2019年高中物理第1章第3节电磁感应定律的应用讲义（含解析）鲁科版 7页

电磁感应定律的应用1．涡流及其应用(1)定义：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，金属块内部所产生的旋涡状的感应电流叫做涡电流，简称涡流。(2)特点：涡流是整块金属发生的电磁感应现象，感应电流在金属块内组成闭合回路，整块金属的电阻很小，涡流往往很强。(3)利用：新型炉具电磁炉就是利用涡流原理制成的，其优点是热效率高；无烟火，无毒气、废气，被称为“绿色炉具”。(4)防止：为减小涡流，电动机、变压器铁芯是用外表涂有绝缘材料的薄硅钢片叠成的，而不采用整块硅钢铁芯，这样减少发热，降低能耗，提高了设备的工作效率。将金属块放入变化的磁场中，金属块并没有接入闭合电路，为什么会产生感应电流？解析：金属块虽然没有接入闭合电路，但穿过金属块的磁通量发生变化时，金属块自行构成闭合回路，导体内部等效成许多闭合电路，所以产生感应电流。2．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，利用了电磁感应原理。(2)动圈式话筒动圈式话筒是把声音信号转变为电信号的装置，由膜片、线圈、永磁体等构成。其工作原理是利用了电磁感应原理。1．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的(√)2．录音机通过磁带放音时，利用了电流的磁效应(×)3．高频感应炉的线圈中必须通过变化的电流，才会产生涡流(√)解析：1.涡流属于电磁感应现象，1正确。2．录音机放音时是利用了电磁感应原理，2错误。3．变化的电流才能产生变化的磁场，从而引起磁通量的变化，产生涡流，3正确。n1．涡流的产生2．能量转化伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能，最终在金属块中转化为内能。(1)如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能。(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。3．涡流的利用金属块内产生涡流时将会产生电热，因此可以用涡流来加热物体，电磁炉就是利用了这一原理，为了增加热功率就要适当增加，同时选用电阻率大些的材料。[典例1]　如图所示，沿水平方向的磁场垂直于光滑曲面，闭合小金属球从高为h的曲面上端无初速度滑下，又沿曲面的另一侧上升，则(　　)A．若是匀强磁场，小球在左侧上升的高度小于hB．若是匀强磁场，小球在左侧上升的高度等于hC．若是非匀强磁场，小球在左侧上升的高度等于hD．若是非匀强磁场，小球在左侧上升的高度大于h[思路探究](1)若是匀强磁场，小球机械能是否守恒？提示：守恒。(2)若是非匀强磁场，小球机械能是否守恒？提示：不守恒。[解析]　当磁场为匀强磁场时，穿过小球的磁通量保持不变，不会有电磁感应现象发生，小球的机械能守恒，小球在曲面左侧可以达到同样的高度h，B正确，A错误；当磁场为非n匀强磁场时，穿过小球的磁通量会发生变化，在小球中会有涡流产生，从而使小球的机械能减少，转化为电能，进而使小球内能增加，所以小球到达曲面左侧的高度要比h低，C、D错误。[答案]　B[总结提能]涡流的本质涡流的本质是电磁感应现象，根据能量守恒定律，伴随着涡流的产生，其他形式的能转化为电能，最终在金属块中转化为内能。1．[多选]如图所示是电磁炉的工作原理示意图，电磁炉的内部有一个金属线圈，当变化的电流通过线圈时，会产生变化的磁场，使铁质锅底产生电磁感应现象，锅底发热，从而起到加热物体的作用。这种加热方式能减少热量传递的中间环节，可大大提升制热效率。以下关于电磁炉工作原理的说法中正确的是(　　)A．变化的电流通过线圈，会产生变化的磁场，这属于电流的磁效应B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的C．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的D．电磁炉工作过程中是将电能直接转化为食物的内能解析：选AB　电磁炉的工作原理是利用电流通过线圈产生磁场(这是电流的磁效应)，变化的磁场在铁质锅底内会产生感应电流(涡流)，所产生的涡流会使锅底产生热效应，从而起到加热食物的作用。在电磁炉工作过程中能量的转化为电能→磁场能→电能→内能。综上所述，A、B正确。1．磁卡的工作原理(1)磁卡的录入→→→(2)磁卡的读取n→→→线圈中感应出信号(信息)电流(3)实质2．动圈式话筒的工作原理如图所示，是动圈式话筒的结构原理图。它是利用电磁感应原理制成的。当声波传播到金属膜片时，金属膜片随着振动起来，连接在膜片上的线圈(即音圈)随之振动起来，这样线圈在永磁铁的磁场中振动的过程中产生感应电流，感应电流的大小与方向随着声波信号的变化而变化，从而将声音信号转化为电信号。这个电信号电流经放大，传给扬声器，又将电信号转化为声音信号发送出去。[典例2]　[多选]动圈式话筒和磁带录放机都应用了电磁感应现象。图甲是动圈式话筒的原理图，图乙分别是录放机的录、放原理图。由图可知(　　)A．话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感应电流B．录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流C．录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝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缝隙处产生变化的磁场[思路探究](1)动圈式话筒利用了什么原理？提示：电磁感应。(2)录音机录音时利用了什么原理？放音时呢？提示：录音是利用的是电流的磁效应，放音时是电磁感应。[解析]　话筒的工作原理是：声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电n流，A正确；录音机录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，D正确；录音机在放音时通过变化的磁场使放音磁头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，B正确，C错误。[答案]　ABD2．[多选]高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝处产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接。要使焊接处产生的热量较大，可采用的措施有(　　)A．减小交变电流的频率B．增大交变电流的频率C．增大焊接缝的接触电阻D．减小焊接缝的接触电阻解析：选BC　交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大，而放出的热量与电流的二次方成正比，所以交变电流的频率越高，焊缝处放出的热量越多，A错误，B正确；由Q＝I2Rt得Q∝R，C正确，D错误。1.如图所示，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，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是(　　)A．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，不会产生感应电流，通入变化的电n流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温，C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粘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，就将声音信号转变为电信号。下列说法中正确的是(　　)A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势解析：选B　动圈式话筒是利用电磁感应制成的，当声波使金属膜片振动时，粘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，进而产生感应电动势和感应电流，将声音信号转变为电信号，B正确。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，这是为了(　　)A．增大涡流，提高变压器的效率B．减小涡流，降低变压器的效率C．增大涡流，减小铁芯的发热量D．减小涡流，减小铁芯的发热量解析：选D　涡流的主要效应之一是热效应，采用薄硅钢片叠压在一起，目的是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率，D正确。4.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(图中的虚线所示)，一个小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是(　　)A．mgb　　　　　　　　　B.mv2C．mg(b－a)D．mg(b－a)＋mv2解析：选D　金属块在进入磁场或离开磁场过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生涡流，机械能损失，转化成内能，不妨设x轴所在水平面为零势面，E机初＝mv2＋mgb，E机末＝mga，则ΔE机械＝mv2＋mgb－mga＝mg(b－a)＋mv2n，根据能的转化和守恒定律产生热量Q＝ΔE机械，D正确。5．如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内左右摆动，有界磁场的方向垂直于纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动。如果在铜片上开几个长缝，铜片就可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？解析：没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的磁场力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动。如果在铜片上开几个长缝，就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上，从而较大的削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片可摆动较多次后才停止摆动。