滬科版選修32 3.2渦流現(xiàn)象與電磁灶 學(xué)案.docx

學(xué)案9渦流現(xiàn)象與電磁灶目標(biāo)定位 1.能說(shuō)出渦流的產(chǎn)生原因及渦流的防止和利用.2.了解電磁灶的工作原理一、探究渦電流現(xiàn)象演示渦流生熱實(shí)驗(yàn)在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵心上面放一口小鐵鍋(如圖1)，鍋內(nèi)放少許水，給線圈通入交變電流一段時(shí)間再用玻璃杯代替小鐵鍋，通電時(shí)間相同分析上面實(shí)驗(yàn)結(jié)合教材內(nèi)容回答下列問(wèn)題：圖1(1)鐵鍋和玻璃杯中的水溫有什么不同？(2)試著解釋這種現(xiàn)象答案(1)通電后鐵鍋中的水逐漸變熱，玻璃杯中的水溫不變化(忽略熱傳導(dǎo))(2)線圈接入周期性變化的電流，某段時(shí)間內(nèi)，若電流變大，則其磁場(chǎng)變強(qiáng)，變化的磁場(chǎng)激發(fā)出感生電場(chǎng)，小鐵鍋(導(dǎo)體)可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場(chǎng)作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流，由于導(dǎo)體存在電阻，當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電熱，則鍋中的水會(huì)熱起來(lái)而玻璃當(dāng)中雖然也會(huì)產(chǎn)生感生電場(chǎng)，但沒(méi)有自由移動(dòng)的電荷，故不會(huì)產(chǎn)生電流，也不會(huì)產(chǎn)生電熱，則玻璃杯中的水溫沒(méi)有變化要點(diǎn)總結(jié)1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2磁場(chǎng)變化越快(越大)，導(dǎo)體的橫截面積s越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大3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，而不是用一整塊鐵制成，其原因是為了減小渦電流，減少鐵心發(fā)熱損失例1下列關(guān)于渦流的說(shuō)法中正確的是()a渦流跟平時(shí)常見(jiàn)的感應(yīng)電流一樣，都是因?yàn)榇┻^(guò)導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的b渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流c渦流有熱效應(yīng)，但沒(méi)有磁效應(yīng)d在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流答案a解析渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，只不過(guò)是由金屬塊自身構(gòu)成回路，它既有熱效應(yīng)，也有磁效應(yīng)，所以a正確，b、c錯(cuò)誤；硅鋼中產(chǎn)生的渦流較小，d錯(cuò)誤二、無(wú)火之灶電磁灶如圖2所示是某電磁爐的工作原理圖，下面是某一品牌電磁爐的說(shuō)明書上的部分內(nèi)容：“這一部分和電磁爐是采用磁場(chǎng)感應(yīng)渦流加熱原理， 它利用電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁感線通過(guò)含鐵質(zhì)鍋底部時(shí)， 即會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小渦流，使鍋體本身自行快速發(fā)熱，然后再加熱鍋內(nèi)食物電磁爐工作時(shí)產(chǎn)生的電磁波，完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋所吸收，不會(huì)泄漏，對(duì)人體健康絕對(duì)無(wú)危害”問(wèn)題：(1)渦流產(chǎn)生在哪里？(2)產(chǎn)生渦流的部分和引起渦流的部分是否接觸？(3)電磁爐的表面(陶瓷)在電磁爐工作時(shí)會(huì)不會(huì)發(fā)熱？為什么？圖2答案(1)渦流產(chǎn)生在鐵質(zhì)鍋底部(2)產(chǎn)生渦流的部分和引起渦流的部分不接觸(3)從理論上講，由于電磁爐表面是陶瓷做成，所以在電磁爐工作時(shí)不會(huì)發(fā)熱要點(diǎn)總結(jié)電磁灶的臺(tái)面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈當(dāng)通上交替變化極快的交變電流時(shí)，在臺(tái)板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)；磁感線穿過(guò)鍋體，使鍋底感應(yīng)出大量的強(qiáng)渦流，當(dāng)渦流受到材料電阻的阻礙時(shí)，就放出大量的熱，將飯菜煮熟例2(多選)電磁灶采用感應(yīng)電流(渦流)的加熱原理，是通過(guò)電子線路產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，把鐵鍋放在灶面上時(shí)，在鐵鍋底部產(chǎn)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(diǎn)下列關(guān)于電磁灶的說(shuō)法中正確的是()a電磁灶面板可采用陶瓷材料，發(fā)熱部分為鐵鍋底部b電磁灶可以用陶瓷器皿作為鍋具對(duì)食品加熱c可以通過(guò)改變電子線路的頻率來(lái)改變電磁灶的功率d電磁灶面板可采用金屬材料，通過(guò)面板發(fā)熱加熱鍋內(nèi)食品答案ac解析電磁灶的上表面如果用金屬材料制成，使用電磁灶時(shí)，上表面材料發(fā)生電磁感應(yīng)要損失電能，所以電磁爐上表面要用絕緣材料制作，發(fā)熱部分為鐵鍋底部，故a正確，b、d錯(cuò)誤；鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場(chǎng)變化的頻率有關(guān)，故c正確三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)1電磁阻尼彈簧上端