高二物理涡流现象与电磁灶

1、16涡流现象与电磁灶涡流现象与电磁灶 课标定位课标定位 学习目标：学习目标：1.知道涡流现象及涡流产生的原因知道涡流现象及涡流产生的原因 2知道电磁灶的种类及常用电磁灶的原理知道电磁灶的种类及常用电磁灶的原理 3知道涡流对我们有不利和有利两方面，以及如知道涡流对我们有不利和有利两方面，以及如 何利用和防止何利用和防止 重点难点：重点难点：1.重点是涡流概念的理解及有关现象的重点是涡流概念的理解及有关现象的 理解理解 2难点是电磁灶的原理及应用难点是电磁灶的原理及应用 核心要点突破核心要点突破 课堂互动讲练课堂互动讲练 课前自主学案课前自主学案 知能优化训练知能优化训练 1.6 课前自主学案课前

2、自主学案 一、探究涡电流现象一、探究涡电流现象 1.如图如图161所示，当线圈中通有交变电流时，所示，当线圈中通有交变电流时， 铁心中这些回路的磁通量就会发生变化，从而在铁铁心中这些回路的磁通量就会发生变化，从而在铁 心内产生感应电流这种感应电流呈心内产生感应电流这种感应电流呈_状，状， 所以叫做涡电流，又叫所以叫做涡电流，又叫_ 由于整块金属的电阻由于整块金属的电阻_，所以涡电流常常，所以涡电流常常 _涡电流会引起铁心发热，这不仅损耗了涡电流会引起铁心发热，这不仅损耗了 大量的电能，而且还可能烧坏设备大量的电能，而且还可能烧坏设备 2变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的变压器和镇流器的铁心

3、通常用涂有绝缘漆的 _叠压制成，而不是用叠压制成，而不是用_制成，制成， 其原因是为了其原因是为了_ 涡旋涡旋 涡流涡流 很小很小 很大很大 薄硅钢片薄硅钢片一整块铁一整块铁 减小涡电流减小涡电流 图图161 思考感悟思考感悟 涡流是在整块金属中产生的涡旋状电流，是否遵涡流是在整块金属中产生的涡旋状电流，是否遵 循法拉第电磁感应定律？循法拉第电磁感应定律？ 提示：提示：涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同 样遵循法拉第电磁感应定律样遵循法拉第电磁感应定律 二、无火之灶二、无火之灶电磁灶电磁灶 1工频电磁灶工频电磁灶 (1)结构：由烹调锅、灶面板及工频励磁器构

4、结构：由烹调锅、灶面板及工频励磁器构 成工频励磁器由成工频励磁器由_和和_ 构成构成 (2)工作原理：在两组线圈中分别通过工作原理：在两组线圈中分别通过50 Hz的电的电 流流iA和和iB，从而在锅体中产生涡流，从而在锅体中产生涡流，_在锅在锅 体中转化为热能以加热食品体中转化为热能以加热食品 励磁线圈励磁线圈励磁铁心励磁铁心 电能电能 2高频电磁灶高频电磁灶 (1)结构：由结构：由_、_、 _三部分组成三部分组成 (2)工作原理：工作原理：50 Hz的交流电经过整流和滤波变的交流电经过整流和滤波变 为为_，然后通过电子开关的迅速导通和截，然后通过电子开关的迅速导通和截 止，使加热线圈中产生止

5、，使加热线圈中产生20 kHz50 kHz的的 _，从而产生高频磁场使锅内产，从而产生高频磁场使锅内产 生涡流，加热食品生涡流，加热食品 加热线圈加热线圈灶面板灶面板 控制保护电路控制保护电路 直流直流 高频振荡电流高频振荡电流 核心要点突破核心要点突破 一、探究涡流现象一、探究涡流现象 1涡流涡流 整块金属处于变化的磁场中或切割磁感线时，在整块金属处于变化的磁场中或切割磁感线时，在 金属块内部形成闭合回路，从而形成像旋涡状的金属块内部形成闭合回路，从而形成像旋涡状的 感应电流，这种电流叫做涡电流，简称涡流感应电流，这种电流叫做涡电流，简称涡流 2涡流的两种效应及应用涡流的两种效应及应用 (1

6、)涡流的热效应：利用涡流在回路中产生的热量涡流的热效应：利用涡流在回路中产生的热量 冶炼金属的高频炉；家庭中使用的电磁灶冶炼金属的高频炉；家庭中使用的电磁灶 (2)涡流的磁效应：利用涡流所产生的磁场进行电涡流的磁效应：利用涡流所产生的磁场进行电 磁阻尼和电磁驱动磁阻尼和电磁驱动 3涡流的本质涡流的本质 在理解涡流时，要注意涡流的本质是由于电磁在理解涡流时，要注意涡流的本质是由于电磁 感应而产生的，它的产生仍然符合感应电流产感应而产生的，它的产生仍然符合感应电流产 生的条件生的条件(有磁通量的改变，具体形式是有磁场有磁通量的改变，具体形式是有磁场 的变化或导体切割磁感线的变化或导体切割磁感线)，

