沪科版选修32 3.2涡流现象与电磁灶 课件（27张）.ppt

涡流现象与电磁灶 目标定位1 能说出涡流的产生原因及涡流的防止和利用 2 了解电磁灶的工作原理 内容索引 知识探究 达标检测 知识探究 1 一 探究涡电流现象 演示涡流生热实验在一个绕有线圈的可拆变压器铁心上面放一口小铁锅 如图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 分析上面实验结合教材内容回答下列问题 1 铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同 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 答案 图1 2 试着解释这种现象 线圈接入周期性变化的电流 某段时间内 若电流变大 则其磁场变强 变化的磁场激发出感生电场 小铁锅 导体 可以看作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 则锅中的水会热起来 而玻璃当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 答案 1 涡流是整块导体发生的现象 同样遵循 定律 2 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 3 由于整块金属的电阻很 所以涡电流常常 变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成 而不是用一整块铁制成 其原因是为了 减少铁心发热损失 电磁感应 法拉第电磁感应 很大 小 减小涡电流 小 快 大 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 答案 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 二 无火之灶 电磁灶如图2所示是某电磁炉的工作原理图 下面是某一品牌电磁炉的说明书上的部分内容 这一部分和电磁炉是采用磁场感应涡流加热原理 它利用电流通过线圈产生磁场 当磁场内的磁感线通过含铁质锅底部时 即会产生无数的小涡流 使锅 图2 体本身自行快速发热 然后再加热锅内食物 电磁炉工作时产生的电磁波 完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收 不会泄漏 对人体健康绝对无危害 问题 1 涡流产生在哪里 2 产生涡流的部分和引起涡流的部分是否接触 3 电磁炉的表面 陶瓷 在电磁炉工作时会不会发热 为什么 答案 图2 1 涡流产生在铁质锅底部 2 产生涡流的部分和引起涡流的部分不接触 3 从理论上讲 由于电磁炉表面是陶瓷做成 所以在电磁炉工作时不会发热 电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的 当通上交替变化极快的交变电流时 在台板与铁锅底之间产生强大的交变 磁感线穿过锅体 使锅底感应出大量的强 当涡流受到材料电阻的阻碍时 就放出 将饭菜煮熟 线圈 涡流 大量的热 磁场 例2 多选 电磁灶采用感应电流 涡流 的加热原理 是通过电子线路产生交变磁场 把铁锅放在灶面上时 在铁锅底部产生交变的电流 它具有升温快 效率高 体积小 安全性好等优点 下列关于电磁灶的说法中正确的是a 电磁灶面板可采用陶瓷材料 发热部分为铁锅底部b 电磁灶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灶的功率d 电磁灶面板可采用金属材料 通过面板发热加热锅内食品 答案 解析 电磁灶的上表面如果用金属材料制成 使用电磁灶时 上表面材料发生电磁感应要损失电能 所以电磁炉上表面要用绝缘材料制作 发热部分为铁锅底部 故a正确 b d错误 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 故c正确 三 电磁阻尼和电磁驱动1 电磁阻尼弹簧上端固定 下端悬挂一根磁铁 将磁铁托起到某一高度后放开 磁铁能上下振动较长时间才停下来 如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈 使磁铁上下振动时穿过它 如图3所示 磁铁就会很快停下来 解释这个现象 图3 答案 当磁铁穿过固定的闭合线圈时 在闭合线圈中会产生感应电流 感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈 也就使磁铁振动时除了受空气阻力外 还受线圈的磁场阻力 克服阻力需要做的功较多 弹簧振子的机械能损失较快 因而会很快停下来 2 电磁驱动一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间 如图4所示 蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕oo 轴转动 当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动 当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动 根据以上现象 回答下列问题 1 蹄形磁铁转动时 穿过线圈的磁通量是否变化 图4 答案 变化 2 线圈转动起来的动力是什么力 线圈的转动速度与磁铁的转动速度相同吗 答案 线圈内产生感应电流受到安培力的作用 安培力作为动力使线圈转动起来 线圈的转速小于磁铁的转速 电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系 1 电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向 导体运动 电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向 导体运动 2 电磁阻尼中安培力做功 其他形式的能转化为电能 最终转化为内能 电磁驱动中由于电磁感应 磁场能转化为电能 通过安培力做功 电能转化为而对外做功 3 电磁阻尼与电磁驱动现象中安培力的作用效果均为相对运动 应注意电磁驱动中导体的运动速度要磁场的运动速度 相反 阻碍 推动 导体的机械能 相同 克服 小于 阻碍 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5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 答案 解析 图5 甲 乙向磁铁靠近时要产生涡流 受电磁阻尼作用 做减速运动 丙则不会产生涡流 只能匀速运动 例4 多选 如图6所示 蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴oo 转动 从上向下看 当磁铁逆时针转动时 则a 线圈将逆时针转动 转速与磁铁相同b 线圈将逆时针转动 转速比磁铁小c 线圈转动时将产生大小 方向周期性变化的电流d 线圈转动时感应电流的方向始终是abcda 答案 解析 图6 当磁铁逆时针转动时 相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线 线圈中产生大小 方向周期性变化的电流 故c对 d错 由楞次定律可知 线圈将与磁铁同向转动 但转速一定小于磁铁的转速 如两者的转速相同 磁感线与线圈处于相对静止状态 线圈不切割磁感线 无感应电流产生 达标检测 2 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中 1 2 3 4 答案 解析 1 2 3 4 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 2 对电磁灶工作原理的理解 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 线圈中有一钳锅 锅内放待熔的金属块 当线圈中通以高频交流电时 锅中金属就可以熔化 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 产生焦耳热c 线圈中的高频交流电在钳锅中产生感应电流 通过钳锅电阻产生焦耳热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 答案 解析 1 2 3 4 线圈中的高频交流电通过线圈 从而产生变化的电磁场 使得处于电磁场的金属块产生涡流 进而发热 故a b c错误 d正确 故选d 3 电磁阻尼的理解与应用 如图7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 磁铁所受到感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力 答案 解析 图7 1 2 3 4 磁铁向下摆动时 根据楞次定律 线圈中产生逆时针方向感应电流 从上往下看 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感应电流 从上往下看 磁铁受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 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 1 2 3 4 4 对涡流的防