高中物理第1章电磁感应与现代生活6涡流现象与电磁灶课件-51张 51页

1.6 　涡流现象与电磁灶 　　　　　　　　 一、探究涡电流现象 1. 定义 : 由于金属导体内 _______ 发生变化 , 从而在金属 导体内产生的 _______ 的电流。 2. 涡流的特点 : 金属导体电阻小 , 涡流 _____ 。 磁通量 涡旋状 很大 3. 防止及应用 : (1) 防止 : 变压器和镇流器的铁心 , 通常由多层涂有 ___ _____ 的薄硅钢片叠压而成。 (2) 应用 : 电磁灶、感应式电能表等。 绝 缘漆 二、无火之灶 —— 电磁灶 1. 工频电磁灶 : (1) 结构 : 由烹调锅、灶面板及工频励磁器构成。工频 励磁器由 _________ 和 _________ 构成。 (2) 工作原理 : 在两组线圈中分别通过 50 Hz 的电流 i A 和 i B , 从而在锅体中产生涡流 , 涡流的 _____ 在锅体中转化 为热能以加热食品。 励磁线圈 励磁铁心 电能 2. 高频电磁灶 : (1) 结构 : 由 _________ 、 _______ 、 _____________ 三部 分组成。 (2) 工作原理 :50 Hz 的交流电经过整流和滤波变为 ___ ___, 然后通过电子开关的迅速导通和截止 , 使加热线圈 中产生频率为 20 ～ 50 kHz 的 _____________, 从而产生 高频磁场 , 使锅内产生涡流 , 加热食品。 加热线圈 灶面板 控制保护电路 直 流 高频振荡电流 3. 涡电流的其他应用 : (1) 利用涡电流转化的热能 , 还可 _________ 。 (2) 利用涡电流在磁场中受到的电磁力 , 可制成 _____ _____ 设备和 _________ 设备。 提炼金属 电磁 驱动 电磁阻尼 【 思考辨析 】 (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) 涡流有热效应 , 但没有磁效应。 ( 　　 ) (3) 电磁炉是在金属锅体中产生热效应 , 从而达到加热和烹饪食物的目的。 ( 　　 ) 提示 : (1)√ 。涡流本质上是感应电流 , 是自身构成的回路 , 是在穿过导体的磁通量变化时产生的。 (2)× 。涡流既有热效应 , 又有磁效应。 (3)√ 。电磁炉是在金属锅体中产生热效应 , 是典型的涡流现象的应用 , 通过这种方式 , 可以达到加热和烹饪食物的目的。 一　对涡流的理解 【 典例 】 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。 【 核心归纳 】 1. 涡流的本质 : 电磁感应现象。 2. 产生涡流的两种情况 : (1) 块状金属放在变化的磁场中。 (2) 块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。 3. 产生涡流时的能量转化 : 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) 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。 【 特别提醒 】 涡流问题的三点注意 (1) 涡流是整块导体发生的电磁感应现象 , 同样遵循法 拉第电磁感应定律。 (2) 金属能够自身形成闭合回路 , 形成涡流。 (3) 磁场变化越快 ( 越大 ), 导体的横截面积 S 越大 , 导体材料的电阻率越小 , 形成的涡流就越强。 【 过关训练 】 1.( 多选 ) 下列应用哪些与涡流有关 ( 　　 ) A. 高频感应冶炼炉 B. 汽车的电磁式速度表 C. 家用电表 D. 闭合线圈在匀强磁场中转动 , 切割磁感线产生的电流 【 解析 】 选 A 、 B 、 C 。真空冶炼炉 , 炉外线圈通入交变电流 , 使炉内的金属中产生涡流 ; 汽车速度表是电磁式电流表 , 指针摆动时 , 铝框骨架中产生涡流 ; 家用电表 ( 转盘式 ) 的转盘中会有涡流产生 ; 闭合线圈在磁场中转动产生感应电流 , 不同于涡流 , 选项 D 错误。 2.( 多选 ) 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成 , 而不采用一块整硅钢 , 这是为了 ( 　　 ) A. 增大涡流 , 提高变压器的效率 B. 减小涡流 , 提高变压器的效率 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 B 、 D 。涡流的主要效应之一就是热效应 , 而变压器的铁芯发热 , 是我们不希望看见的 , 所以不采用整块硅钢 , 而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。故选项 B 、 D 正确。 【 补偿训练 】 1. 高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的 , 如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图 , 炉内放入被冶炼的金属 , 线圈通入高频交变电流 , 这时被冶炼的金属就能被熔化 , 这种冶炼方法速度快 , 温度易控制 , 并能避免有害杂质混入被冶炼金属中 , 因此适于冶炼特种金属。该炉的加热原理是 ( 　　 ) A. 利用线圈中电流产生的焦耳热 B. 利用线圈中电流产生的磁场 C. 利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D. 给线圈通电的同时 , 给炉内金属也通了电 【 解析 】 选 C 。