2018版高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 1.3 電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第3講　電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 [目標定位]　1.了解渦流現(xiàn)象，知道渦流的產(chǎn)生原理.2.知道磁卡和動圈式話筒的工作原理.3.知道渦流在日常生活中的應(yīng)用和危害，以及如何利用和防止渦流． 一、渦流及其應(yīng)用 1．定義：將整塊金屬放在變化的磁場中，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，金屬塊內(nèi)部就產(chǎn)生感應(yīng)電流．這種電流在金屬塊內(nèi)部形成閉合回路，就像旋渦一樣，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦電流． 2．應(yīng)用：電磁爐、真空冶煉爐、渦流探測器等都是利用渦流原理工作的． 3．防止：電動機、變壓器鐵芯是用外表涂有絕緣材料的薄硅鋼片疊成的，而不采用整塊硅鋼鐵芯，這樣有利于減少發(fā)熱，降低能耗． 二、磁卡和動圈式話筒 1．磁卡工作原理：磁卡信息的錄入是利用了電流的磁效應(yīng)；信息的讀取與錄入過程相反，利用了電磁感應(yīng)原理． 2．動圈式話筒：動圈式話筒是把聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置，由膜片、線圈、永磁體等構(gòu)成．其工作原理是電磁感應(yīng)原理. 一、渦流的利與弊 1．本質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象． 2．條件：穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路． 3．特點：整個導(dǎo)體回路的電阻一般很小，感應(yīng)電流很大． 4．產(chǎn)生渦流的兩種情況 (1)塊狀金屬放在變化的磁場中． (2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動． 5．能量變化 伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能并最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．如果金屬塊放在了變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；如果金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能． 例1　對變壓器和電動機等中的渦流的認識，以下說法正確的是(　　) A．渦流會使鐵芯溫度升高，減少線圈絕緣的壽命 B．渦流發(fā)熱，要損耗額外的能量 C．為了不產(chǎn)生渦流，變壓器和電動機的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯 D．渦流產(chǎn)生于線圈中，對原電流起阻礙作用 答案　AB 解析　變壓器和電動機中產(chǎn)生的渦流會使溫度升高消耗能量，同時會減少線圈絕緣的壽命，A，B正確；變壓器和電動機的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯是為了增加電阻，減小電流，減少產(chǎn)生的熱量，C錯誤；渦流產(chǎn)生于鐵芯中，對原電流無阻礙作用，D錯誤．故選A、B. 例2　如圖1所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水．給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是(　　) 圖1 A．恒定直流、小鐵鍋 B．恒定直流、玻璃杯 C．變化的電流、小鐵鍋 D．變化的電流、玻璃杯 答案　C 解析　通入恒定電流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高．渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會升溫，故C正確． 二、磁卡和動圈式話筒工作原理 1．磁卡的工作原理 (1)磁卡的錄入 電流磁效應(yīng)―→磁現(xiàn)象 (2)磁卡的讀取 磁現(xiàn)象―→電磁感應(yīng) 2．動圈式話筒的工作原理 (1)構(gòu)造： (2)原理：話筒是把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置．如圖是動圈式話筒構(gòu)造原理圖，它是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象工作的，當聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈(叫做音圈)隨著一起振動，音圈在永久磁鐵的磁場里振動，其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流(電信號)，感應(yīng)電流的大小和方向都變化，變化的振幅和頻率由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，揚聲器中就發(fā)出放大的聲音． 例3　普通磁帶錄音機是用一磁頭來錄音和放音的．磁頭結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示，在一個環(huán)形鐵芯上繞一個線圈，鐵芯有個縫隙，工作時磁帶就貼著這個縫隙移動．錄音時，磁頭線圈跟話筒、放大電路相連，如圖(b)所示；放音時，磁頭線圈改為跟放大電路、揚聲器相連，如圖(c)所示．磁帶上涂有一層磁粉，磁粉能被磁化且留下剩磁．話筒的作用是把聲音的變化轉(zhuǎn)化為電流的變化；揚聲器的作用是把電流的變化轉(zhuǎn)化為聲音的變化．由此可知以下說法中正確的是(　　) 圖2 A．錄音時線圈中變化的音頻電流在磁帶上產(chǎn)生變化的磁場 B．放音時線圈中變化的音頻電流在磁帶上產(chǎn)生變化的磁場 C．錄音時磁帶上變化的磁場在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 D．放音時磁帶上變化的磁場在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 答案　AD 解析　根據(jù)普通磁帶錄音機的錄音、放音原理知：磁帶錄音機的錄音過程是電流的磁效應(yīng)，而磁帶錄音機的放音過程則是電磁感應(yīng)過程，所以錄音時線圈中變化的音頻電流在磁帶上產(chǎn)生變化的磁場；放音時磁帶上變化的磁場在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流． 渦流的分析與判定 1．如圖3所示為高頻電磁爐的工作示意圖，它是采用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生渦流加熱的，它利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，當變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部時，即會產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體本身自行高速升溫，然后再加熱鍋內(nèi)食物．電磁爐工作時產(chǎn)生的電磁波，完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋所吸收，不會泄漏，對人體健康無危害．關(guān)于電磁爐，以下說法中正確的是(　　) 圖3 A．電磁爐是利用變化的磁場在食物中產(chǎn)生渦流對食物加熱的 B．電磁爐是利用變化的磁場產(chǎn)生渦流，使含鐵鍋底迅速升溫，進而對鍋內(nèi)食物加熱的 C．電磁爐是利用變化的磁場使食物中的極性水分子振動和旋轉(zhuǎn)來對食物加熱的 D．電磁爐跟電爐一樣是讓電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來對食物加熱的 答案　B 解析　電磁爐的工作原理是利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體溫度升高后加熱食物，A、D錯誤，B正確；而C項是微波爐的加熱原理，C錯誤． 2．高頻感應(yīng)爐是用來熔化金屬對其進行冶煉的，如圖4所示為冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐的示意圖，爐內(nèi)放入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這時被冶煉的金屬就能被熔化，這種冶煉方法速度快，溫度易控制，并能避免有害雜質(zhì)混入被煉金屬中，因此適于冶煉特種金屬．該爐的加熱原理是(　　) 圖4 A．利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱 B．利用線圈中電流產(chǎn)生的磁場 C．利用交變電流的交變磁場在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流 D．給線圈通電的同時，給爐內(nèi)金屬也通了電 答案　C 解析　高頻感應(yīng)爐是利用交變電流產(chǎn)生的交變磁場引起爐內(nèi)金屬截面的磁通量變化時，在金屬中產(chǎn)生的感應(yīng)電流．因金屬的電阻相當小，所以感應(yīng)電流很強，它在金屬內(nèi)自成回路流動時，形成旋渦狀的電流，即渦流．渦流產(chǎn)生大量的焦耳熱使爐內(nèi)溫度升高，使金屬熔化，故選C. 磁卡和話筒工作原理分析 3．下列說法正確的是(　　) A．錄音機在磁帶上錄制聲音時，利用了電磁感應(yīng)原理 B．自感現(xiàn)象和互感現(xiàn)象說明磁場具有能量 C．金屬中的渦流會產(chǎn)生熱量，生活中的電磁爐中利用這一原理而工作的 D．交流感應(yīng)電動機是利用電磁驅(qū)動原理工作的 答案　BCD