渦流現象與電磁灶教案

3.2渦流現象與電磁灶[學習目標定位]1.能說出渦流的產生緣由及渦流的防止和利用.2.了解電磁灶的工作原理．楞次定律：感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化．U2純電阻產生電熱的表達式：Q＝I2Rt＝UIt＝Rt.一、探究渦電流現象渦電流現象：用整塊金屬材料做鐵心繞制的線圈，鐵心的橫截面可看作是由一圈圈閉合回路組成的．當線圈中通有交變電流時，的感應電流，叫做渦電流，簡稱渦流．為了減小渦流，變壓器和鎮(zhèn)流器的鐵心通常用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓制成．二、無火之灶——電磁灶常用的電磁灶有工頻電磁灶和高頻電磁灶．利用渦電流轉化的熱能，還可提煉金屬；利用渦電流在磁場中受到的電磁力，可制成電磁驅動設備和電磁阻尼設備.一、探究渦電流現象[問題設計]演示渦流生熱試驗在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵心上面放一口小鐵鍋(1)，鍋內放少許水，給線圈通入交變電流一段時間．再用玻璃杯代替小鐵鍋，通電時間一樣．分析上面試驗結合教材內容答復以下問題：鐵鍋和玻璃杯中的水溫有什么不同？1答案通電后鐵鍋中的水漸漸變熱，玻璃杯中的水溫不變化(無視熱傳導)．試著解釋這種現象．答案線圈接入周期性變化的電流，某段時間內，假設電流變大，則其磁場變強，變化的磁場激發(fā)出感生電場，小鐵鍋(導體)可以看作生電動勢，從而產生渦旋狀的感應電流，由于導體存在電阻，當電流在導體中流淌時，就會產生電熱，則鍋中的水會熱起來．而玻璃當中雖然也會產生感生電場，但沒有自由移動的電荷，故不會產生電流，也不會產生電熱，則玻璃杯中的水溫沒有變化．[要點提煉]1．渦流是整塊導體發(fā)生的電磁感應現象，同樣遵循法拉第電磁感應定律．ΔB磁場變化越快Δt越大)S越大，導體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大．由于整塊金屬的電阻很小，所以渦電流常常很大．變壓器和鎮(zhèn)流器的鐵心通常用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓制成，失．二、無火之灶——電磁灶[問題設計]如2原理，他利用電流通過線圈產生磁場，當磁場內的磁感線通過含鐵質鍋底部時，即會產生很多的小渦流，使鍋體本身自行快速發(fā)熱，危害．”問題：(1)渦流產生在哪里？(2)產生渦流的局部和引起渦流(3)電磁爐的外表(陶瓷)在電磁爐工作時會不會發(fā)熱？為什么？2答案(1)渦流產生在鐵質鍋底部．(2)產生渦流的局部和引起渦(3)從理論上講，由于電磁爐外表是陶瓷做成，所以在電磁爐工作時不會發(fā)熱．[要點提煉]時，就放出大量的熱，將飯菜煮熟．三、電磁阻尼和電磁驅動[問題設計]電磁阻尼彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵．將磁鐵托起到端放一個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它(3所示)，磁鐵就會很快停下來，解釋這個現象．3答案多，彈簧振子的機械能損失較快，因而會很快停下來．電磁驅動4鐵和閉合線圈都可以繞OO′軸轉動．當蹄形磁鐵順時針轉動時線圈也順時針轉動，當磁鐵逆時針轉動時線圈也逆時針轉動．4依據以上現象，答復以下問題：蹄形磁鐵轉動時，穿過線圈的磁通量是否變化？線圈轉動起來的動力是什么力？線圈的轉動速度與磁鐵的轉動速度一樣嗎？答案(1)變化．(2)線圈內產生感應電流受到安培力的作用，安培力作為動力使線圈轉動起來．線圈的轉速小于磁鐵的轉速．[要點提煉]電磁阻尼與電磁驅動的區(qū)分與聯系：電磁阻尼中安培力的方向與導體運動方向相反，阻礙導體運運動．電磁阻尼中抑制安培力做功，其他形式的能轉化為電能，最終轉化為內能；電磁驅動中由于電磁感應，磁場能轉化為電能，通過安培力做功，電能轉化為導體的機械能而對外做功．電磁阻尼與電磁驅動現象中安培力的作用效果均為阻礙相對運動，應留意電磁驅動中導體的運動速度要小于磁場的運動速度．一、對渦流的理解例1 以下關于渦流的說法中正確的選項是( )渦流跟尋常常見的感應電流一樣，都是由于穿過導體的磁通量變化而產生的渦流不是感應電流，而是一種有別于感應電流的特別電流C．渦流有熱效應，但沒有磁效應D．