高中物理 第一章 电磁感应 第七节 涡流现象及其应用课件 粤教版选修32.ppt

第一章电磁感应 第七节涡流现象及其应用 学习目标1 知道涡流的产生原因 2 了解电磁灶和涡流加热原理 3 了解涡流现象的应用 涡流制动和涡流探测 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 涡流现象 如图1所示 线圈中的电流随时间变化时 导体中有感应电流吗 如果有 它的形状像什么 有 变化的电流产生变化的磁场 变化的磁场产生感生电场 使导体中的自由电子发生定向移动 产生感应电流 它的形状像水中的旋涡 所以把它叫做涡电流 简称涡流 答案 图1 1 涡流 在一根导体外面绕上线圈 并让线圈通入 在整个导体中 就形成一圈圈环绕导体轴线流动的 就好像 一样 这种产生感应电流的现象称为涡流现象 2 涡流大小的决定因素 导体的外周长越 交变磁场的频率越 涡流就越大 交变电流 感应电流 水中的旋涡 长 高 判断下列说法的正误 1 涡流也是一种感应电流 2 导体中有涡流时 导体没有和其他元件组成闭合回路 故导体不会发热 3 涡流是一种有害的电磁感应现象 二 电磁灶与涡流加热 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 高频感应炉结构如图2所示 电磁灶的结构如图3所示 图2图3 结合电磁感应的条件回答下列问题 1 高频感应炉冶炼金属的原理是什么 有什么优点 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 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样产生的 答案 图2图3 感应加热的定义及其应用 1 利用足够大的电力在导体中产生很大的 导体中电流可以发热 使金属受热甚至熔化 2 应用 高频感应炉 用高频塑料热压机 涡流热疗系统用于 冶炼金属 过塑 涡流 治疗 判断下列说法的正误 1 电磁灶可以放砂锅烹煮食物 2 电磁灶用铁锅时要谨慎 勺子把要绝缘 防止触电 3 高频感应炉利用高频电流产生的焦耳热冶炼金属 4 高频感应炉利用金属块中的涡流产生焦耳热冶炼金属 三 涡流制动与涡流探测 如图4把高速旋转的铝盘放在蹄形磁铁之间 铝盘会发生什么现象 为什么 答案 铝盘会很快停止转动 原因 铝盘在蹄形磁铁的磁场中转动 会在铝盘中激起涡流 涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力 从而提供制动力矩 从而使铝盘快速停止转动 图4 涡流制动 涡流探测和涡流的防止 1 涡流制动 当导体在磁场中运动时 感应电流会使导体受到 安培力的方向总是导体与磁场的相对运动 这种现象称为涡流制动 这种制动方式常应用于电表的阻尼制动 高速机车制动的涡流闸等 2 涡流探测 涡流金属探测器具有一个通过一定频率交变电流的探测线圈 该线圈产生的交变磁场在金属物中激起 涡流的变化会反过来影响探测线圈 改变探测线圈电流的和 从而探知金属物 安培力 涡流 阻碍 大小 相位 3 在生产和生活中 有时也要避免涡流效应 要减小电机 变压器的铁芯在工作时产生的涡流 可采用的方法是把整块铁芯改成的铁芯 增大回路 用薄片叠压 电阻 判断下列说法的正误 1 电磁制动发生的过程 存在机械能向内能的转化 2 电磁制动中的感应电流 受到的安培力为阻力 3 利用涡流金属探测器 可以探测出违法分子携带的毒品 2 题型探究 一 涡流的理解 利用和防止 1 产生涡流的两种情况 1 块状金属放在变化的磁场中 2 块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动 2 产生涡流时的能量转化 1 金属块在变化的磁场中 磁场能转化为电能 最终转化为内能 2 金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动 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 多选 如图5所示是高频焊接原理示意图 线圈中通以高频变化的电流时 待焊接的金属工件中就会产生感应电流 感应电流通过焊缝产生很多热量 将金属熔化 把工件焊接在一起 而工件其他部分发热很少 以下说法正确的是 图5 a 电流变化的频率越高 焊缝处的温度升高的越快b 电流变化的频率越低 焊缝处的温度升高的越快c 工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小d 工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大 答案 解析 交流电频率越高 则产生的感应电流越大 升温越快 故a项对 b项错 工件上各处电流相同 电阻大处产生的热量多 故c项错 d项对 例2 多选 如图6所示 闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下 又沿曲面的另一侧上升 设环的初速度为零 摩擦不计 曲面处在图中磁场中 则a 若是匀强磁场 环上升的高度小于hb 若是匀强磁场 环上升的高度等于hc 若是非匀强磁场 环上升的高度等于hd 若是非匀强磁场 环上升的高度小于h 图6 答案 解析 若磁场为匀强磁场 穿过环的磁通量不变 不产生感应电流 即无机械能向电能转化 机械能守恒 故a错误 b正确 若磁场为非匀强磁场 环内要产生电能 机械能减少 故d正确 二 对涡流制动与涡流探测的理解 1 闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时 导体在磁场中就要受到磁场力的作用 根据楞次定律 磁场力总是阻碍导体的运动 于是产生涡流制动 2 涡流制动是一种十分普遍的物理现象 任何在磁场中运动的导体 只要给感应电流提供回路 就会存在涡流制动作用 例3在水平放置的光滑绝缘导轨上 沿导轨固定一个条形磁铁 如图7所示 现有铜 铝和有机玻璃制成的滑块甲 乙 丙 使它们分别从导轨上的a点以某一初速度向磁铁滑去 各滑块在向磁铁运动的过程中a 都做匀速运动b 甲 乙做加速运动c 甲 乙做减速运动d 乙 丙做匀速运动 图7 答案 解析 甲 乙向磁铁靠近时要产生涡流 受涡流制动作用 做减速运动 丙则不会产生涡流 只能匀速运动 例4金属探测器已经广泛应用于安检场所 关于金属探测器的论述正确的是a 金属探测器可用于食品生产 防止细小的砂石颗粒混入食品中b 金属探测器探测地雷时 探测器的线圈中产生涡流c 金属探测器探测金属时 被测金属中感应出涡流d 探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动探测效果相同 答案 解析 金属探测器只能探测金属 不能用于食品生产 防止细小的砂石颗粒混入食品中 故a错误 金属探测器探测金属时 被测金属中感应出涡流 故b错误 c正确 探测过程中工作时金属探测器应与被测物体相对运动 相对静止时无法得出探测效果 故d错误 故选c 达标检测 3 1 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 答案 1 2 3 2 多选 如图8所示 a b为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从a b管上端距管口等高处无初速度释放 穿过a管比穿过b管的小球先落到地面 下面对于两管的描述中可能正确的是a a管是用塑料制成的 b管是用铜制成的b a管是用铝制成的 b管是用胶木制成的c a管是用胶木制成的 b管是用塑料制成的d a管是用胶木制成的 b管是用铝制成的 答案 图8 1 2 3 3 如图9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