7、特殊之处在于感应，特殊之处在于感应 电流不是在线状回路中产生的，而是在块状金电流不是在线状回路中产生的，而是在块状金 属中产生的属中产生的 4对涡流的理解对涡流的理解 要注意到涡流产生的特点，从而理解涡流的两种要注意到涡流产生的特点，从而理解涡流的两种 效应的应用涡流是在金属块内部产生的，因而效应的应用涡流是在金属块内部产生的，因而 加热电路无需和被加热材料直接接触，起到感应加热电路无需和被加热材料直接接触，起到感应 加热的作用另外金属的电阻率一般较低，故而加热的作用另外金属的电阻率一般较低，故而 涡电流的强度一般很大，因而热效应和磁效应很涡电流的强度一般很大，因而热效应和磁效应很 明显，所以

8、在应用时要特别重视明显，所以在应用时要特别重视 即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀) 1.以下关于涡流的说法中正确的是以下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 穿过导体的磁通量发生变化而产生的穿过导体的磁通量发生变化而产生的 B涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电 流的特殊电流流的特殊电流 C涡流有热效应，但没有磁效应涡流有热效应，但没有磁效应 D在硅钢中不能产生涡流在硅钢中不能产生涡流 解析：解析：选选A.根据涡流的产生原因根据涡流的产生原因(变化磁场中的变化磁

9、场中的 金属块、电流变化的线圈附近的导体中都产生金属块、电流变化的线圈附近的导体中都产生 涡流涡流)知：涡流就是平时常见的感应电流，是因知：涡流就是平时常见的感应电流，是因 为穿过导体的磁通量发生变化而产生的，符合为穿过导体的磁通量发生变化而产生的，符合 感应电流产生的原因，所以感应电流产生的原因，所以A正确，正确，B错误。涡错误。涡 流和其他电流一样，也有热效应和磁效应，流和其他电流一样，也有热效应和磁效应，C 错误硅钢的电阻率大，产生的涡流较小，不错误硅钢的电阻率大，产生的涡流较小，不 是不能产生涡流，是不能产生涡流，D错误错误 二、电磁灶的原理及优点二、电磁灶的原理及优点 1电磁灶的工作

10、原理电磁灶的工作原理 电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈当电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈当 线圈中通有交替变化极快的交流电时，在台板上线圈中通有交替变化极快的交流电时，在台板上 与铁锅底之间产生强大的交变磁场；磁感线穿过与铁锅底之间产生强大的交变磁场；磁感线穿过 铁锅体，使锅底感应出大量的强涡流，当涡流受铁锅体，使锅底感应出大量的强涡流，当涡流受 材料电阻的阻碍时，就放出大量的热，将锅内食材料电阻的阻碍时，就放出大量的热，将锅内食 物加热物加热 2电磁灶的分类电磁灶的分类 常用电磁灶有工频电磁灶和高频电磁灶工频电常用电磁灶有工频电磁灶和高频电磁灶工频电 磁灶的主体部件是由励磁线圈的

11、励磁铁心组成的磁灶的主体部件是由励磁线圈的励磁铁心组成的 工频励磁器高频电磁灶主体部件由加热线圈、工频励磁器高频电磁灶主体部件由加热线圈、 控制保护电路组成控制保护电路组成 3电磁灶的优点电磁灶的优点 与一般灶具相比，电磁灶具有热效率高、环保性与一般灶具相比，电磁灶具有热效率高、环保性 好、节能等优点好、节能等优点 即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀) 2.涡电流会使金属发热，人们利用这个原理制成了涡电流会使金属发热，人们利用这个原理制成了 电磁灶关于电磁灶，下列说法正确的是电磁灶关于电磁灶，下列说法正确的是() A电磁灶都是用高频交流电工作的电磁灶都是用高频交流电工作的

12、B高频电磁灶有加热线圈，可以通过热传导将热高频电磁灶有加热线圈，可以通过热传导将热 能传导给锅体及锅内食物能传导给锅体及锅内食物 C电磁灶和微波炉是一个道理，工作原理是一样电磁灶和微波炉是一个道理，工作原理是一样 的的 D无论哪种电磁灶，都是利用涡流原理工作的无论哪种电磁灶，都是利用涡流原理工作的 解析：解析：选选D.电磁灶都是用家用交流电工作的，工频电磁灶都是用家用交流电工作的，工频 电磁灶就是直接用电磁灶就是直接用50 Hz的电流工作，而不是用高的电流工作，而不是用高 频交变电流工作的，故频交变电流工作的，故A错高频电磁灶由加热线错高频电磁灶由加热线 圈、灶面板、控制保护电路组成通过电子开

13、关，圈、灶面板、控制保护电路组成通过电子开关， 可以使加热线圈中产生高频率振荡电流，从而再使可以使加热线圈中产生高频率振荡电流，从而再使 锅体内产生涡电流，用以加热食物而不是直接用锅体内产生涡电流，用以加热食物而不是直接用 加热线圈去加热锅体内食物，故加热线圈去加热锅体内食物，故B错电磁灶是利错电磁灶是利 用电磁感应现象产生涡流，而微波炉是利用电磁场用电磁感应现象产生涡流，而微波炉是利用电磁场 产生电磁波，故产生电磁波，故C错电磁灶都是利用电磁感应产错电磁灶都是利用电磁感应产 生的涡电流的热效应工作的，故生的涡电流的热效应工作的，故D正确正确 课堂互动讲练课堂互动讲练 涡流的产生及利用涡流的产

