高中物理 第1章 第7节 涡流（选学）学案 教科版选修3-2

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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

2、，根据麦克斯韦理论，变化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、．3．利用：高频感应炉、电磁灶等利用了涡流的热效应；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

4、，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

5、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

6、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

7、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？