1.7涡流(选学) 学案(2020年教科版高中物理选修3-2)
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1、7 涡流涡流(选学选学) 学科素养与目标要求 物理观念:1.了解涡流的产生、利用和危害.2.了解高频感应炉与电磁灶的工作原理.3.知道电 磁阻尼的原理及应用 科学思维:通过涡流和电磁阻尼的实例分析,体会产生机理,并能分析其作用 一、涡流 由于电磁感应,在大块金属中会形成感应电流,电流在金属块内组成闭合回路,很像水的旋 涡,因此叫做涡电流,简称涡流 二、高频感应炉与电磁灶 1高频感应炉是利用涡流熔化金属,这种冶炼方法速度快,温度容易控制,能避免有害杂质 混入被冶炼的金属中 2电磁灶:在灶内的励磁线圈中通入交变电流时,形成交变磁场,作用于铁磁材料制成的烹 饪锅,使锅底产生涡流,锅底有适当的电阻,产
2、生焦耳热,使锅底发热 三、电磁阻尼 当导体在磁场中运动时,导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力,安培力总是 阻碍导体的运动,这种现象叫电磁阻尼 1判断下列说法的正误 (1)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( ) (2)电磁阻尼遵循楞次定律( ) (3)电磁阻尼发生的过程,存在机械能向内能的转化( ) (4)高频感应炉是利用高频电流的热效应冶炼金属的( ) (5)电磁灶烹饪食物时,锅上的电流容易造成触电事故,故使用时要小心操作( ) 2光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图 1 所示,抛物线的方程为 yx2,其下半部处 在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上
3、边界是 ya 的直线(如图中的虚线所示)一个质量 为 m 的小金属块从抛物线上 yb(ba)处以速度 v 沿抛物线下滑,假设曲面足够长,重力加 速度为 g,则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量为_ 图 1 答案 mg(ba)1 2mv 2 一、涡流 如图所示,线圈中的电流随时间变化时,导体中有感应电流吗?如果有,它的形状像什么? 答案 有变化的电流产生变化的磁场,变化的磁场产生感生电场,使导体中的自由电子发 生定向移动,产生感应电流,它的形状像水中的旋涡,所以把它叫做涡电流,简称涡流 1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变化的磁场中运动 2产
4、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 3涡流的应用与防止 (1)应用:高频感应炉、探雷器、安检门、电磁灶等 (2)防止:为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流,常用电阻率较大的硅钢做材料,而且用相 互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯 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,当磁感线穿过封口铝箔材料时,瞬间产生
5、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,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,但对应被封口的容器不能是金属,否则同样会被
6、 熔化,只能是玻璃、塑料等材质,D 正确 例 2 (多选)下列哪些措施是为了防止涡流的危害( ) A电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅 B机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品 C变压器的铁芯不做成整块,而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成 D变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层 答案 CD 解析 电磁炉是采用电磁感应原理,在金属锅上产生涡流,使锅体发热从而加热食物的,属 于涡流的应用;安检门是利用涡流工作的;变压器的铁芯不做成整块,而是用许多电阻率很 大的硅钢片叠合而成,是为了减小变压器铁芯内产生的涡流,属于涡流的防止;变压器的铁 芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层,是为
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