固定，下端懸掛一根磁鐵將磁鐵托起到某一高度后放開(kāi)，磁鐵能上下振動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間才停下來(lái)如果在磁鐵下端放一個(gè)固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過(guò)它(如圖3所示)，磁鐵就會(huì)很快停下來(lái)，解釋這個(gè)現(xiàn)象圖3答案當(dāng)磁鐵穿過(guò)固定的閉合線圈時(shí)，在閉合線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)會(huì)阻礙磁鐵靠近或離開(kāi)線圈，也就使磁鐵振動(dòng)時(shí)除了受空氣阻力外，還受線圈的磁場(chǎng)阻力，克服阻力需要做的功較多，彈簧振子的機(jī)械能損失較快，因而會(huì)很快停下來(lái)2電磁驅(qū)動(dòng)一個(gè)閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，如圖4所示，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞oo軸轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)蹄形磁鐵順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)根據(jù)以上現(xiàn)象，回答下列問(wèn)題：圖4(1)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量是否變化？(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的動(dòng)力是什么力？線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同嗎？答案(1)變化(2)線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流受到安培力的作用，安培力作為動(dòng)力使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)線圈的轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速要點(diǎn)總結(jié)電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的區(qū)別與聯(lián)系：1電磁阻尼中安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)；電磁驅(qū)動(dòng)中導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)2電磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電磁驅(qū)動(dòng)中由于電磁感應(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對(duì)外做功3電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象中安培力的作用效果均為阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)注意電磁驅(qū)動(dòng)中導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度要小于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度例3在水平放置的光滑絕緣導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個(gè)條形磁鐵，如圖5所示現(xiàn)有銅、鋁和有機(jī)玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們分別從導(dǎo)軌上的a點(diǎn)以某一初速度向磁鐵滑去各滑塊在向磁鐵運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中()圖5a都做勻速運(yùn)動(dòng) b甲、乙做加速運(yùn)動(dòng)c甲、乙做減速運(yùn)動(dòng) d乙、丙做勻速運(yùn)動(dòng)答案c解析甲、乙向磁鐵靠近時(shí)要產(chǎn)生渦流，受電磁阻尼作用，做減速運(yùn)動(dòng)，丙則不會(huì)產(chǎn)生渦流，只能勻速運(yùn)動(dòng)例4(多選)如圖6所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸oo轉(zhuǎn)動(dòng)從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則()圖6a線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同b線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小c線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生大小、方向周期性變化的電流d線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電流的方向始終是abcda答案bc解析當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于磁鐵不動(dòng)而線圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生大小、方向周期性變化的電流，故c對(duì)，d錯(cuò)；由楞次定律可知，線圈將與磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速一定小于磁鐵的轉(zhuǎn)速如兩者的轉(zhuǎn)速相同，磁感線與線圈處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，線圈不切割磁感線，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生.1(渦流的理解)下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是 ()a把金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中b讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)c讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做變速運(yùn)動(dòng)d把金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中答案d解析渦流就是整個(gè)金屬塊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，即穿過(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生變化而a、b、c中磁通量不變化，所以a、b、c錯(cuò)誤；把金屬塊放在變化的磁場(chǎng)中時(shí)，穿過(guò)金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，所以d正確2(對(duì)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(gè)銅制線圈，線圈中有一鉗鍋，鍋內(nèi)放待熔的金屬塊，當(dāng)線圈中通以高頻交流電時(shí)，鍋中金屬就可以熔化，這是因?yàn)?)a線圈中的高頻交流電通過(guò)線圈電阻，產(chǎn)生焦耳熱b線圈中的高頻交流電產(chǎn)生高頻微波輻射，深入到金屬內(nèi)部，產(chǎn)生焦耳熱c線圈中的高頻交流電在鉗鍋中產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過(guò)鉗鍋電阻產(chǎn)生焦耳熱d線圈中的高頻交流電在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過(guò)金屬塊電阻產(chǎn)生焦耳熱答案d解析線圈中的高頻交流電通過(guò)線圈，從而產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，使得處于電磁場(chǎng)的金屬塊產(chǎn)生渦流，進(jìn)而發(fā)熱，故a、b、c錯(cuò)誤，d正確；故選d.3(電磁阻尼的理解與應(yīng)用)如圖7所示，條形磁鐵用細(xì)線懸掛在o點(diǎn)o點(diǎn)正下方固定一個(gè)水平放置的鋁線圈讓磁鐵在豎直面內(nèi)擺動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是()圖7a磁鐵左右擺動(dòng)一次，線圈內(nèi)感應(yīng)電流的方向改變2次b磁鐵始終受到感應(yīng)電流磁場(chǎng)的斥力作用c磁鐵所受到的感應(yīng)電流對(duì)它的作用力始終是阻力d磁鐵所受到感應(yīng)電流對(duì)它的作用力有時(shí)是阻力有時(shí)是動(dòng)力答案c解析磁鐵向下擺動(dòng)時(shí)，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较蚋袘?yīng)電流(從上往下看)，并且磁鐵受到感應(yīng)電流對(duì)它的作用力為阻力，阻礙它靠近；磁鐵向上擺動(dòng)時(shí)，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较蚋袘?yīng)電流(從上往下看)，磁鐵受感應(yīng)電流對(duì)它的作用力仍為阻力，阻礙它遠(yuǎn)離，所以磁鐵在左右擺動(dòng)一次過(guò)程中，電流方向改變3次，感應(yīng)電流對(duì)它的作用力始終是阻力，只有c項(xiàng)正確4(對(duì)渦流的防止)(多選)變壓器的鐵心是利用薄硅鋼片疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼，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(chǎn)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解析不使用整塊硅鋼而是采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵心中的電阻，減少電能轉(zhuǎn)化成鐵心的內(nèi)能，提高效率，而且是為了防止渦流而采取的措施題組一渦流的理解與應(yīng)用1(多選)下列儀器是利用渦流工作的有()a電磁灶 b微波爐c金屬探測(cè)器 d真空冶煉爐答案acd2電磁爐是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流，使鍋體發(fā)熱從而加熱食物，下列相關(guān)的說(shuō)法中正確的是()a鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場(chǎng)變化的頻率有關(guān)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(lái)烹飪食物d電磁爐的上表面一般都用金屬材料制成，以加快熱傳遞減少熱損耗答案a解析鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場(chǎng)變化的頻率有關(guān)，故a正確；直流電不能產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在鍋體中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁爐不能使用直流電，故b錯(cuò)誤；鍋體只能用鐵磁性導(dǎo)體材料，不能使用絕緣材料制作鍋體，故c錯(cuò)誤；電磁爐產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，導(dǎo)致加熱鍋底出現(xiàn)渦流，從而產(chǎn)生熱量而不是靠熱傳遞，d錯(cuò)誤3(多選)安檢門是一個(gè)用于安全檢查的“門”，“門框”內(nèi)有線圈，線圈里通有交變電流，交變電流在“門”內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，金屬物品通過(guò)“門”時(shí)能產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)又反過(guò)