鲁科版高中物理选修3－2第一章 电磁感应第2节《电磁感应定律的应用》课件 （共26张PPT）

课件26张PPT。第3节 电磁感应定律的应用学习目标：1.掌握涡流产生的原理．
2．了解涡流的防止和利用．
3．了解磁卡记录信息的工作原理，了解动圈式话筒的工作原理．
重点难点：对涡流现象的理解．
易错问题：错误的认为涡流是一种特殊的电流，而不是感应电流．一、涡流及其应用
将整块金属放在变化的磁场中，穿过金属块的 发生变化，金属块内部就会产生 ，这种电流能在金属块内部形成闭合回路，就像旋涡一样，我们把这种感应电流叫做 ，简称涡流．像其他电流一样，金属块中的涡流也要产生电热，如果金属的 很小，则涡流会很大．
注意：涡流本质上是电磁感应现象形成的感应电流，只是金属块本身组成闭合回路．
磁通量感应电流涡电流电阻率二、磁卡和动圈式话筒
1．磁卡
记录信息时，磁卡的 (或记录磁头)以一定的速度移动，磁性面与记录磁头的 接触，一旦磁头中的 通以数据信号电流，就在环形铁芯空隙处产生随电流变化的 ，磁卡通过时便会被不同程度地 ，离开空隙时，磁卡上的磁性层就留下相应于电流变化的磁信号．磁性面空隙线圈磁场磁化读取磁卡信息时，磁卡磁性面以一定的速度通过磁头 ，磁卡上变化的 绝大部分通过磁头铁芯，在磁头线圈中感应出 ．
2．动圈式话筒
话筒是把声音信号转变成电信号的装置，动圈式话筒由 、 、 三个主要部分构成．当对着话筒讲话时，声波使 振动，连在膜片上的 随之在永磁体的磁场中振动，从而产生
．这个感应电流随着 的变化而变化．
空隙磁通量电动势膜片线圈永磁体膜片线圈感应电流声音一、涡流的产生、应用及防止
1．涡流产生的条件：涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化．并且金属块本身可自行构成闭合回路．同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡．
2．可以产生涡流的两种情况
(1)把块状金属放在变化的磁场中．
(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．
3．涡流的大小
(1)涡流的大小与电流变化频率有关，电流变化越快，产生的感应电动势E越大．
(2)与被感应的金属导体的电阻有关，电阻越小，金属导体产生的涡流越强．
4．涡流的应用
电磁炉加热原理如图1－3－1所示，炉台台面是一块高强度、耐冲击的陶瓷平板(结晶玻璃)，台面下边装有高频感应加热线圈(即励磁线圈)、高频电流转换装置及相应的控制系统，台面的上面放有平底烹饪锅．
图1－3－1工作过程如下：交流电经过整流器转换为直流电，又经高频电流转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电，将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场．其磁感线穿透灶台的陶瓷平板而作用于金属锅．在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生．涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的焦耳热就是烹调的热源．
5．涡流的危害与防止
在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的，首先它会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废；其次涡流发热要消耗额外的能量，使电机、变压器的效率降低．
为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成．一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大，从而减少损耗；另一方面，每层硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步减少了涡流的发热．
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．如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场转化为电能最终转化为内能；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．二、电磁感应在日常生活中的两种实际应用
1．磁记录的应用
(1)磁卡的工作原理：记录信息时，磁卡的磁性面(或记录磁头)以一定的速度移动，磁性面与记录磁头的空隙接触．磁头的线圈一旦通以数据信号电流，就在环形铁芯的空隙处产生随电流变化的磁场，磁卡通过时便被不同程度地磁化；离开空隙时，磁卡的磁性层就留下相应于电流变化的磁信号，数据就这样被记录在磁卡上了，这利用的是电流的磁效应．
读取磁卡的信息是一个相反的过程，是利用的电磁感应原理．
(2)磁带录音机
(3)电脑磁盘驱动器
计算机上应用的3.5英寸磁盘，它的驱动器(软驱)就是利用电磁感应的原理工作的．
2．动圈式话筒的工作原理
在剧场里，为了使观众能听清演员的声音，常常需要把声音放大，放大声音的装置主要包括话筒、扩音器和扬声器三部分，如图1－3－2所示．
图1－3－2图1－3－3话筒是把声音转变为电信号的装置．图1－3－3是动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流(电信号)，感应电流的大小和方向不断发生变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音．电磁炉是利用电磁感应引起的涡流加热的原理来工作的，它主要是由感应加热线圈、灶台台板和烹饪锅等组成，如图1－3－4所示．电磁炉的台面下布满了线圈，当通过中频交流电时，在台板和铁锅之间产生交变磁场，磁感应穿过涡体，产生感应电流——涡流，这种感应电流在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的．下列哪些因素可导致加热效果变差(　　)
图1－3－4A．交流电的频率增加
B．交流电的频率降低
C．将烹饪锅换成陶瓷锅
D．将底面积较大的换成底面积较小的锅【思路点拨】　影响加热效果的是涡流的大小，根据影响涡流大小的因素分析各项．
【解析】　交流电的频率增加，涡流增加；频率减小，涡流减小，选项A错，选项B对．陶瓷锅不会形成涡流，锅底面积减小，涡流的数量减小，选项C、D正确．
【答案】　BCD
【点评】　像其它电流一样，涡流在金属块中要产生热量，其热效率的高低与涡流的大小和金属的电阻有关．
1．如图1－3－5所示，是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是(　　)
图1－3－5A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
解析：选AD.线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化得越快，感应电动势就越大．A选项正确．工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D选项正确．
普通磁带录音机是用一磁头来录音和放音的．磁头结构如图1－3－6甲所示，在一个环形铁芯上绕一个线圈，铁芯有个缝隙，工作时磁带就贴着这个缝隙移动．录音时，磁头线圈跟话筒、放大电路相连，如图乙所示；放音时，磁头线圈改为跟放大电路、扬声器相连，如图丙所示．磁带上涂有一层磁粉，磁粉能被磁化且留下剩磁．话筒的作用是把声音的变化转化为电流的变化；扬声器的作用是把电流的变化转化为声音的变化．由此可知以下说法中正确的是(　　)
图1－3－6①录音时线圈中变化的音频电流在磁带上产生变化的磁场
②放音时线圈中变化的音频电流在磁带上产生变化的磁场
③录音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流
④放音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流
A．①③　　　　　　　　B．②④
C．①④ D．②③
【思路点拨】　电能与磁能发生相互转化，在录音机里，录放两种功能是合用一个磁头完成的，录音时磁头与话筒相连，放音时磁头与扬声器相连．
【解析】　根据普通磁带录音机的录音、放音原理知：磁带录音机的录音过程是电流的磁效应，而磁带录音机的放音过程则是电磁感应过程，所以录音时线圈中变化的音频电流在磁带上产生变化的磁场；放音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流．答案为C.
【答案】　C
【点评】　熟悉普通录音机的录音、放音原理是解决此类问题关键．
2．关于磁卡在记录信息和读取信息过程中的主要工作原理，下列说法正确的是(　　)
A．读取信息过程是电磁感应；记录信息过程是电流的磁效应
B．记录信息过程是电磁感应；读取信息过程是电流的磁效应
C．记录信息和读取信息过程都是电磁感应
D．记录信息和读取信息过程都是磁场对电流的作用
解析：选A.根据磁卡的工作原理知，记录信息时是电流的磁效应，读卡时是电磁感应，故选项A正确．