1.6涡流现象与电磁灶 学案(2020年沪科版高中物理选修3-2)
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1、1.6 涡流现象与电磁灶涡流现象与电磁灶 学科素养与目标要求 物理观念:1.了解涡流的产生原因、防止和利用.2.了解电磁灶的工作原理.3.知道电磁驱动和 电磁阻尼. 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
2、,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(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 越大. 3.产生涡流的两种情况 (1)块状金属放在变化的磁场
3、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. 5.涡流的应用与防止 (1)应用:电磁灶、安全检查报警器等. (2)防止:为了减小变压器和镇流器铁心上的涡流,常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压成铁心代 替整块硅钢铁心. 例 1 (多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封 口环节中,如图 2 所示为一手持式封口机,它的工作原理是:当接通电源时,内置线圈产生 磁场,当磁感
4、线穿过封口铝箔材料时,瞬间产生大量小涡流,致使铝箔自行快速发热,熔化 复合在铝箔上的溶胶,从而粘贴在待封容器的封口处,达到迅速封口的目的.下列有关说法正 确的是( ) 图 2 A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C.封口过程中温度过高,可适当减小所通电流的频率来解决 D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口,但不适用于金属容器 答案 CD 解析 由于封口机利用了电磁感应原理,故封口材料必须是金属类材料,而且电源必须是交 流电源,A、B 错误;减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量,即控 制温度,C 正确;封口材料应是金属类材料,
5、但对应被封口的容器不能是金属,否则同样会 被熔化,只能是玻璃、塑料等材质,D 正确. 二、无火之灶电磁灶 如图 3 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
6、时会不会发热? 图 3 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 2 (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
7、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.电磁灶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灶的功率 D.电磁灶面板可采用金属材料,通过面板发热加热锅内食品 答案 AC 解析 电磁灶的上表面如果用金属材料制成,使用电磁灶时,上表面材料发生电磁感应要损 失电能,所以电磁炉上表面要用绝缘材料制作,发热部分为铁锅底部,故 A 正确,B、D 错 误;锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关,故 C 正确. 三、电磁阻尼和电磁驱动 1.电磁阻尼 弹簧上端固定,下端悬挂一根磁铁.将磁铁托起到某一高度后放开,磁铁能上下振动较长时间 才
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