7渦流 選學(xué) 第一章電磁感應(yīng) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解渦流是怎樣產(chǎn)生的 了解渦流現(xiàn)象在日常生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用和危害 2 了解高頻感應(yīng)爐與電磁灶的工作原理 3 了解什么是電磁阻尼 了解電磁阻尼在日常生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用 內(nèi)容索引 自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ) 重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn) 達(dá)標(biāo)檢測檢測評價達(dá)標(biāo)過關(guān) 自主預(yù)習(xí) 一 渦流由于 在大塊金屬中會形成感應(yīng)電流 在金屬塊內(nèi)組成閉合回路 很像水的旋渦 因此叫做 簡稱渦流 二 高頻感應(yīng)爐與電磁灶1 高頻感應(yīng)爐是利用熔化金屬 這種冶煉方法速度快 溫度 能被冶煉的金屬中 2 電磁灶 在灶內(nèi)的勵磁線圈中通入時 形成 作用于鐵磁材料制成的烹飪鍋 使鍋底產(chǎn)生 鍋底有適當(dāng)?shù)碾娮?產(chǎn)生 使鍋底發(fā)熱 電磁感應(yīng) 電流 渦電流 渦流 容易 控制 避免有害雜質(zhì)混入 交變電流 渦流 交變磁場 焦耳熱 三 電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在中運(yùn)動時 導(dǎo)體中會產(chǎn)生 感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力 安培力總是導(dǎo)體的運(yùn)動 這種現(xiàn)象叫電磁阻尼 磁場 感應(yīng)電流 阻礙 即學(xué)即用 1 判斷下列說法的正誤 1 導(dǎo)體中有渦流時 導(dǎo)體沒有和其他元件組成閉合回路 故導(dǎo)體不會發(fā)熱 2 電磁阻尼遵循楞次定律 3 電磁阻尼發(fā)生的過程 存在機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化 4 高頻感應(yīng)爐是利用高頻電流的熱效應(yīng)冶煉金屬的 5 電磁灶烹飪食物時 鍋上的電流容易造成觸電事故 故使用時要小心操作 答案 2 光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線 如圖1所示 拋物線的方程為y x2 其下半部處在一個水平方向的勻強(qiáng)磁場中 磁場的上邊界是y a的直線 如圖中的虛線所示 一個質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線上y b b a 處以速度v沿拋物線下滑 假設(shè)曲面足夠長 重力加速度為g 則金屬塊在曲面上滑動的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量為 圖1 答案 重點(diǎn)探究 導(dǎo)學(xué)探究 如圖2所示 線圈中的電流隨時間變化時 導(dǎo)體中有感應(yīng)電流嗎 如果有 它的形狀像什么 一 渦流 答案 圖2 答案有 變化的電流產(chǎn)生變化的磁場 變化的磁場產(chǎn)生感生電場 使導(dǎo)體中的自由電子發(fā)生定向移動 產(chǎn)生感應(yīng)電流 它的形狀像水中的旋渦 所以把它叫做渦電流 簡稱渦流 知識深化 1 產(chǎn)生渦流的兩種情況 1 塊狀金屬放在變化的磁場中 2 塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動 2 產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化 1 金屬塊在變化的磁場中 磁場能轉(zhuǎn)化為電能 最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 2 金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動 由于克服安培力做功 金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 3 渦流的應(yīng)用與防止 1 應(yīng)用 真空冶煉爐 探雷器 安檢門等 2 防止 為了減小電動機(jī) 變壓器鐵芯上的渦流 常用電阻率較大的硅鋼做材料 而且用相互絕緣的薄硅鋼片疊合成鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯 例1 多選 電磁感應(yīng)鋁箔封口機(jī) 被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥 食品 化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中 如圖3所示為一手持式封口機(jī) 它的工作原理是 當(dāng)接通電源時 內(nèi)置線圈產(chǎn)生磁場 當(dāng)磁感線穿過封口鋁箔材料時 瞬間產(chǎn)生大量小渦流 致使鋁箔自行快速發(fā)熱 熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠 從而粘貼在承封容器的封口處 達(dá)到迅速封口的目的 下列有關(guān)說法正確的是A 封口材料可用普通塑料來代替鋁箔B 該封口機(jī)可用干電池作為電源以方便攜帶C 封口過程中溫度過高 可適當(dāng)減小所通電流的頻率來解決D 該封口機(jī)適用于玻璃 塑料等多種材質(zhì)的容器封口 