎo)熱性能較差d在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐不能起到加熱作用答案b解析鍋體中的渦流是由變化的磁場產(chǎn)生的，所加的電流是交流，不是直流故a錯誤，b正確金屬鍋自身產(chǎn)生無數(shù)小渦流而直接加熱于鍋底，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋屬于絕緣材料，里面不會產(chǎn)生渦流，故c錯誤；在鍋和電磁爐中間放一紙板，不會影響電磁爐的加熱作用，故d錯誤故選b.三、渦流制動與渦流探測1渦流制動(1)原理：導(dǎo)體相對于磁場運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力總是阻礙導(dǎo)體與磁場的相對運動(2)應(yīng)用：電表的阻尼制動、高速機車制動的渦流閘、脫水機的制動2渦流探測(1)渦流金屬探測器具有一個通過一定頻率交變電流的探測線圈，該線圈產(chǎn)生的交變磁場在金屬物中激起渦流，渦流的變化會反過來影響探測線圈電流的大小和相位，從而探知金屬物(2)應(yīng)用：探測行李包中的槍支、掩埋的地雷、金屬覆蓋膜厚度例3如圖2所示，上端開口、內(nèi)壁光滑的銅管p和塑料管q豎直放置小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊()圖2a在p和q中都做自由落體運動b在兩個下落過程中的機械能都守恒c在p中的下落時間比在q中的長d落至底部時在p中的速度比在q中的大答案c解析小磁塊下落過程中，在銅管p中產(chǎn)生感應(yīng)電流，小磁塊受到向上的磁場力，不做自由落體運動，而在塑料管q中只受到重力，在q中做自由落體運動，故選項a錯誤；根據(jù)功能關(guān)系知，在p中下落時，小磁塊機械能減少，在q中下落時，小磁塊機械能守恒，故選項b錯誤；在p中加速度較小，在p中下落時間較長，選項c正確；由于在p中下落時要克服磁場力做功，機械能有損失，故知，落至底部時在p中的速度比在q中的小，選項d錯誤例4金屬探測器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于安檢場所，關(guān)于金屬探測器的論述正確的是()a金屬探測器可用于食品生產(chǎn)，防止細(xì)小的砂石顆?；烊胧称分衎金屬探測器探測地雷時，探測器的線圈中產(chǎn)生渦流c金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應(yīng)出渦流d探測過程中金屬探測器與被測物體相對靜止與相對運動探測效果相同答案c解析金屬探測器只能探測金屬，不能用于食品生產(chǎn)，防止細(xì)小的砂石顆?；烊胧称分校蔭錯誤；金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應(yīng)出渦流，故b錯誤，c正確；探測過程中工作時金屬探測器應(yīng)與被測物體相對運動，相對靜止時無法得出探測效果，故d錯誤故選c.四、渦流的防止1原理：縮小導(dǎo)體的外周長，增大材料的電阻率2實例：電機和變壓器的鐵芯用硅鋼片疊壓而成例5變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成，而不采用一塊整硅鋼，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增大渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量d減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量解析渦流的主要效應(yīng)之一就是發(fā)熱，而變壓器的鐵芯發(fā)熱，是我們不希望出現(xiàn)的，所以不采用整塊硅鋼，而采用薄硅鋼片疊壓在一起，目的是減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量，進而提高變壓器的效率故選項b、d正確答案bd減小渦流的途徑之一是增大鐵芯材料的電阻率；另一途徑就是用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯.1(對渦流加熱的理解)(多選)如圖3所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通交流電源，過了幾分鐘，杯內(nèi)的水沸騰起來若要縮短上述加熱時間，下列措施可行的有()圖3a增加線圈的匝數(shù)b提高交流電源的頻率c將金屬杯換為瓷杯d取走線圈中的鐵芯答案ab解析當(dāng)電磁鐵接通交流電源時，金屬杯處在變化的磁場中產(chǎn)生渦電流發(fā)熱，使水溫升高要縮短加熱時間，需增大渦電流，即增大感應(yīng)電動勢或減小電阻增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率都是為了增大感應(yīng)電動勢，瓷杯不能產(chǎn)生渦電流，取走鐵芯會導(dǎo)致磁性減弱所以選項a、b正確，選項c、d錯誤2(對渦流制動的理解)(多選)如圖4所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是()圖4a防止渦流而設(shè)計的b利用渦流而設(shè)計的c起電磁阻尼的作用d起電磁驅(qū)動的作用答案bc解析線圈通電后在安培力作用下轉(zhuǎn)動，鋁框隨之轉(zhuǎn)動，在鋁框內(nèi)產(chǎn)生渦流渦流將阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