1.3电磁感应定律的应用 学案 (3)

1.3电磁感应定律的应用
学案
[目标定位]　1.了解涡流现象，知道涡流的产生原理.2.知道磁卡和动圈式话筒的工作原理.3.知道涡流在日常生活中的应用和危害，以及如何利用和防止涡流．
一、涡流及其应用
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，金属块内部就产生感应电流．这种电流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涡电流．
2．应用：电磁炉、真空冶炼炉、涡流探测器等都是利用涡流原理工作的．
3．防止：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，这样有利于减少发热，降低能耗．
二、磁卡和动圈式话筒
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原理.
一、涡流的利与弊
1．本质：电磁感应现象．
2．条件：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．
3．特点：整个导体回路的电阻一般很小，感应电流很大．
4．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．
5．能量变化
伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能并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，则磁场能转化为电能最终转化为内能；如果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．
例1　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
答案　AB
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，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，C错误；涡流产生于铁芯中，对原电流无阻碍作用，D错误．故选A、B.
例2　如图1所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是(　　)
图1
A．恒定直流、小铁锅
B．恒定直流、玻璃杯
C．变化的电流、小铁锅
D．变化的电流、玻璃杯
答案　C
解析　通入恒定电流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高．涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温，故C正确．
二、磁卡和动圈式话筒工作原理
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：
(2)原理：话筒是把声音转变为电信号的装置．如图是动圈式话筒构造原理图，它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(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都变化，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，扬声器中就发出放大的声音．
例3　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2(a)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(b)所示；放音时，磁头线圈改为跟放大电路、扬声器相连，如图(c)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2
A．录音时线圈中变化的音频电流在磁带上产生变化的磁场
B．放音时线圈中变化的音频电流在磁带上产生变化的磁场
C．录音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流
D．放音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流
答案　AD
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．
涡流的分析与判定
1．如图3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产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分发热很少，以下说法正确的是(　　)
图3
A．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
答案　AD
解析　交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越快，工件电流相同，则电阻大，温度高，放热多．
2．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图4所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是(　　)
图4
A．利用线圈中电流产生的焦耳热
B．利用线圈中电流产生的磁场
C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流
D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电
答案　C
解析　高频感应炉是利用交变电流产生的交变磁场引起炉内金属截面的磁通量变化时，在金属中产生的感应电流．因金属的电阻相当小，所以感应电流很强，它在金属内自成回路流动时，形成旋涡状的电流，即涡流．涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高，使金属熔化，故选C.
磁卡和话筒工作原理分析
3．下列说法正确的是(　　)
A．录音机在磁带上录制声音时，利用了电磁感应原理
B．自感现象和互感现象说明磁场具有能量
C．金属中的涡流会产生热量，生活中的电磁炉中利用这一原理而工作的
D．交流感应电动机是利用电磁驱动原理工作的
答案　BCD
(时间：60分钟)
题组一　涡流的分析与判定
1．下列仪器中利用涡流工作的有(　　)
A．电磁炉
B．微波炉
C．金属探测器
D．电熨斗
答案　AC
2．下列关于涡流的说法中正确的是(　　)
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．在硅钢中不能产生涡流
答案　A
解析　涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，所以A对，B错；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，C错；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，D错．
3．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，这是为了(　　)
A．增大涡流，提高变压器的效率
B．减小涡流，提高变压器的效率
C．增大涡流，减小铁芯的发热量
D．减小涡流，减小铁芯的发热量
答案　BD
解析　涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的．所以不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的应该是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率．
4.
如图1所示，是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是(　　)
图1
A．探测器内的探测线圈会产生交变磁场
B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
答案　AD
5．熔化金属的一种方法是用“高频炉”，它的主要部件是一个铜制线圈，线圈中有一坩锅，锅内放待熔的金属块，当线圈中通以高频交流电时，锅中金属就可以熔化，这是因为(　　)
A．线圈中的高频交流电通过线圈电阻，产生焦耳热
B．线圈中的高频交流电产生高频微波辐射，深入到金属内部，产生焦耳热
C．线圈中的高频交流电在坩锅中产生感应电流，通过坩锅电阻产生焦耳热
D．线圈中的高频交流电在金属块中产生感应电流，通过金属块电阻产生焦耳热
答案　D
解析　线圈中的高频交流电通过线圈，从而产生变化的电磁场，使得处于电磁场的金属块产生涡流，进而发热，故A、B、C错误，D正确．
6．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物，下列相关的说法中正确的是(　　)
A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗
答案　A
解析　锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；电磁炉产生变化的磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量而不是靠热传递，D错误．
7．电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质锅底，使之形成无数个小涡流，加快锅底分子运动，锅底自身高速发热达到加热食物的目的，其工作原理如图2所示．
图2
(1)使用微型电脑控制的电磁炉加热时不产生明火、无烟尘、无废气、清洁、安全、高效节能，是现代家庭中理想的灶具，请写出电磁炉在使用中触及到的物理知识(只写两点)：________________和________________．
(2)在使用电磁炉加热食物时，电磁炉和锅之间的传热方向是：由________传递给________；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗________能得到________能．
(3)“多宝”牌电磁炉某一款式性能参数如下表所示：
型号
额定电压
额定功率
功率调节范围
温度调节范围
热效率
DB—16
220
V50
Hz
1
600
W
450～1
600
W
70～240℃
(大于)
90%
根据表中的参数分析，电磁炉与普通的电加热器相比，有哪些优点？(请写出两点)
答案　(1)电流产生磁场　热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高)
(2)锅　电磁炉　电　内
(3)热效率高；功率调节范围大．
题组二　磁记录的应用
8．如图3所示，磁带录音机既可用做录音，也可用做放音，其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b，不论是录音或放音过程，磁带或磁隙软铁都会存在磁化现象，下面对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的说法，正确的是(　　)
图3
A．录音的主要原理是电流的磁效应，放音的主要原理是电磁感应
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．录音和放音的主要原理都是磁场对电流的作用
D．录音和放音的主要原理都是电磁感应
答案　A
9．麦克风是一种常用的电子设备，它的内部就是一个小型传感器，可以把声音变成电信号．它的种类很多，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面黏接一个轻小的金属线圈，该线圈处在柱形永磁体的辐射状磁场中，当声音使膜片振动时，就能将声音信号转变成电信号，下列说法正确的是(　　)
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应现象工作的
C．膜片振动时，线圈内不会产生感应电流
D．膜片振动时，线圈内会产生感应电流
答案　BD