高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 1.6 涡流现象与电磁灶学案 沪科版选修3-2-沪科版高二选修3-2物理学案VIP免费

1.6涡流现象与电磁灶[目标定位]1.能说出涡流的产生原因及涡流的防止和利用.2.了解电磁灶的工作原理.一、涡流演示涡流生热实验在一个绕有线圈的可拆变压器铁心上面放一口小铁锅(如图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.图1分析上面实验结合教材内容回答下列问题：(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)线圈接入周期性变化的电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，变化的磁场激发出感生电场，小铁锅(导体)可以看作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，则锅中的水会热起来.而玻璃当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.[要点总结]1.涡流：整块导体中的磁通量发生变化时，导体中产生的涡旋状的感应电流叫做涡电流，简称涡流.2.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.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.4.产生涡流时的能量转化(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能.(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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.例1(多选)如图2所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是()图2A.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大答案AD解析电流变化的频率越高，则产生的感应电流越大，升温越快，故A项对，B项错；工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，故C项错，D项对.例2(多选)如图3所示，闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则()图3A.若是匀强磁场，环上升的高度小于hB.若是匀强磁场，环上升的高度等于hC.若是非匀强磁场，环上升的高度等于hD.若是非匀强磁场，环上升的高度小于h答案BD解析若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错误，B正确；若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故C错误，D正确.二、无火之灶——电磁灶如图4所示是某电磁灶的工作原理图，下面是某一品牌电磁灶的说明书上的部分内容：“电磁灶是采用磁场感应涡流加热原理，它利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数的小涡流，使锅体本身自行快速发热，然后再加热锅内食物.电磁灶工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康绝对无危害.”回答下列问题：(1)涡流产生在哪里？(2)产生涡流的部分和引起涡流的部分是否接触？(3)电磁灶的表面(陶瓷)在电磁灶工作时会不会发热？图4答案(1)涡流产生在铁质锅底部.(2)产生涡流的部分和引起涡流的部分不接触.(3)从理论上讲，由于电磁灶表面是陶瓷做成，所以在电磁灶工作时不会发热.[要点总结]电磁灶的原理：电磁灶的面板下布满了金属导线缠绕的线圈.当通上交替变化极快的交变电流时，在面板与铁锅底之间产生强大的交变磁场；磁感线穿过锅体，使锅底感应出大量的强涡流，当涡流受到材料电阻的阻碍时，就放出大量的热，将饭菜煮熟.例3(多选)电磁灶采用感应电流(涡流)的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在灶面上时，在铁锅底部产生交变的电流，它具有升温快、效率高、体积小，安全性好等优点.下列关于电磁灶的说法中正确的是()A.电磁灶面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部B....