來(lái)影響線圈中的電流，從而引起報(bào)警以下關(guān)于這個(gè)安檢門的說(shuō)法正確的是()a這個(gè)安檢門也能檢查出毒品攜帶者b這個(gè)安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者c如果這個(gè)“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(gè)安檢門工作時(shí)，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應(yīng)答案bd解析這個(gè)安檢門是利用渦流工作的，因而只能檢查出金屬物品攜帶者，a錯(cuò)，b對(duì)若“門框”的線圈中通上恒定電流，只能產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，它不能使塊狀金屬產(chǎn)生渦流，因而不能檢查出金屬物品攜帶者，c錯(cuò)安檢門工作時(shí)，既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應(yīng)，d對(duì)4(多選)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(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過(guò)焊縫產(chǎn)生大量熱，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說(shuō)法正確的是()圖1a電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快b電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快c工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小d工件上只有焊縫處溫度升的很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大答案ad解析交流電頻率越高，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流越強(qiáng)，升溫越快，故a項(xiàng)對(duì)工件上各處電流相同，電阻大處產(chǎn)生的熱量多，故d項(xiàng)對(duì)5光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖2所示，拋物線的方程是yx2，下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是ya的直線(圖中的虛線所示)，一個(gè)小金屬塊從拋物線上yb(ba)處以初速度v沿拋物線下滑假設(shè)拋物線足夠長(zhǎng)，金屬塊沿拋物線下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是 ()圖2amgb b.mv2cmg(ba) dmg(ba)mv2答案d解析金屬塊進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，損失機(jī)械能而使金屬塊所能達(dá)到的最高位置越來(lái)越低，當(dāng)金屬塊所能達(dá)到的最高位置為ya時(shí)，金屬塊不再進(jìn)出磁場(chǎng)，不再產(chǎn)生焦耳熱金屬塊的機(jī)械能不再損失，而在磁場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)由于金屬塊減少的動(dòng)能和重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以q|epek|mg(ba)mv2.題組二對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)與電磁阻尼的理解與應(yīng)用6.(多選)如圖3所示，a、b為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑、但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度兩個(gè)相同的磁性小球，同時(shí)從a、b管上端的管口無(wú)初速度釋放，穿過(guò)a管比穿過(guò)b管的小球先落到地面下面對(duì)于兩管的描述中可能正確的是()圖3aa管是用塑料制成的，b管是用銅制成的ba管是用鋁制成的，b管是用膠木制成的ca管是用膠木制成的，b管是用塑料制成的da管是用膠木制成的，b管是用鋁制成的答案ad7.彈簧上端固定，下端掛一條形磁鐵，使磁鐵上下振動(dòng)，磁鐵的振動(dòng)幅度不變?nèi)粼谡駝?dòng)過(guò)程中把線圈靠近磁鐵，如圖4所示，觀察磁鐵的振幅將會(huì)發(fā)現(xiàn)()圖4as閉合時(shí)振幅逐漸減小，s斷開(kāi)時(shí)振幅不變bs閉合時(shí)振幅逐漸增大，s斷開(kāi)時(shí)振幅不變cs閉合或斷開(kāi)，振幅變化相同ds閉合或斷開(kāi)，振幅都不發(fā)生變化答案a解析s斷開(kāi)時(shí)，磁鐵振動(dòng)穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，但線圈中無(wú)感應(yīng)電流，振幅不變；s閉合時(shí)有感應(yīng)電流，有電能產(chǎn)生，磁鐵的機(jī)械能越來(lái)越少，振幅逐漸減少，a正確8(多選)如圖5所示是電表中的指針和電磁阻尼器，下列說(shuō)法中正確的是()圖5a2是磁鐵，1中產(chǎn)生渦流b1是磁鐵，2中產(chǎn)生渦流c該裝置的作用是使指針能夠轉(zhuǎn)動(dòng)d該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定下來(lái)答案ad解析當(dāng)指針擺動(dòng)時(shí)，1隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，2是磁鐵，那么在1中產(chǎn)生渦流，2對(duì)1的安培力將阻礙1的轉(zhuǎn)動(dòng)總之，不管1向哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，2對(duì)1的效果總是起到阻尼作用，所以它能使指針很快地穩(wěn)定下來(lái)9(多選)磁電式儀表的線圈通