來，這樣做是利用渦流來起電磁阻尼的作用3(渦流的應(yīng)用)(多選)如圖5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)電流通過焊縫處產(chǎn)生大量熱量，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5a交流電的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快b交流電的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快c工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻小d工件上只有焊縫處溫度升得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)電流越大，升溫越快，工件電流相同，電阻越大，溫度越高，放熱越多4(渦流的應(yīng)用和防止)圖6中是渦流在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，下列描述中不正確的是()圖6a真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置b家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產(chǎn)生的c金屬探測器的原理主要是利用渦流來探測金屬d變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流答案b解析真空冶煉爐是線圈中的電流做周期性變化，在冶煉爐中產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生大量的熱，故a正確；家用電磁爐鍋體中的渦流是由周期性變化的磁場產(chǎn)生的，故b錯誤；金屬探測器中的變化電流遇到金屬物體，在金屬物體中產(chǎn)生渦流，故c正確；當(dāng)變壓器中的電流變化時，其鐵芯將產(chǎn)生渦流，使用硅鋼片做成的鐵芯可以盡可能減小渦流的損失，屬于渦流的應(yīng)用，故d正確本題選擇錯誤的，故選b.題組一渦流的應(yīng)用1(多選)對變壓器和電動機中渦流的認(rèn)識，以下說法正確的是()a渦流會使鐵芯溫度升高，減少線圈絕緣的壽命b渦流發(fā)熱，要損耗額外的能量c為了不產(chǎn)生渦流，變壓器和電動機的鐵芯用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯d渦流產(chǎn)生于線圈中，對原電流起阻礙作用答案ab解析變壓器和電動機中產(chǎn)生的渦流會使溫度升高消耗能量，同時會減少線圈絕緣的壽命，a、b正確；變壓器和電動機的鐵芯用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯是為了增加電阻，減小渦流，減少產(chǎn)生的熱量，c錯誤；渦流產(chǎn)生于鐵芯中，對原電流無阻礙作用，d錯誤故選a、b.2.如圖1所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是()圖1a恒定直流、小鐵鍋b恒定直流、玻璃杯c變化的電流、小鐵鍋d變化的電流、玻璃杯答案c解析通入恒定電流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流通入變化的電流時，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會升溫，故c正確3(多選)如圖2所示是用渦流金屬探測器探測地下金屬物的示意圖，下列說法中正確的是()圖2a探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生交變磁場b只有有磁性的金屬物才會被探測器探測到c探測到地下的金屬物是因為探頭中產(chǎn)生了渦流d探測到地下的金屬物是因為金屬物中產(chǎn)生了渦流答案ad4高頻感應(yīng)爐是用來熔化金屬對其進行冶煉的如圖3所示為冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐的示意圖，爐內(nèi)放入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這時被冶煉的金屬就能被熔化，這種冶煉方法速度快，溫度易控制，并能避免有害雜質(zhì)混入被治煉的金屬中，因此適用于冶煉特種金屬那么該爐的加熱原理是()圖3a利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱b利用線圈中電流產(chǎn)生的磁場c利用交變電流的交變磁場在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流d給線圈通電的同時，給爐內(nèi)金屬也通了電答案c5如圖4所示為高頻電磁爐的工作示意圖，它是采用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生渦流加熱的，它利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，當(dāng)變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部時，即會產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體本身自行高