高频感应炉的原理 : 给线圈通以高频交变电流后 , 线圈产生高频变化的磁场 , 磁场穿过金属 , 在金属内产生涡流 , 由于电流的热效应 , 可使金属熔化。故只有 C 正确。 2. 如图所示 ,A 、 B 两图是把带绝缘层的线圈绕在软铁上 ,C 、 D 两图是把带绝缘层的线圈绕在有机玻璃上 , 则能产生涡流的是 ( 　　 ) 【 解析 】 选 A 。只有穿过整个导体的磁通量发生变化 , 才产生涡流 ,B 是直流电源不能产生涡流 ,C 、 D 不是导体 , 故只有 A 能产生涡流。 二　电磁阻尼和电磁驱动的比较 【 典例 】 (2017· 全国卷 Ⅰ) 扫描隧道显微镜 (STM) 可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对 STM 的扰动 , 在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板 , 并施加磁场来快速衰减其微小振动 , 如图所示。无扰动时 , 按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场 ; 出现扰动后 , 对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 ( 　　 ) 【 解析 】 选 A 。装置的原理是利用电磁阻尼。当薄板进出磁场时产生感应电流 , 薄板受安培力 , 安培力总是阻碍导体相对磁场的运动 , 从而使薄板尽快停下来。选项中 ,B 项无法有效阻碍上下振动 ,C 项无法有效阻碍上下左右振动 ,D 项无法有效阻碍上下振动。只有 A 项阻碍上下左右振动最有效。 【 核心归纳 】 电磁阻尼 电磁驱动 不 同 点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的 效果 安培力方向与导体运动方向相反 , 为阻力 安培力方向与磁场运动方向相同 , 为动力 能量 转化 克服安培力做功 , 其他形式的能转化为电能 , 最终转化为内能 磁场能转化为电能 , 通过安培力做功 , 电能转化为导体的机械能 共同点 两者都是电磁感应现象 , 导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动 【 过关训练 】 1. ( 多选 ) 如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器 , 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A.2 是磁铁 ,1 中产生涡流 B.1 是磁铁 ,2 中产生涡流 C. 该装置的作用是使指针能够转动 D. 该装置的作用是使指针能很快地稳定下来 【 解析 】 选 A 、 D 。当指针摆动时 ,1 随之转动 ,2 是磁铁 , 那么在 1 中产生涡流 ,2 对 1 的安培力将阻碍 1 的转动。总之 , 不管 1 向哪个方向转动 ,2 对 1 的效果总是起到阻碍作用 , 所以它能使指针很快地稳定下来。 2. 如图所示 , 在光滑绝缘水平面上 , 有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场 , 则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中 ( 磁场宽度大于金属球的直径 ), 则小球 A. 整个过程做匀速运动 B. 进入磁场过程中小球做减速运动 , 穿出过程中做加速运动 C. 整个过程做匀减速运动 D. 穿出时的速度一定小于初速度 【 解析 】 选 D 。金属球进入和穿出磁场时 , 金属球切割磁感线产生感应电流 , 从而产生阻碍金属球运动的安培力 , 故两过程均做减速运动 ; 当全部进入磁场时 , 磁通量不变 , 没有感应电流产生 , 金属球做匀速直线运动 , 故 A 、 B 、 C 均错误 , 只有 D 正确。 【 补偿训练 】 　　 如图所示 , 在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘 ( 不计各种摩擦 ), 现让铜盘转动。下面对观察到的现象描述及解释正确的是 ( 　　 ) A. 铜盘中没有感应电动势、没有感应电流 , 铜盘将一直转动下去 B. 铜盘中有感应电动势、没有感应电流 , 铜盘将一直转动下去 C. 铜盘中既有感应电动势又有感应电流 , 铜盘将很快停下 D. 铜盘中既有感应电动势又有感应电流 , 铜盘将越转越快 【 解析 】 选 C 。铜盘转动时 , 根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知 , 盘中有感应电动势 , 也产生感应电流 , 并且受到阻尼作用。机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热 , 铜盘将很快停下 , 故 C 正确 ,A 、 B 、 D 错误。 【 拓展例题 】 考查内容 : 电磁感应的综合应用 【 典例 】 如图所示 , 水平地面上方矩形区域内存在垂直 纸面向里的匀强磁场 , 两个边长相等的单匝闭合正方形 线圈 Ⅰ 和 Ⅱ, 分别用相同材料、不同粗细的导线绕制 (Ⅰ 为细导线 ) 。两线圈在距磁场上界面 h 高处由静止开 始自由下落 , 再进入磁场 , 最后落到地面。运动过程中 , 线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场 上边界。设线圈 Ⅰ 、 Ⅱ 落地时的速度大小分别为 v 1 、 v 2 , 在磁场中运动时产生的热量分别为 Q 1 、 Q 2 。不计空气阻力 , 则 ( 　　 ) A.v 1 Q 2 D.v 1 =v 2 ,Q 1