高中物理人教版选修3-2 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-2 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-17 16:48:21 | ||
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文档简介
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
诱学·导入·点拨
材料：在现代家庭的厨房中，电磁炉是家庭主妇非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点。如图所示为电磁炉的实物图和示意图，工作时，给电磁炉的炉盘下面的线圈通入交变电流，炉盘上面金属锅中的食物就被煮熟。
问题：试想金属锅并未与电源相连为什么锅中的食物能被煮熟，煮熟食物的能量来源于哪里？?
导入点拨：电磁炉是近年发展起来的一种利用电磁感应加热、烹饪食物的一种家用电热炊具。当交变电流通过炉盘下面的线圈时产生交变的磁场，当磁场内的磁感线通过锅的底部时在锅的底部产生无数的环行感应电流，使锅体本身自行高速加热，从而达到烹饪食物的目的。
知识·巧学·升华
一、探究涡流现象?
1.涡流?
把块状的金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内组成闭合回路，很像水的漩涡，因此叫做涡流。整块金属电阻很小，所以涡流常常很大。
要点提示 涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。
2.涡流的防止?
电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。因此，我们要想办法减小涡流。途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯。
深化升华 由于热功率与I2成正比，与R成反比，所以应尽量减少电流（增大电阻率）；用绝缘硅钢片目的是尽量减少闭合回路。
3.涡流的利用?
用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度。利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
知识拓展 涡流同其他电流一样，通过电阻时要产生热量，这体现了涡流的热效应。?
二、电磁阻尼?
当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。
知识拓展 电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快停下来，就是电磁阻尼的作用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。?
三、电磁驱动
1.电磁驱动?
如图所示，当转动蹄形磁铁时，线圈也跟着转动起来，这种现象叫做电磁驱动。?
2.电磁驱动的原因分析?
当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于图中所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了。根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来。
要点提示 线圈转动方向与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速，即同向异步。
问题·思路·探究
问题1 如图所示，是安全检查的报警门，有金属体通过门时，就会发出报警声。请说出它的工作原理。受此启发，你能自制金属探测器吗？?
思路：用于安全检查的门，是将导线沿着门框绕成线圈，金属物品通过门时产生涡流，涡流当中的磁场又反过来影响线圈中的电流，进而引发报警。?
探究：安全检查报警门是利用涡流的磁效应在工作，同样道理探测地雷的探雷器也是利用涡流的磁效应工作的。我们可以自制一个金属探测器，用导线绕成一个线圈，和高频电流构成回路，加上一个报警器，金属探测器就自制成功了。
问题2 微波炉是根据涡流的热效应原理制成的，由于发热功率与导体的电阻成正比，所以微波炉应采用电阻率较大的材料。你认为这种说法正确吗？?
思路：导体的电功率与电阻成正比，也与电流的平方成正比。?
探究：根据公式P=I2R可知，导体的电功率与电阻成正比，但与电流的平方成正比。综合两个因素考虑，应主要从增大电流的角度来提高导体的电功率，所以采用电阻率较小的材料制成的微波炉的发热效果更好。
典题·热题·新题
例1 磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是（ ）
A.防止涡流而设计的
B.利用涡流而设计的?
C.起电磁阻尼的作用
D.起电磁驱动的作用?
思路解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流。涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来。所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用。正确选项是B、C。?
答案：BC?
误区警示 线圈通电后的转动不是电磁驱动，要弄清概念，电磁驱动是一种电磁感应现象。
例2 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为（ ）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.增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量?
D.增大铁芯中的电阻，以减小发热量?
思路解析：不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率。是防止涡流的热效应而采取的措施。本题正确选项是B、D。?
答案：BD?
深化升华 对于任何事物都具有两面性。对人类有益的一面要尽量去开发利用，对人类有害的一面要尽可能防止。
例3 在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图所示。现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各滑块在未接触磁铁前的运动情况将是（ ）?
A.都做匀速运动
B.甲、乙做加速运动?
C.甲、乙做减速运动
D.?乙、丙做匀速运动?
思路解析：铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生了变化，因此在其内部产生涡流，反过来涡流产生的感应磁场原磁场起阻碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻而减速，所以选项C正确。有机玻璃为非金属，不产生涡流现象。?
答案：C?
例4 如图所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触。使磁铁转动，圆盘也会跟着转动。请解释其原因。?
