高中物理第1章电磁感应第3节电磁感应定律的应用教学案鲁科版_第1页
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高中物理第1章电磁感觉第3节电磁感觉定律的应用教教学设计鲁科版高中物理第1章电磁感觉第3节电磁感觉定律的应用教教学设计鲁科版11/11高中物理第1章电磁感觉第3节电磁感觉定律的应用教教学设计鲁科版第3节电磁感觉定律的应用金属块在变化的磁场中形成的像旋涡相同的感觉电流叫涡流,电磁炉就是利用涡流加热食品。2.磁卡利用资料的磁化和电磁感觉原理存守信息。记录信息是电流的磁效应,读守信息是电磁感觉。3.动圈式话筒是电磁感觉的应用,由膜片、线圈、永磁体组成。声波使金属膜片带动其上的线圈在永磁铁的磁场中振动而产生感觉电流,感觉电流的大小和方向随声波变化。一、涡流及其应用1.涡流将整块金属放在变化的磁场中,穿过金属块的磁通量发生变化,金属块内部就会产生旋涡状的感觉电流,这种感觉电流叫做涡电流,简称涡流。2.涡流的应用——电磁炉工作原理:利用涡流原理制成的。图1-3-1优点:热效率高;无烟火,无毒气、废气,被称为“绿色炉具”;只对铁质锅具加热,炉体自己不发热。3.涡流的危害及防范危害:变压器、电动机、发电机的铁芯会因涡流损失大量的电能并以致设备发热。防范:为减小涡流,电动机、变压器铁芯是用表面涂有绝缘资料的薄硅钢片叠成的,而不采用整块硅钢铁芯,这样能够使涡流大为减弱,涡流损失大大降低,进而降低能耗,提高了设备的工作效率。二、磁卡和动圈式话筒1.磁卡工作原理磁卡信息的录入是利用了电流的磁效应;信息的读取与录入过程相反,利用了电磁感觉原理。2.动圈式话筒动圈式话筒是把声音信号转变成电信号的装置,由膜片、线圈、永磁体等组成。其工作原理是利用了电磁感觉现象。1.自主思虑——判一判涡流也是感觉电流。(√)金属中的涡流会产生热量,生活中的电磁炉是利用这一原理而工作的。(√)磁卡读守信息时,利用了电磁感觉原理。(√)录音机在磁带上录制声音时,利用了电磁感觉原理。(×)动圈式话筒工作时利用了电磁感觉现象把声音信号转变成电信号。(√)2.合作研究——议一议电磁炉使用时无烟火、无燃气,炉体自己也不发热,它是如何加热锅内食品的呢?提示:电磁炉是近几年来逐渐进入家庭的一种新式炉具,其工作原理与涡流有关。如图甲所示,当50Hz的交变电流流入电磁炉时,经过整流和变频后,变成20~50kHz的高频交变电流进入炉内线圈,产生了变化很快的磁场,如图乙所示,放在电磁炉上边的铁质(或钢质)锅底内产生了感觉电动势,由E=nΦΦt,由于磁场变化快,则t大,故感觉电动势E较大,而铁质(钢质)锅底是整块导体,电阻很小,因此在锅底产生很强的涡电流,热效应极大,短时间内锅底迅速发热,加热锅内的水或食品,如图丙所示。在使用电磁炉时,所有的锅具都能用吗?提示:不能够。由于电磁炉是以电磁感觉产生涡电流,利用涡电流的热效应产生热量,所以不是所有的锅具都能用。适合放在电磁炉上烹饪的器拥有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅(钢锅)等;不适用的有陶瓷锅、耐热玻璃锅等,由于陶瓷锅和玻璃锅是由绝缘资料制成,不能够产生涡流,无法加热食品。(3)动圈式话筒与电容式话筒的工作原理相同吗?提示:动圈式话筒与电容式话筒的工作原理不相同,电容式话筒的工作原理是随着声音信号的变化,电容器两极板间的距离发生变化,进而改变电容器的电容,使电容器在不停地充放电,形成充放电电流,而不是依照电磁感觉现象制作的。涡流的产生及能量变化1.涡流产生的条件涡流的实质是电磁感觉现象,涡流的产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化,并且金属块自己可自行组成闭合回路。同时由于整个导体回路的电阻一般很小,因此感觉电流很大,就像水中的旋涡。2.涡流的大小(1)涡流的大小与电流变化频率有关,电流变化越快,产生的感觉电动势E越大。与被感觉的金属导体的电阻有关,电阻越小,金属导体产生的涡流越强。为尽可能减小涡流损失,可采用大电阻率的硅钢片制作铁芯。3.能够产生涡流的两种情况把块状金属放在变化的磁场中。让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。4.能量转变陪同着涡流现象,其他形式的能转变成电能最后在金属块中转变成内能。若是金属块放在了变化的磁场中,则磁场能转变成电能最后转变成内能;若是是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,则由于战胜安培力做功,金属块的机械能转变成电能,最后转变成内能。[典例]圆滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图1-3-2所示,抛物线下半部分处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上界线是y=a的直线(图中虚线所示),一个金属块从抛物线上y=b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑,假设抛物线足够长,金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是()图1-3-2A.mgb