14、生及利用 图图162是利用高频交流电焊接自行车零是利用高频交流电焊接自行车零 件的原理示意图，其中外圈件的原理示意图，其中外圈A是通高频交变电流的是通高频交变电流的 线圈，线圈，B是自行车零件，是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接是待焊接口，焊接时接 口两端接触在一起当口两端接触在一起当A中通有交变电流时中通有交变电流时B中会中会 产生感应电流，使得接口处金属熔化焊接起来产生感应电流，使得接口处金属熔化焊接起来 (1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有 什么关系？什么关系？ (2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口试解释说明，为什么焊接过程中，接口

15、a处被熔处被熔 化而零件的其他部分并不很热？化而零件的其他部分并不很热？ 图图162 【精讲精析精讲精析】(1)A中交变电流的频率越高，中交变电流的频率越高，B中中 磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感 应电流应电流I越大，所以电流热功率越大，所以电流热功率PI2R也越大，焊也越大，焊 接得越快接得越快 (2)B中各处电流大小相等，但接口中各处电流大小相等，但接口a处电阻大，电处电阻大，电 流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小， 所以接口所以接口a处已被熔化而零件其他部分并不很热处已被熔化而零

16、件其他部分并不很热 【答案答案】见精讲精析见精讲精析 【方法总结方法总结】高频焊接依据两点：一是涡流；二高频焊接依据两点：一是涡流；二 是闭合电路中的功率分配关系是闭合电路中的功率分配关系 电磁灶原理分析电磁灶原理分析 (2011年上海高二检测年上海高二检测)我们用来做煮食的我们用来做煮食的 炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相 同有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如同有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如 天然气炉；还有以直接的电热方式加热的，例如天然气炉；还有以直接的电热方式加热的，例如 电饭锅；下面介绍的是以电磁感应原理生热的电电饭锅；下

17、面介绍的是以电磁感应原理生热的电 磁炉磁炉 如图如图163所示是描述电磁炉工作原理的示意所示是描述电磁炉工作原理的示意 图炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线图炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线 圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不 断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉 上面的铁质上面的铁质(或钢质或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底内产生感应电流，由于 锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效 应，从而起到加热物体的作用应，从而起到加热物体的作用

18、电磁炉的特点是：电磁炉的效率比一般的炉子都电磁炉的特点是：电磁炉的效率比一般的炉子都 高，热效率高达高，热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废，炉面无明火，无烟无废 气，火力强劲，安全可靠气，火力强劲，安全可靠 因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的 热效应产生热量，所以不是所有的锅或烹饪器都热效应产生热量，所以不是所有的锅或烹饪器都 适用对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能适用对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能 被磁铁吸引的就能用适合放在电磁炉上的烹饪被磁铁吸引的就能用适合放在电磁炉上的烹饪 器有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的器有不锈钢

19、锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的 有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅 等等 图图163 (1)在用电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理在用电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理 有有(回答三个即可回答三个即可)： _. _. _. (2)电磁炉所用的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的电磁炉所用的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的 原因是原因是_；电磁炉所用的锅不能；电磁炉所用的锅不能 用铝锅、铜锅的原因是用铝锅、铜锅的原因是_ (3)在锅和电磁炉中间放置一纸板，则电磁炉还能在锅和电磁炉中间放置一纸板，则电磁炉还能 起到加热作用吗？为什么？起到加热作用吗？为什

20、么？ 【精讲精析精讲精析】(1)电流的磁效应电流的磁效应(或电生磁或电生磁) 电磁感应现象电磁感应现象(或磁生电或磁生电)电流的热效应电流的热效应(或或 焦耳定律焦耳定律) (2)不能产生电磁感应现象电阻率小，电热少，不能产生电磁感应现象电阻率小，电热少， 效率低效率低 (3)能起到加热作用线圈产生的磁场能穿透纸板能起到加热作用线圈产生的磁场能穿透纸板 到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热 效应加热食物效应加热食物 【答案答案】见精讲精析见精讲精析 【方法总结方法总结】此类题目属于信息题，阅读量此类题目属于信息题，阅读量 较大，对学生在阅读中提取

21、信息的能力要求较较大，对学生在阅读中提取信息的能力要求较 高，因此解答此类问题时，一定要认真，在阅高，因此解答此类问题时，一定要认真，在阅 读中发现问题，在阅读中分析问题，在阅读中读中发现问题，在阅读中分析问题，在阅读中 解决问题，在阅读中找到答案，在阅读中得出解决问题，在阅读中找到答案，在阅读中得出 结论结论 电磁驱动和电磁阻尼现象的分析电磁驱动和电磁阻尼现象的分析 (2011年咸阳高二检测年咸阳高二检测)如图如图164所示，所示， 蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和，磁铁和 线圈都可以绕线圈都可以绕OO轴转动，线圈的运动情况是轴转动，线圈的运动情况是