答案：当磁铁旋转起来时，紧靠磁铁的金属圆盘因电磁感应而产生涡流，根据楞次定律，涡流与磁场相互作用，驱动圆盘运动。
知识拓展 电磁驱动的实质是利用了感应电流的磁场总是阻碍相对运动。
诱学·导入·点拨
材料：在现代家庭的厨房中，电磁炉是家庭主妇非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点。如图所示为电磁炉的实物图和示意图，工作时，给电磁炉的炉盘下面的线圈通入交变电流，炉盘上面金属锅中的食物就被煮熟。
问题：试想金属锅并未与电源相连为什么锅中的食物能被煮熟，煮熟食物的能量来源于哪里？?
导入点拨：电磁炉是近年发展起来的一种利用电磁感应加热、烹饪食物的一种家用电热炊具。当交变电流通过炉盘下面的线圈时产生交变的磁场，当磁场内的磁感线通过锅的底部时在锅的底部产生无数的环行感应电流，使锅体本身自行高速加热，从而达到烹饪食物的目的。
知识·巧学·升华
一、探究涡流现象?
1.涡流?
把块状的金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内组成闭合回路，很像水的漩涡，因此叫做涡流。整块金属电阻很小，所以涡流常常很大。
要点提示 涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。
2.涡流的防止?
电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。因此，我们要想办法减小涡流。途径之一是增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯。
深化升华 由于热功率与I2成正比，与R成反比，所以应尽量减少电流（增大电阻率）；用绝缘硅钢片目的是尽量减少闭合回路。
3.涡流的利用?
用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度。利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
知识拓展 涡流同其他电流一样，通过电阻时要产生热量，这体现了涡流的热效应。?
二、电磁阻尼?
当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。
知识拓展 电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快停下来，就是电磁阻尼的作用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。?
三、电磁驱动
1.电磁驱动?
如图所示，当转动蹄形磁铁时，线圈也跟着转动起来，这种现象叫做电磁驱动。?
2.电磁驱动的原因分析?
当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如，线圈处于图中所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的磁通量就增加了。根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈会跟着一起转动起来。
要点提示 线圈转动方向与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速，即同向异步。
问题·思路·探究
问题1 如图所示，是安全检查的报警门，有金属体通过门时，就会发出报警声。请说出它的工作原理。受此启发，你能自制金属探测器吗？?
思路：用于安全检查的门，是将导线沿着门框绕成线圈，金属物品通过门时产生涡流，涡流当中的磁场又反过来影响线圈中的电流，进而引发报警。?
探究：安全检查报警门是利用涡流的磁效应在工作，同样道理探测地雷的探雷器也是利用涡流的磁效应工作的。我们可以自制一个金属探测器，用导线绕成一个线圈，和高频电流构成回路，加上一个报警器，金属探测器就自制成功了。
问题2 微波炉是根据涡流的热效应原理制成的，由于发热功率与导体的电阻成正比，所以微波炉应采用电阻率较大的材料。你认为这种说法正确吗？?
思路：导体的电功率与电阻成正比，也与电流的平方成正比。?
探究：根据公式P=I2R可知，导体的电功率与电阻成正比，但与电流的平方成正比。综合两个因素考虑，应主要从增大电流的角度来提高导体的电功率，所以采用电阻率较小的材料制成的微波炉的发热效果更好。
典题·热题·新题
例1 磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是（ ）
A.防止涡流而设计的
B.利用涡流而设计的?
C.起电磁阻尼的作用
D.起电磁驱动的作用?
思路解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流。涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来。所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用。正确选项是B、C。?
答案：BC?
误区警示 线圈通电后的转动不是电磁驱动，要弄清概念，电磁驱动是一种电磁感应现象。
例2 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为（ ）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.增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量?
D.增大铁芯中的电阻，以减小发热量?
思路解析：不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率。是防止涡流的热效应而采取的措施。本题正确选项是B、D。?
答案：BD?
深化升华 对于任何事物都具有两面性。对人类有益的一面要尽量去开发利用，对人类有害的一面要尽可能防止。
例3 在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图所示。现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各滑块在未接触磁铁前的运动情况将是（ ）?
A.都做匀速运动
B.甲、乙做加速运动?
C.甲、乙做减速运动
D.?乙、丙做匀速运动?
思路解析：铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生了变化，因此在其内部产生涡流，反过来涡流产生的感应磁场原磁场起阻碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻而减速，所以选项C正确。有机玻璃为非金属，不产生涡流现象。?
答案：C?
例4 如图所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触。使磁铁转动，圆盘也会跟着转动。请解释其原因。?
答案：当磁铁旋转起来时，紧靠磁铁的金属圆盘因电磁感应而产生涡流，根据楞次定律，涡流与磁场相互作用，驱动圆盘运动。
知识拓展 电磁驱动的实质是利用了感应电流的磁场总是阻碍相对运动。