在硅鋼中不能產生渦流答案A解析由金屬塊自身構成回路，它既有熱效應，也有磁效應，所以A正確，B、C錯誤；硅鋼中產生的渦流較小，D錯誤．二、對電磁灶工作原理的理解2電磁灶承受感應電流(渦流)的加熱原理，是通過電子線路產生交變磁場，把鐵鍋放在灶面上時，在鐵鍋底部產生交變的電流，它具有升溫快、效率高、體積小，安全性好等優(yōu)點．以下關于電磁灶的說法中正確的選項是()A．電磁灶面板可承受陶瓷材料，發(fā)熱局部為鐵鍋底部B．電磁灶可以用陶瓷器皿作為鍋具對食品加熱C．可以通過轉變電子線路的頻率來轉變電磁灶的功率D．電磁灶面板可承受金屬材料，通過面板發(fā)熱加熱鍋內食品答案AC解析制作，發(fā)熱局部為鐵鍋底部，故A正確，B、D錯誤；鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關，故C正確．三、對電磁阻尼和電磁驅動的理解例3 在水平放置的光滑絕緣導軌上，沿導軌固定一個條形磁鐵，如圖5所示，有銅、鋁和有機玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導軌上的A點以某一初速度向磁鐵滑去各滑塊在向磁鐵運動的過程中( )5A．都做勻速運動 B．甲、乙做加速運動C．甲、乙做減速運動 D．乙、丙做勻速運動解析甲、乙向磁鐵靠近時要產生渦流，受電磁阻尼作用，做減速運動，丙則不會產生渦流，只能勻速運動．答案C針對訓練線管長的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v6所示，在此過程中()A．磁鐵做勻速直線運動B．磁鐵做減速運動C．小車向右做加速運動D．小車先加速后減速解析做減速運動，B項對．都是水平向右，這個安培力使小車向右運動，且始終做加速運動，C項對．答案BC1．(渦流的理解)以下做法中可能產生渦流的是( A．把金屬塊放在勻強磁場中B．讓金屬塊在勻強磁場中做勻速運動C．讓金屬塊在勻強磁場中做變速運動D．把金屬塊放在變化的磁場中答案D解析生變化．而A、B、C中磁通量不變化，所以A、B、C錯誤；把金屬生，所以D正確．2．(對電磁灶工作原理的理解)熔化金屬的一種方法是用“高頻爐”，它的主要部件是一個銅制線圈，線圈中有一鉗鍋，鍋內放待熔的金屬塊，當線圈中通以高頻溝通電時，鍋中金屬就可以熔化，這是由于( )A．線圈中的高頻溝通電通過線圈電阻，產生焦耳熱B．線圈中的高頻溝通電產生高頻微波輻射，深入到金屬內部，產生焦耳熱C．線圈中的高頻溝通電在鉗鍋中產生感應電流，通過鉗鍋電阻產生焦耳熱D．線圈中的高頻溝通電在金屬塊中產生感應電流，通過金屬塊電阻產生焦耳熱答案D解析線圈中的高頻溝通電通過線圈，從而產生變化的電磁場，使得處于電磁場的金屬塊產生渦流，進而發(fā)熱，故A、B、C錯誤，D正確；應選D.3．(電磁阻尼的理解與應用)7h處自S1 t1vSt，落地時速度為1 v.則它們的大小關系正確的選項是( )v271A．t1＞t2，v1＞v2B．t1＝t2，v＝v211C．t1＜t2，v＜v2D．t1＜t2，v1＞v2答案D1解析S斷開時，線圈中無感應電流，對磁鐵無阻礙作用，故磁鐵自由下落，a＝g；當S閉合時，線圈中有感應電流，對磁鐵有a＜g.t1＜t2，v1＞v2.4．(對渦流的防止)變壓器的鐵心是利用薄硅鋼片疊壓而成的，而不是承受一整塊硅鋼，這是為了( )A．增大渦流，提高變壓器的效率B．減小渦流，提高變壓器的效率C．增大鐵心中的電阻，以產生更多的熱量D．增大鐵心中的電阻，以減小發(fā)熱量答案BD解析增大鐵心中的電阻，削減電能轉化成鐵心的內能，提高效率，而且是為了防止渦流而實行的措施．題組一渦流的理解與應用1．以下儀器是利用渦流工作的有( )A．電磁灶 B．微波爐C．金屬探測器答案ACD

D．真空冶煉爐電磁爐是利用電磁感應現象產生的渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物，以下相關的說法中正確的選項是( )A．鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關B．電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作C．金屬或環(huán)保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物D．