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第3节 电磁感应定律的应用涡 流 及 其 应 用旋涡状 热效率高 绿色炉具 绝缘材料 整块 √ × × 磁 卡 和 动 圈 式 话 筒电流的磁效应 电磁感应原理 声音 电磁感应原理 √ × √
第3讲 电磁感应定律的应用
[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所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物．电磁炉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，对人体健康无危害．关于电磁炉，以下说法中正确的是( )
图3
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的
B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
答案 B
解析 电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，A、D错误，B正确；而C项是微波炉的加热原理，C错误．
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
