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《2017教科版高中物理选修(3-2)第1章 第7节《涡流(选学)》word学案》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、学案9 涡流(选学)[目标定位]1.了解涡流是怎样产生的,了解涡流现象在日常生活和生产中的应用和危害.2.了解高频感应炉与电磁灶的工作原理.3.了解什么是电磁阻尼,了解电磁阻尼在日常生活和生产中的应用.一、涡流[问题设计]在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅(图1),锅内放少许水,给线圈通入交变电流一段时间.再用玻璃杯代替小铁锅,通电时间相同.请回答下列问题:图1(1)铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同?(2)试着解释这种现象.答案 (1)通电后铁锅中的水逐渐变热,玻璃杯中的水温不变化(忽略热传导).(2)线圈接入交变电流,某段时间内,若电流变大,则其磁场变强,根据麦克斯韦理论,变化
2、的磁场激发出感生电场,小铁锅(导体)可以看做是由许多闭合线圈组成的,在感生电场作用下,这些线圈中产生了感生电动势,从而产生涡旋状的感应电流,由于导体存在电阻,当电流在导体中流动时,就会产生电热使锅中的水热起来.而玻璃杯中虽然也会产生感生电场,但没有自由移动的电荷故不会产生电流,也不会产生电热,则玻璃杯中的水温没有变化.[要点提炼]1.定义:由于电磁感应,在大块金属中会形成感应电流,电流在金属块内组成闭合回路,很像水的旋涡,因此叫做涡电流,简称涡流.2.决定因素: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,形成的涡流就越大.3.利用:高频感应炉、电磁灶等利用了涡流的热效
3、应;安检门、扫雷器等利用了涡流的磁效应.4.防止:为了减少涡流对电动机、变压器的损害,常用电阻率较大的硅钢做铁芯材料,而且用互相绝缘的薄硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢材料.二、高频感应炉与电磁灶[问题设计]请阅读教材“高频感应炉与电磁灶”的内容,回答下列问题:(1)高频感应炉冶炼金属的原理是什么?有什么优点?(2)电磁灶中的涡流是怎样产生的?产生涡流的部分和引起涡流的部分是否接触?电磁灶的表面在电磁灶工作时的热量是怎么产生的?答案 (1)高频感应炉冶炼金属是利用涡流熔化金属.冶炼锅内装入被冶炼的金属,让高频交流电通过线圈,被冶炼的金属内部就产生很强的涡流,从而产生大量的热使金属熔化.优点:速
4、度快,温度容易控制,能避免有害杂质混入被冶炼的金属中.(2)涡流产生在铁磁材料制成的锅底部,引起涡流的部分是灶内的励磁线圈,它与锅底不接触.电磁灶工作时表面摸上去温度也挺高,是因为其表面与铁锅发生了热传递.三、电磁阻尼[问题设计]1.拨动灵敏电流计指针,拨动停止后观察现象.在两个接线柱上接上一根导线(短路线),再次拨动指针,拨动停止后再次观察现象,比较两次观察的现象有何不同?答案 第一次停止拨动后,可观察到指针要摆动多次,经过一定时间才能停止下来;第二次可发现指针摆幅迅速减小,比不连导线时摆动的时间短得多.2.两次观察到不同的现象,是什么原因造成的?答案 这是由于与指针相连的线圈在磁场中摆
5、动时产生了涡流,线圈受到的安培力总是阻碍线圈的转动,使指针摆幅迅速衰减,这样能起到阻尼保护的作用.[要点提炼]1.电磁阻尼:当导体在磁场中运动时,导体中产生的感应电流会使导体受到安培力,安培力总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼.2.应用:磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来,便于读数.一、对涡流的理解例1 下列关于涡流的说法中正确的是( )A.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B.涡流不是感应电流,而是一种有别于感应电流的特殊电流C.涡流有热效应,但没有磁效应D.在硅钢中不能产生涡流解析 涡流的本质是电磁感应现象中产生的感应电流,只不过是由金属块
6、自身构成回路,它既有热效应,也有磁效应,所以A正确,B、C错误;硅钢中产生的涡流较小,D错误.答案 A二、涡流热效应的应用例2 电磁炉采用感应电流(涡流)的加热原理,是通过电子线路产生交变磁场,把铁锅放在炉面上时,在铁锅底部产生交变电流,它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点,下列关于电磁炉的说法正确的是( )A.电磁炉面板可采用陶瓷材料,发热部分为铁锅底部B.电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热C.可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率D.电磁炉面板可采用金属材料,通过面板发热加热锅内食品解析 电磁炉的上表面如果用金属材料制成,使用电磁炉时,上表面材料发生电磁感应要损失电
7、能,电磁炉上表面要用绝缘材料制成,发热部分为铁锅底部,故A正确,B错误;锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关,故C正确;电磁炉产生变化的磁场,导致锅底出现涡流,从而产生热量,故D错误.答案 AC三、对电磁阻尼的理解例3 如图2所示,一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动,有界磁场的方向垂直纸面向里,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,铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动,这是为什么?
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