電磁爐的上外表一般都用金屬材料制成，以加快熱傳遞削減熱損耗答案A解析鍋體中渦流的強弱與磁場變化的頻率有關，故A正確；能使用直流電，故B錯誤；鍋體只能用鐵磁性導體材料，不能使用絕緣材料制作鍋體，故C錯誤；電磁爐產生變化的磁場，導致加熱鍋底消滅渦流，從而產生熱量而不是靠熱傳遞，D錯誤．安檢門是一個用于安全檢查的“門”，“門框”內有線圈，線圈里通有交變電流交變電流在“門”內產生交變磁場金屬物品通過“門”時能產生渦流，渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流，從而引起報警．以下關于這個安檢門的說法正確的選項是( )A．這個安檢門也能檢查出毒品攜帶者B．這個安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者C．假設這個“門框”的線圈中通上恒定電流，也能檢查出金屬物品攜帶者D．這個安檢門工作時，既利用了電磁感應現象，又利用了電流的磁效應答案BD解析攜帶者，A錯，B對．假設“門框”的線圈中通上恒定電流，只能產生帶者，C錯．安檢門工作時，既利用了電磁感應現象，又利用了電流的磁效應，D對．如圖1所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時待焊接的金屬工件中就產生感應電流感應電流通過焊縫產生大量熱，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他局部發(fā)熱很少，以下說法正確的選項是( )圖1A．電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度上升的越快B．電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度上升的越快C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是由于焊縫處的電阻小D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是由于焊縫處的電阻大答案AD解析溝通電頻率越高，則產生的感應電流越強，升溫越快，故A項對．工件上各處電流一樣，電阻大處產生的熱量多，故D項對．52所示，拋物線y＝x2，下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上b(b＞a)v沿拋物線下滑．假設拋物線足夠長，金屬塊沿()mgb

212mv21mg(b－a)答案D

mg(b－a)＋2mv2解析塊所能到達的最高位置越來越低，當金屬塊所能到達的最高位置為y＝a時，金屬塊不再進出磁場，不再產生焦耳熱．金屬塊的機械能不再損失，而在磁場中做往復運動．由于金屬塊削減的動能和重力勢能全部轉化為內能，所以1Q＝|ΔE＋ΔE|＝mg(b－a)＋mv2.p k 2，這樣做的目的是()A．防止渦流而設計的B．利用渦流而設計的C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅動的作用答案BC解析線圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉動，鋁框隨之轉動，并切割磁感線產生感應電流，也就是渦流．渦流阻礙線圈的轉動，使尼的作用．題組二對電磁驅動與電磁阻尼的理解與應用外形均一樣且內壁光滑、但用不同材料制成的圓管，豎直固定在一樣高度．兩個一樣的磁性小球，同時從AB管上端的管口無初速度釋放穿過A管比穿過B管的小球先落到地面．下面對于兩管的描述中可能正確的選項是( )3A．A管是用塑料制成的，B管是用銅制成的B．A管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的C．A管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的D．A管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的答案AD如圖4所示金屬球(銅球)下端有通電的線圈今把金屬球向上拉離平衡位置后釋放，此后金屬球的運動狀況是 (不計空氣阻力)( )4A．做等幅振動B．做阻尼振動C．振幅不斷增大D．無法判定答案B解析金屬球在通電線圈產生的磁場中運動，金屬球中產生渦流，故金屬球要受到安培力作用，阻礙它的相對運動，做阻尼振動．如圖5所示是電表中的指針和電磁阻尼器，以下說法中正確的選項是( )5A．2是磁鐵，1中產生渦流B．1是磁鐵，2中產生渦流C．該裝置的作用是使指針能夠轉動D．該裝置的作