12B.2mv+mgbC.mg(b-a)

12D.2mv+mg(b-a)[思路点拨

](1)金属块在屡次进出磁场时会产生感觉电流。(2)金属块最后将在虚线以下的圆滑曲面上做往来运动,而不是停在

O点。[解析]

金属块在进出磁场过程中要产生感觉电流,

感觉电流产生焦耳热,机械能要减少,上升的最大高度不停降低,最后恰巧滑不出磁场后,就做往来运动,永不停止。依照能量转变与守恒定律,整个过程中产生的焦耳热应等于机械能的损失,

即Q=

12E=2mv+mg(b-a),故

D正确。[答案]

D办理有关涡流问题有两种方法:一是利用楞次定律、法拉第电磁感觉定律等知识来判断涡流的作用;二是从能量转变和守恒的角度判断涡流现象中的能量转变问题。如图1-3-3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,一个容器中水温高升,则通入的电流与水温高升的是()图1-3-3A.恒定直流、小铁锅B.恒定直流、玻璃杯C.变化的电流、小铁锅D.变化的电流、玻璃杯解析:选C通入恒定直流时,所产生的磁场不变,不会产生感觉电流,通入变化的电流,所产生的磁场发生变化,在导体内产生涡流,电能转变成内能,使水温高升;涡流是由变化的磁场在导体内产生的,因此玻璃杯中的水不会升温。2.目前金属探测器已经广泛应用于各种安检、高考及一些重要场所,关于金属探测器的以下有关论述中正确的选项是()A.金属探测器可用于月饼生产中,用来防范微小的金属颗粒混入月饼陷中B.金属探测器能帮助医生探测少儿吞食或扎到手、脚中的金属物,是由于探测器的线圈中能产生涡流C.使用金属探测器时,应该让探测器静止不动,探测收效会更好D.能利用金属探测器检测考生可否携带手机等违禁物品,是由于探测器的线圈中通有直流电解析:选A金属探测器的探测线圈中,通有交变电流,会在被探测的金属中激起涡流,涡流又会产生磁场,反过来影响原来的磁场,惹起探测器发出鸣声。当探测器有关于被测金属发生搬动时,探测器的线圈中的交流电产生的磁场相对变化较快,在金属中产生的涡流会更强,检测收效更好,故

A正确。如图1-3-4所示,上下张口、内壁圆滑的铜管P和塑料管Q竖直放置,小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部,则小磁块()图1-3-4A.在P和Q中都做自由落体运动B.在两个下落过程中的机械能都守恒C.在P中的下落时间比在Q中的长D.落至底部时在P中的速度比在Q中的大解析:选C小磁块在铜管中下落时,由于电磁阻尼作用,不做自由落体运动,机械能不守恒,而在塑料管中不受阻力作用而做自由落体运动,机械能守恒,因此在P中下落得慢,用时长,到达底端速度小,C项正确,A、B、D错误。磁卡和动圈式话筒的工作原理1.磁卡的工作原理磁卡的录入:线圈输入变化的信号电流

磁头空隙处产→

运动的磁卡磁→

磁卡记录下→电流磁效应―→磁现象磁卡的读取:磁卡记录运动的磁化的磁性层惹起线圈中感磁头空隙处应出信号的磁信号→磁卡磁性层→→磁场变化信息电流磁现象―→电磁感觉2.动圈式话筒的工作原理构造。图1-3-5(2)原理:话筒是把声音转变成电信号的装置。如图1-3-5是动圈式话筒构造原理图,它是利用电磁感觉现象工作的,当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈(音圈)随着一起振动,音圈在永久磁铁的磁场里振动,进而产生感觉电流(电信号),感觉电流的大小和方向都变化,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,扬声器中就发出了放大的声音。1.如图1-3-6所示,磁带录音机既可用做录音,也可用做放音,其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b,不论是录音还是放音过程,磁带或磁隙软铁都会存图1-3-6在磁化现象,下面关于它们在录音、放音过程中的主要工作原理的说法,正确的选项是()A.录音的主要原理是电流的磁效应,放音的主要原理是电磁感觉B.录音的主要原理是电磁感觉,放音的主要原理是电流的磁效应C.录音和放音的主要原理都是磁场对电流的作用D.录音和放音的主要原理都是电磁感觉解析:选A依照磁带录音机录音、放音的工作原理可知选项A正确。2.唱卡拉OK用的话筒,内有传感器,其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后边黏接一个轻小的金属线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变成电信号。以下各说法中正确的选项是()A.该传感器是依照电流的磁效应工作的B.该传感器是依照电磁感觉原理工作的C.膜片振动时,穿过线圈的磁通量不变D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感觉电动势解析:选B动圈式话筒是利用电磁感觉制成的。当声波使金属膜片振动时,黏接在膜片上的金属线圈随着一起振动,线圈在永磁体的磁场里振动,线圈中的磁通量发生变化,进而产生感觉电动势和感觉电流,将声音信号转变成电信号。1.以下关于涡流的说法中正确的选项是()A.涡流跟平经常有的感觉电流相同,都是由于穿过导体的磁通量变化而产生的B.涡流不是感觉电流,而是一种有别于感觉电流的特别电流C.涡流有热效应,但没有磁效应D.在硅钢中不能够产生涡流解析:选