但不適用于金屬容器 圖3 答案 解析 解析由于封口機(jī)利用了電磁感應(yīng)原理 故封口材料必須是金屬類材料 而且電源必須是交流電 A B錯誤 減小內(nèi)置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產(chǎn)生的熱量 即控制溫度 C正確 封口材料應(yīng)是金屬類材料 但對應(yīng)被封口的容器不能是金屬 否則同樣會被熔化 只能是玻璃 塑料等材質(zhì) D正確 例2 多選 如圖4所示 閉合金屬環(huán)從光滑曲面上h高處滾下 又沿曲面的另一側(cè)上升 設(shè)環(huán)的初速度為零 摩擦不計 曲面處在圖中磁場中 則A 若是勻強(qiáng)磁場 環(huán)上升的高度小于hB 若是勻強(qiáng)磁場 環(huán)上升的高度等于hC 若是非勻強(qiáng)磁場 環(huán)上升的高度等于hD 若是非勻強(qiáng)磁場 環(huán)上升的高度小于h 圖4 答案 解析 解析若磁場為勻強(qiáng)磁場 穿過環(huán)的磁通量不變 不產(chǎn)生感應(yīng)電流 即無機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化 機(jī)械能守恒 故A錯誤 B正確 若磁場為非勻強(qiáng)磁場 環(huán)內(nèi)要產(chǎn)生電能 機(jī)械能減少 故C錯誤 D正確 導(dǎo)學(xué)探究 彈簧上端固定 下端懸掛一個磁鐵 將磁鐵托起到某一高度后放開 磁鐵能上下振動較長時間才停下來 如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈 使磁鐵上下振動時穿過它 如圖5所示 磁鐵就會很快停下來 解釋這個現(xiàn)象 二 電磁阻尼 圖5 答案當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時 在閉合線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流 感應(yīng)電流的磁場會阻礙磁鐵靠近或離開線圈 也就使磁鐵振動時除了受空氣阻力外 還要受到線圈的磁場阻力 克服阻力需要做的功較多 機(jī)械能損失較快 因而會很快停下來 答案 知識深化 1 閉合回路的部分導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流時 導(dǎo)體在磁場中就要受到磁場力的作用 根據(jù)楞次定律 磁場力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動 于是產(chǎn)生電磁阻尼現(xiàn)象 2 電磁阻尼是一種十分普遍的物理現(xiàn)象 任何在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體 只要給感應(yīng)電流提供回路 就會存在電磁阻尼作用 例3如圖6所示 上端開口 內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置 小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放 并落至底部 則小磁塊 不計空氣阻力 A 在P和Q中都做自由落體運(yùn)動B 在兩個下落過程中的機(jī)械能都守恒C 在P中的下落時間比在Q中的長D 落至底部時在P中的速度比在Q中的大 圖6 答案 解析 解析小磁塊下落過程中 在銅管P中產(chǎn)生感應(yīng)電流 小磁塊受到向上的磁場力 不做自由落體運(yùn)動 而在塑料管Q中只受到重力 在Q中做自由落體運(yùn)動 故選項(xiàng)A錯誤 根據(jù)功能關(guān)系知 在P中下落時 小磁塊機(jī)械能減少 在Q中下落時 小磁塊機(jī)械能守恒 故選項(xiàng)B錯誤 在P中加速度較小 在P中下落時間較長 選項(xiàng)C正確 由于在P中下落時要克服磁場力做功 機(jī)械能有損失 故落至底部時在P中的速度比在Q中的小 選項(xiàng)D錯誤 達(dá)標(biāo)檢測 1 渦流的應(yīng)用與防止 多選 變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成 而不采用一塊整硅鋼 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 增大渦流 減小鐵芯的發(fā)熱量D 減小渦流 減小鐵芯的發(fā)熱量 答案 1 2 3 解析 解析采用薄硅鋼片疊壓在一起 目的是減小渦流 減小鐵芯的發(fā)熱量 進(jìn)而提高變壓器的效率 故選項(xiàng)B D正確 2 渦流的應(yīng)用與防止 多選 如圖7所示是用渦流金屬探測器探測地下金屬物的示意圖 下列說法中正確的是A 探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生交變磁場B 只有有磁性的金屬物才會被探測器探測到C 探測到地下的金屬物是因?yàn)樘筋^中產(chǎn)生了渦流D 探測到地下的金屬物是因?yàn)榻饘傥镏挟a(chǎn)生了渦流 答案 圖7 1 2 3 解析線圈通電后在安培力作用下轉(zhuǎn)動 鋁框隨之轉(zhuǎn)動 在鋁框內(nèi)產(chǎn)生渦流 渦流將阻礙線圈的轉(zhuǎn)動 使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來 這樣做是利用渦流來起電磁阻尼的作用 故B C正確 3 對電磁阻尼的理解 多選 如圖8所示 磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架 把線圈繞在鋁框上 這樣做的目的是A 防止渦流而設(shè)計的B 利用渦流而設(shè)計的C 起電磁阻尼的作用D 起電磁驅(qū)動的作用 答案 圖8 1 2 3 解析