高考物理一輪復(fù)習(xí) 第6講 渦流現(xiàn)象與電磁爐課件 滬科版選修32.ppt

1 知道渦流是如何產(chǎn)生的 重點 2 知道渦流的弊與利以及如何防止和利用 3 了解常見的電磁灶的分類和工作原理 一 探究渦電流現(xiàn)象1 渦流 當(dāng)線圈中通有交變電流時 鐵心中這些回路的磁通量就會發(fā)生變化 從而在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流 這種感應(yīng)電流呈 狀 所以叫做渦電流 又叫 渦旋 渦流 2 渦流的危害由于整塊金屬的電阻 所以渦電流常常 渦電流會引起鐵心發(fā)熱 這不僅損耗了大量的電能 而且還可能燒壞設(shè)備 3 渦流危害的防止變壓器和鎮(zhèn)流器的鐵心通常用涂有絕緣漆的 疊壓制成 而不是用 制成 其原因是為了 很小 很大 薄硅鋼片 一整塊金屬 減小渦電流 想一想渦流是在整塊金屬中產(chǎn)生的渦旋狀電流 是否遵循法拉第電磁感應(yīng)定律 提示 渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律 二 無火之灶 電磁灶1 工頻電磁灶 1 結(jié)構(gòu) 由烹調(diào)鍋 灶面板及工頻勵磁器構(gòu)成 工頻勵磁器由 和 構(gòu)成 2 工作原理 在兩組線圈中分別通過50hz的電流ia和ib 從而在鍋體中產(chǎn)生渦流 在鍋體中轉(zhuǎn)化為熱能以加熱食品 勵磁線圈 勵磁鐵心 電能 2 高頻電磁灶 1 結(jié)構(gòu) 由 三部分組成 2 工作原理 50hz的交流電經(jīng)過整流和濾波變?yōu)?然后通過電子開關(guān)的迅速導(dǎo)通和截止 使加熱線圈中產(chǎn)生20khz 50khz的 從而產(chǎn)生高頻磁場使鍋內(nèi)產(chǎn)生渦流 加熱食品 加熱線圈 灶面板 控制保護電路 直流 高頻振蕩電流 學(xué)案導(dǎo)引1 渦流產(chǎn)生的條件是什么 塊狀金屬在勻強磁場中運動能形成渦流嗎 2 利用渦流加熱物體時 為什么使用高頻交流電呢 1 渦流的產(chǎn)生 渦流實際上是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場中 或者導(dǎo)體在非勻強磁場中運動時 導(dǎo)體內(nèi)部可以等效成許許多多的閉合電路 當(dāng)穿過這些閉合電路的磁通量變化時 在導(dǎo)體內(nèi)部的這些閉合電路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流 即導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了渦流 2 渦流的特點 當(dāng)電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路 產(chǎn)生渦流 時 由于整塊金屬的電阻很小 渦流往往很強 根據(jù)公式p i2r知 熱功率的大小與電流的平方成正比 故金屬塊的發(fā)熱功率很大 3 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 如果金屬塊放在了變化的磁場中 則磁場能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動 則由于克服安培力做功 金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能 最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 如圖所示 在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵心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 a 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 思路點撥 解此題應(yīng)把握兩點 1 穿過回路的磁通量變化是產(chǎn)生渦流的必要條件 2 渦流是在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的 精講精析 通入恒定直流時 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 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 答案 c 變式訓(xùn)練 2012 上海高二檢測 高頻感應(yīng)爐是用來熔化金屬對其進行冶煉的 如圖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)混入被煉金屬中 因此適于冶煉特種金屬 該爐的加熱原理是 a 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)金屬也通了電解析 選c 高頻感應(yīng)爐的原理是給線圈通以高頻交變電流后 線圈產(chǎn)生高頻變化的磁場 磁場穿過金屬 在金屬內(nèi)產(chǎn)生強渦流 利用渦流的熱效應(yīng) 可使金屬熔化 學(xué)案導(dǎo)引1 電磁灶的工作原理是什么 有哪些優(yōu)點 2 使用電磁灶時 所有的鍋具都能用嗎 1 工頻電磁灶 1 結(jié)構(gòu)如圖工頻電磁灶的結(jié)構(gòu)與原理示意圖 它的勵磁線圈和勵磁鐵心構(gòu)成了工頻勵磁器 2 工作原理 接通電源后 在兩組線圈中分別通過50hz的電流ia和ib 從而在鍋體中產(chǎn)生渦流 渦流又將電能在鍋體的材料電阻上轉(zhuǎn)化為熱能以加熱食品 同時 渦流又在磁場中受到電磁力的作用 可使鍋體緊緊地吸附在灶面板上 避免產(chǎn)生振動而發(fā)出噪音 2 高頻電磁灶 1 結(jié)構(gòu) 它由加熱線圈 灶面板 控制保護電路三部分組成 如圖所示 高頻電磁灶的結(jié)構(gòu)示意圖 2 原理 接通電源后 50hz的交變電流經(jīng)過整流和濾波變?yōu)橹绷?