1.3 电磁感应定律的应用 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）

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1、第第 3 节节 电磁感应定律的应用电磁感应定律的应用 学习目标 核心提炼 1.了解涡流现象，知道涡流是如何产生的。 1 个概念涡流 3 个应用涡流、 磁 卡、话筒 2.知道涡流的利与弊，以及在生产、生活中的应用。 3.知道磁卡和动圈式话筒的工作原理。 一、涡流 阅读教材第 1517 页，认识涡流，知道涡流的应用和防止。 1.定义：将整块金属放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块 内部就会产生旋涡状的感应电流，这种感应电流叫做涡电流，简称涡流。 2.涡流的应用电磁炉 (1)工作原理：利用涡流原理制成的，如图 1 所示。 图 1 (2)优点：热效率高；无烟火，无毒气、废气，被称为“绿

2、色炉具”；只对铁质锅具 加热，炉体本身不发热。 3.涡流的危害及防止 (1)危害：变压器、电动机、发电机的铁芯会因涡流损失大量的电能并导致设备发 热。 (2)防止：为减小涡流，电动机、变压器铁芯是用外表涂有绝缘材料的薄硅钢片叠 成的，而不采用整块硅钢铁芯，这样可以使涡流大为减弱，涡流损失大大降低， 从而降低能耗，提高了设备的工作效率。 思考判断 (1)涡流也是一种感应电流。() (2)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。( ) (3)利用涡流制成的探测器也可探测毒品。( ) (4)涡流是一种有害的电磁感应现象。( ) 二、磁卡和动圈式话筒 阅读教材第 1718 页，

3、了解磁卡和动圈式话筒的工作原理。 1.磁卡工作原理：磁卡信息的录入是利用了电流的磁效应；信息的读取与录入过 程相反，利用了电磁感应原理。 2.动圈式话筒：动圈式话筒是把声音信号转变为电信号的装置，由膜片、线圈、 永磁体等构成。其工作原理是电磁感应。 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 涡流的理解、利用和防止 要点归纳 1.涡流的本质：电磁感应现象。 2.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。 3.产生涡流时的能量转化：伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金 属块中转化为内能。 (1)金属块放在了

4、变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能。 (2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则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。 精典示例 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，感应电流通过焊缝处产生很多热量，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 2 A.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

5、是因为焊缝处的电阻大 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， 故选项 A 正确， B 错误； 工件上各处电流相同， 电阻大处产生的热量多， 故选项 C 错误， D 正确。 答案 AD 涡流问题的三点注意 (1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。 (2)金属能够自身形成闭合回路，形成涡流。 (3)磁场变化越快 B t 越大 ，导体的横截面积 S 越大，导体材料的电阻率越小，形 成的涡流就越强。 针对训练 1 (多选)对变压器和电动机等中的涡流的认识，以下说法正确的是 ( ) A.涡流会使铁芯温度升高，减少线圈绝缘的寿命 B.涡流发热，要损耗额外

6、的能量 C.为了不产生涡流，变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代 替整块硅钢铁芯 D.涡流产生于线圈中，对原电流起阻碍作用 解析 变压器和电动机中产生的涡流会使温度升高消耗能量，同时会减少线圈绝 缘的寿命，选项 A、B 正确；变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的 铁芯来代替整块硅钢铁芯是为了增加电阻，减小电流，减少产生的热量，选项 C 错误；涡流产生于铁芯中，对原电流无阻碍作用，选项 D 错误。 答案 AB 磁卡和动圈式话筒的工作原理 要点归纳 1.磁卡的工作原理 (1)磁卡的录入 电流磁效应磁现象 (2)磁卡的读取 磁现象电磁感应 2.动圈式话筒的工作原理 (1)构造

7、，如图 3 所示。 图 3 (2)原理 话筒是把声音信号转变为电信号的装置。如图乙是动圈式麦克风构造原理图。 麦克风是利用电磁感应现象工作的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上 的线圈(音圈)随着一起振动， 音圈在永久磁铁的磁场里振动， 从而产生感应电流(电 信号)，感应电流的大小和方向都变化。 声波的信号电流经扩音器放大后传给扬声器，扬声器中就发出了放大的声音。 精典示例 例 2 磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测 线圈。当以速度 v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其中 Et 关系如图 4 所 示。如果只将刷卡速度改为v0 2，线圈中的 Et 关系图可能是(

8、 ) 图 4 解析 磁卡经过刷卡器时， 速度改为原来的1 2， 产生的感应电动势的最大值将减小 为原来的1 2，并且经过相同的位移，所用的时间是原来的 2 倍，故 D 项正确。 答案 D 针对训练 2 (2018 厦门高二检测)如图 5 所示，磁带录音机可用来录音，也可用 来放音。其主要部件为可匀速行进的磁带 a 和绕有线圈的磁头 b，不论是录音还 是放音过程，磁带或磁隙软铁会存在磁化现象。对于它们在录音、放音过程中的 主要工作原理，下列说法正确的是( ) 图 5 A.放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应 B.录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应 C.放音和

9、录音的主要原理都是磁场对电流的作用 D.放音和录音的主要原理都是电磁感应 解析 录音过程及原理是：先将声音信号通过话筒转换成变化的电流信号，加在 题图中的线圈上，由于电流的磁效应，变化电流产生的变化磁场信号将由于磁带 被磁化而记录在匀速经过的磁带上，是电流的磁效应。放音过程是录音过程的逆 过程，磁带匀速通过磁隙，由于磁带上变化的磁场使磁头发生磁化现象，使磁头 线圈的磁通量发生变化，导致磁头上的线圈中产生感应电流，该感应电流通过扬 声器即发出声音，是电磁感应过程。故选项 A 正确。 答案 A 1.(对涡流的理解)下列关于涡流的说法正确的是( ) A.涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体

10、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.在硅钢片中不能产生涡流 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 2.(涡流的应用)(多选)安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈 里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生 涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。以下关于这个安 检门的说法正确的是( ) A.这个安检门也能检查

11、出毒品携带者 B.这个安检门只能检查出金属物品携带者 C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者 D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应 解析 这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，选项 A 错误，B 正确；若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使 块状金属产生电流，因而不能检查出金属物品携带者，C 错误；安检门工作时， 既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D 正确。 答案 BD 3.(涡流的应用)(多选)如图 6 所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通 交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起

12、来。若要缩短上述加热时间，下列措施 可行的有( ) 图 6 A.增加线圈的匝数 B.提高交流电源的频率 C.将金属杯换为瓷杯 D.取走线圈中的铁芯 解析 解题的关键是要弄清杯内水沸腾的原因和决定的因素。交变电流在铁芯中 产生交变磁场，金属杯会产生感应电流而发热，从而使杯内水沸腾。增加线圈的 匝数和提高交流电源的频率都可以增大金属杯产生的电流，可缩短加热时间，选 项 A、B 正确；将金属杯换成瓷杯，变化磁场不能使它产生电流，也就不能使水 加热，选项 C 错误；取走线圈中的铁芯，会减小周围的磁场，金属杯产生的电流 会减小，从而增加水沸腾的时间，选项 D 错误。 答案 AB 4.(电磁感应定律的应用)如图 7，一个质量为 m 的正方体金属块以速度 v1沿光滑 水平轨道进入变化的磁场，并以大小为 v2的速度从磁场中滑出来，求这一过程中 金属块中产生的热量。 图 7 解析 由于在金属块进入和滑出磁场的过程中产生涡流，金属块损失的机械能转 化为电热，产生的热量 Q1 2mv 2 11 2mv 2 2。 答案 1 2mv 2 11 2mv 2 2