速升溫，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，對人體健康無危害關(guān)于電磁爐，以下說法中正確的是()圖4a電磁爐是利用變化的磁場在食物中產(chǎn)生渦流對食物加熱的b電磁爐是利用變化的磁場產(chǎn)生渦流，使含鐵質(zhì)鍋底迅速升溫，進而對鍋內(nèi)食物加熱的c電磁爐是利用變化的磁場使食物中的極性水分子振動和旋轉(zhuǎn)來對食物加熱的d電磁爐跟電爐一樣是讓電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來對食物加熱的答案b解析電磁爐的工作原理是利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體溫度升高后加熱食物，故選項a、d錯誤，b正確；而選項c是微波爐的加熱原理，c錯誤6(多選)圖5為某型號手持式封口機的照片，其機箱可提供高頻交流電使用時，只要將待封口的塑料罐擰上蓋子，然后置于封口加熱頭的下方，按下電源開關(guān)12 s，蓋子內(nèi)層的鋁箔瞬間產(chǎn)生高熱，然后融合在瓶口上，達到封口的效果下列有關(guān)說法合理的是()圖5a其封口加熱頭內(nèi)部一定有電熱絲b其封口加熱頭內(nèi)部一定有高頻線圈c該機的主要工作原理是電磁感應(yīng)d鋁箔產(chǎn)生高熱的原因是熱輻射答案bc7實驗高中南、北校區(qū)之間要鋪設(shè)一條輸電線路，該線路要橫穿兩校區(qū)之間的公路，為了保護線路不至被壓壞，必須在地下預(yù)先鋪設(shè)結(jié)實的過路鋼管，再讓輸電線從鋼管中穿過校方將該要求在學(xué)校的物理探究小組中公布并征求電線穿管的方案經(jīng)過篩選，目前有如圖6所示的兩種方案進入最后的討論階段：甲方案是鋪設(shè)兩根鋼管，兩條輸電線分別從兩根鋼管中穿過；乙方案是只鋪設(shè)一根鋼管，兩條輸電線都從這一根鋼管中穿過如果輸電導(dǎo)線輸送的電流很強大，那么，下列討論的結(jié)果正確的是()圖6a若輸送的電流是恒定電流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的b若輸送的電流是交變電流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的c若輸送的電流是交變電流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的d無論輸送的電流是恒定電流還是交變電流，甲、乙兩方案都是可行的答案b題組二對渦流制動的理解8(多選)如圖7所示，在o點正下方有一個具有理想邊界的磁場，銅環(huán)在a點由靜止釋放，向右擺至最高點b，不考慮空氣阻力，則下列說法正確的是()圖7aa、b兩點在同一水平線上ba點高于b點ca點低于b點d銅環(huán)最終將做等幅擺動答案bd解析銅環(huán)在進入和穿出磁場的過程中，穿過環(huán)的磁通量發(fā)生變化，環(huán)中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，將損耗一定的機械能，所以a點高于b點銅環(huán)的擺角會越來越小，最終出不了磁場，而做等幅擺動9如圖8所示，使一個銅盤繞其豎直的軸oo轉(zhuǎn)動，且假設(shè)摩擦等阻力不計，轉(zhuǎn)動是勻速的現(xiàn)把一個蹄形磁鐵移近銅盤，則()圖8a銅盤轉(zhuǎn)動將變慢b銅盤轉(zhuǎn)動將變快c銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動d銅盤的轉(zhuǎn)動速度是否變化，要根據(jù)磁鐵的上下兩端的極性來決定答案a解析當(dāng)一個蹄形磁鐵移近銅盤時，銅盤轉(zhuǎn)動切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可知感應(yīng)電流受到的安培力阻礙其相對運動，所以銅盤的轉(zhuǎn)動將變慢本題也可以從能量守恒的角度去分析，因為銅盤轉(zhuǎn)動切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，銅盤的機械能不斷轉(zhuǎn)化成電能，銅盤轉(zhuǎn)動會逐漸變慢，故正確選項為a.10如圖9所示，在光滑水平桌面上放一條形磁鐵，分別將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它們一個相同的初速度，讓其向磁鐵滾去，觀察小球的運動情況是()圖9a都做勻速運動b甲、乙做加速運動c甲做加速運動，乙做減速運動，丙做勻速運動d甲做減速運動，乙做加速運動，丙做勻速運動答案c解析鐵球?qū)⒓铀龠\動，其原因是鐵球被磁化后與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的磁力鋁球?qū)p速運動，其原因是鋁球內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場阻礙相對運動木球?qū)蛩龠\動，其原因是木球既不能被磁化，也不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以磁鐵對木球不產(chǎn)生力的作用11.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10所示，觀察磁鐵的振幅將會發(fā)現(xiàn)()圖10as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，