然后通過電子開關(guān)的迅速導(dǎo)通和截止 使加熱線圈中產(chǎn)生頻率為20 50khz的高頻振蕩電流 高頻電流產(chǎn)生高頻磁場 從而在鍋體內(nèi)產(chǎn)生渦流 渦流導(dǎo)致鍋體發(fā)熱 加熱食品 特別提醒 因為電磁灶是以電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦電流 利用渦電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量 所以不是所有的鍋具都能用 適合放在電磁爐上烹飪的器具有不銹鋼鍋 不銹鋼壺 平底鐵鍋 鋼鍋 等 不適用的有陶瓷鍋 耐熱玻璃鍋等 因為陶瓷鍋或玻璃鍋是絕緣材料 不能產(chǎn)生渦流 無法加熱食物 我們用來煮食的爐子有各種各樣的款式 它們的工作原理各不相同 有以天然氣 液化石油氣等作燃料的 例如天然氣爐 還有以直接的電熱方式加熱的 例如電飯鍋 下面介紹的是以電磁感應(yīng)原理生熱的電磁爐 如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖 爐 子的內(nèi)部有一個金屬線圈 當(dāng)電流通過線圈時 會產(chǎn)生磁場 這個磁場的大小和方向是不斷變化的 這個變化的磁場又會引起放在電磁爐上面的鐵質(zhì) 或鋼質(zhì) 鍋底內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流 由于鍋底有電阻 所以感應(yīng)電流又會在鍋底產(chǎn)生熱效應(yīng) 從而起到加熱物體的作用 電磁爐的特點是 電磁爐的效率比一般的爐子都高 熱效率高達90 爐面無明火 無煙無廢氣 火力強勁 安全可靠 因為電磁爐是以電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流 利用電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量 所以不是所有的鍋或烹飪器都適用 對于鍋的選擇 方法很簡單 只要鍋底能被磁鐵吸引的就能用 適合放在電磁爐上的烹飪器有不銹鋼鍋 不銹鋼壺 平底鐵鍋 不適用的有陶瓷鍋 圓底鐵鍋 耐熱玻璃鍋 鋁鍋 銅鍋等 1 在用電磁爐加熱食物的過程中涉及的物理原理有 回答三個即可 2 電磁爐所用的鍋不能用陶瓷鍋 耐熱玻璃鍋的原因是 電磁爐所用的鍋不能用鋁鍋 銅鍋的原因是 3 在鍋和電磁爐中間放置一紙板 則電磁爐還能起到加熱作用嗎 為什么 思路點撥 此類題屬于信息題 解題的關(guān)鍵有兩點 1 熟悉并理解電磁爐的構(gòu)造及工作原理 2 認真讀題 提取和問題相應(yīng)的信息 精講精析 1 由題干信息可知 電磁爐的原理是變化的電流形成變化的磁場 變化的磁場使電磁爐上的鍋具產(chǎn)生渦流加熱食物 故涉及以下三個原理 電流的磁效應(yīng) 或電生磁 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 或磁生電 電流的熱效應(yīng) 或焦耳定律 2 電磁爐是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用 陶瓷鍋 耐熱玻璃鍋不能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象 為了更有效加熱食物 應(yīng)選取電熱效率高的鍋具 鋁鍋和銅鍋電阻率小 電熱少 效率低 3 能起到加熱作用 線圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達鍋底 在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流 利用電流的熱效應(yīng)加熱食物 答案 見精講精析 規(guī)律方法 此類題目屬于信息題 閱讀量較大 對學(xué)生在閱讀中提取信息的能力要求較高 因此解答此類問題時 一定要認真 在閱讀中發(fā)現(xiàn)問題 在閱讀中分析問題 在閱讀中解決問題 互動探究由上例可知電磁灶是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理加熱的一種無明火特殊灶具 目前高頻電磁灶的灶面只適用于平底鍋具 若將弧底鍋加入金屬材料改造成如圖的平底結(jié)構(gòu) 能否正常工作 解析 這種改造既能使弧底鍋能夠穩(wěn)定地放在灶面上 又因附加部分為金屬材料 能在高頻交變磁場中獲得理想的渦流發(fā)熱效果 所以改造后能正常工作 答案 見解析 電磁驅(qū)動與力學(xué)綜合 經(jīng)典案例 8分 如圖所示 光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平軌道相連 水平軌道上方有一足夠長的金屬桿 桿上掛有一光滑螺線管a 在弧形軌道上高為h的地方 無初速釋放一磁鐵b 可視為質(zhì)點 b下滑至水平軌道時恰好沿