A

涡流属电磁感觉现象,故

A项正确,

B项错误。涡流拥有电流的热效应和磁效应,故

C项错。硅钢可是电阻率大,涡流小,故

D项错。2.以下哪些仪器不是利用涡流工作的

(

)A.电磁炉

B.微波炉C.金属探测器

D.真空冶炼炉解析:选B电磁炉、金属探测器、真空冶炼炉都是利用涡流工作的,微波炉是利用微波能量易被水吸取的原理达到加热食品的目的,不是利用涡流工作的,应选B。3.变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这是由于()A.增大涡流,提高变压器的效率B.减小涡流,提高变压器的效率C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量D.减小铁芯中的电阻,以减小发热量解析:选B不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片,这样做的目的是增大铁芯中的电阻,阻断涡流回路,来减少电能转变成铁芯的内能,提高效率,因此B正确。4.(多项选择)磁电式仪表的线圈平时用铝框作骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是()A.防范涡流而设计的B.利用涡流而设计的C.起电磁阻尼的作用D.起电磁驱动的作用解析:选BC线圈通电后,在安培力作用下发生转动,铝框随之转动,并切割磁感线产生感觉电流,就是涡流。涡流阻拦线圈的转动,使线圈偏转后赶忙停下来,因此,这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用,故B、C均正确。5.动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感觉现象。如图1所示,图甲是动圈式话筒的原理图,图乙是录音机的录、放音原理图。由图可知以下说法错误的选项是()图1A.话筒工作时,磁铁不动,音圈随膜片振动而产生感觉电流B.录音机放音时,变化的磁场在静止的线圈内激倡导感觉电流C.录音机放音时,线圈中变化的电流在磁头空隙处产生变化的磁场D.录音机录音时,线圈中变化的电流在磁头空隙处产生变化的磁场解析:选C由动圈式话筒原理图可知,话筒工作时将声音信号转变成电信号,A正确;录音机放音时,将磁信号转变成电信号,录音时,将电信号转变成磁信号加以保存,B、D均正确,C错误。6.(多项选择)如图2所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,以下措施可行的有()图2A.增加线圈的匝数B.提高交流电源的频率C.将金属杯换为瓷杯D.取走线圈中的铁芯解析:选AB当线圈上通交流电时,金属杯由于发生电磁感觉现象,杯中有感觉电流,对水加热,若要增大感觉电流,则需要增大感觉电动势也许减小杯体的电阻。增加线圈的匝数,使得穿过金属杯的磁场增强,感觉电动势增大,选项A正确;提高交流电的频率,使得磁通量的变化率增大,感觉电动势增大,选项B正确;若将金属杯换为瓷杯,则不会产生感觉电流,选项C错误;取走线圈中的铁芯,磁场会大大减弱,感觉电动势减小,选项D错误。7.在水平放置的圆滑导轨上,沿导轨固定一个条形磁铁,如图3所示,现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙,使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各滑块在未接触磁铁前的运动情况是

(

)图3A.都做匀速运动B.甲、乙做加速运动C.甲、乙做减速运动D.乙、丙做匀速运动解析:选C铜块、铝块向磁铁凑近时,穿过它们的磁通量发生变化,因此在其内部产生涡流,反过来涡流产生的感觉磁场对原磁场的变化起阻拦作用,

因此铜块和铝块向磁铁运动时会碰到阻拦而减速,有机玻璃为非金属,不产生涡流现象。故

C正确。8.如图

4所示,使一个水平放置的铜围绕其竖直的轴

OO′转动,且假设摩擦等阻力不计,转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘,则

(

)图4A.铜盘转动将变慢B.铜盘转动将变快C.铜盘仍以原来的转速转动D.铜盘的转动速度可否变化,要依照磁铁的上下两端的极性来决定解析:选A当一个蹄形磁铁移近铜盘时,铜盘转动切割磁感线,产生感觉电流,由楞次定律可知感觉电流受的安培力阻拦其相对运动,因此铜盘的转动将变慢,本题也能够从能量守恒的角度去解析,由于铜盘转动切割磁感线,产生感觉电流,铜盘的机械能不停转变成电能,铜盘转动会逐渐变慢,故正确选项为A。9.磁卡的磁条中适用于储藏信息的磁极方向不相同的磁化区,刷卡器中有检测线圈(如图5甲所示)。当以速度v0刷卡时,在线圈中产生感觉电动势,其E-t关系如图乙所示。若是只将刷卡速度改为v0,线圈中的E-t关系图可能是选项中的()2图5v0解析:选

D

若将刷卡速度改为

2,线圈切割磁感线运动时产生的感觉电动势大小将会减半,周期将会加倍,故D正确。10.(多项选择)如图6所示,在O点正下方有一个拥有理想界线的磁场,

铜环在

A点由静止释放

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