渦流現(xiàn)象與電磁灶教案

1、3.2渦流現(xiàn)象與電磁灶學(xué)習(xí)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.知識(shí)儲(chǔ)備區(qū)溫一追本淵源措情二.知新.楞次定律：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.2.純電阻產(chǎn)生電熱的表達(dá)式：Q=hRt=UIt=Rt.一、探究渦電流現(xiàn)象.渦電流現(xiàn)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(dāng)線圈中通有交變電流時(shí)，鐵心中這些回路的磁通量就會(huì)發(fā)生變化，從而在鐵心內(nèi)產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，叫做渦電流，簡(jiǎn)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(wú)火之灶電磁灶.常用的電磁灶有工頻電磁灶和高頻電磁

2、灶.利用渦電流轉(zhuǎn)化的熱能，還可提煉金屬；利用渦電流在磁場(chǎng)中受到的電磁力，可制成電磁驅(qū)動(dòng)設(shè)備和電磁阻尼設(shè)備.一、探究渦電流現(xiàn)象問(wèn)題設(shè)計(jì)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0/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：鐵鍋和玻璃杯中的水溫有什么不同？圖1答案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)）.試著解釋這種現(xiàn)象.答案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

3、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)提煉.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.磁場(chǎng)變化越快（-BB越大），導(dǎo)體的橫截面積S越大，導(dǎo)體材料t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二變壓器和鎮(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.二、無(wú)火之灶電磁灶問(wèn)題設(shè)計(jì)如

4、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(shū)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，他利用電流通過(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？M磁波屏蔽塊答案（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

5、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)提煉電磁灶的臺(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)大的交變些；磁感線穿過(guò)鍋體，使鍋底感應(yīng)出大量的強(qiáng)遜，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.三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)問(wèn)題設(shè)計(jì).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

6、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).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o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).圖4根據(jù)以上現(xiàn)象，回答下列問(wèn)題: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)提煉電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的區(qū)別與聯(lián)系：.電磁

7、阻尼中安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向型反，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)方向皿，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng).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.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.一、對(duì)渦流的理解1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

8、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、對(duì)電磁灶工作原理的理解例2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.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

9、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、對(duì)電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的理解1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，有銅、鋁和有機(jī)玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導(dǎo)軌上的點(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)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).答案C針對(duì)訓(xùn)

10、練位于光滑水平面上的小車上放置一螺線管，一個(gè)比螺線管長(zhǎng)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度水平穿過(guò)，如圖6所示，在此過(guò)程中（）圖6人.磁鐵做勻速直線運(yùn)動(dòng).磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)C.小車向右做加速運(yùn)動(dòng)D.小車先加速后減速解析磁鐵水平穿入螺線管時(shí)，管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律知該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用力阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng).同理，磁鐵穿出時(shí)該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用力也阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)，故整個(gè)過(guò)程中，磁鐵做減速運(yùn)動(dòng)，B項(xiàng)對(duì).而對(duì)于小車上的螺線管來(lái)說(shuō)，在此過(guò)程中，螺線管受到的安培力都是水平向右，這個(gè)安培力使小車向右運(yùn)動(dòng)，且一直做加速運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)對(duì).答案BC課堂要點(diǎn)小結(jié)1.（渦流的理解）下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是（）A.把金

11、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)椋ǎ〢.線圈中的高頻交流電通過(guò)線圈電阻，產(chǎn)生焦耳

12、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，條形磁鐵從高處自由下落，中途穿過(guò)一個(gè)固定的空心線圈，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，至落地用時(shí)外落地時(shí)速度為4;開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，至落地用時(shí)修落地時(shí)速度為4.則它們的大小關(guān)系正確的是（）圖7圖7A.1112,v1v2B.tB.t1=t2v1=v

13、2tFt2,V1(v211Vt2，vv2答案D解析開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，線圈中無(wú)感應(yīng)電流，對(duì)磁鐵無(wú)阻礙作用，故磁鐵自由下落，=g；當(dāng)S閉合時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流，對(duì)磁鐵有阻礙作用，故av2.4.（對(duì)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.40分鐘課時(shí)作業(yè)題組一渦流的理解與應(yīng)用1.下列儀

14、器是利用渦流工作的有（）八.電磁灶B.微波爐C金屬探測(cè)器口.真空冶煉爐答案ACD.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).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)烹飪食物口.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)

15、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.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)

16、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).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（），理縫處露缸得焊接工件式，1線圈尋線圖1A.電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快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

17、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y=x2,下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是的直線（圖中的虛線所示），一個(gè)小金屬塊從拋物線上仇人）處以初速度o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2A.mgbB，2mv2C.mg（ba）D.mg（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y二a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

18、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0=1p+2m22im(ba)+2m2.磁電式儀表的線圈通常用鋁框做骨架，把線圈圍繞在鋁框上，這樣做的目的是（）A.防止渦流而設(shè)計(jì)的B.利用渦流而設(shè)計(jì)的C.起電磁阻尼的作用D.起電磁驅(qū)動(dòng)的作用答案BC解析線圈通電后，在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就是渦流.渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來(lái).所以，這樣做的目的是利用渦流來(lái)起電磁阻尼的作用.題組二對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)與電磁阻尼的理解與應(yīng)用.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（）oo圖3A管是用塑料制成的，B管是用銅制成的A管是