高中物理第1章电磁感应3电磁感应定律的应用课件鲁科版选修3-2 57张PPT

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第3节　
电磁感应定律的应用
一、涡流及其应用
1.涡流定义:将整块金属放在变化的磁场中,穿过金属
块的磁通量_________,金属块内部就会产生旋涡状的
感应电流。
2.涡流的应用——电磁炉:
(1)工作原理:利用_____原理制成的。
(2)优点:_______高;无烟火,无毒气、废气,被称为
“_________”;只对铁质锅具加热,炉体本身不发热。
发生变化
涡流
热效率
绿色炉具
3.涡流的危害及防止:
(1)危害:变压器、电动机、发电机的铁芯会因涡流损
失大量的电能并导致设备_____。
(2)防止:为减小涡流,电动机、变压器铁芯是用外表涂
有_________的薄_______叠成的,而不采用整块硅钢铁
芯,这样可以使涡流大为减弱,涡流损失大大降低,从而
降低能耗。
发热
绝缘材料
硅钢片
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_________
_____;信息的读取与录入过程相反,利用了_________
_____。
2.动圈式话筒:动圈式话筒是把_________转变为_____
___的装置,由膜片、线圈、永磁体等构成,其工作原理
是_____________。
电流的磁
效应
电磁感应
原理
声音信号
电信
号
电磁感应原理
【思考辨析】
(1)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。
(　　)
(2)电磁炉是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。
(　　)
(3)录音机在磁带上录制声音时,利用了电磁感应原理。
(　　)
(4)磁卡读取信息时,利用了电磁感应原理。
(　　)
(5)动圈式话筒工作时利用了电磁感应现象把声音信号转变为电信号。
(　　)
提示:(1)√。涡流本质上是感应电流,是自身构成的回路,在穿过导体的磁通量变化时产生的。
(2)√。电磁炉是在金属锅体中产生热效应,是典型的涡流现象的应用,通过这种方式,可以达到加热和烹饪食物的目的。
(3)√。
(4)×。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。
(5)√。话筒是把声音转变为电信号的装置,(5)正确。
一　涡流的产生、利用及防止
【典例】(2019·三明高二检测)如图甲、乙所示,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
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
【解题探究】
(1)涡流的原理是_________现象。
(2)小铁锅的电阻_____玻璃杯的电阻。
电磁感应
小于
【解析】选C。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,铁锅是导体,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。
【核心归纳】
1.涡流产生的条件:
(1)穿过金属块的磁通量发生变化。
(2)金属块自身构成闭合回路。
(3)金属块的电阻较小。
2.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.涡流现象中的能量分析: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。
(1)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。
(2)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,就会产生电热。
4.涡流的利用与防止:
(1)利用。
①利用涡流的热效应:
a.电磁炉:金属块内产生涡流时将会产生电热,因此可以用涡流来加热物体。电磁炉就是利用了这一原理。
b.真空冶炼:用来冶炼合金钢的真空冶炼炉,炉外有线圈,线圈中通入周期性变化的电流,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,由于整个过程是在真空中进行的,从而能有效防止空气中的杂质进入金属,所以可以冶炼高质量的合金。
②利用涡流的磁效应:电磁阻尼和电磁驱动。
(2)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,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。
(3)减小涡流的方法:
①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。
②用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯,而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片内,回路的电阻很大,涡流大为减弱,涡流产生的热量也减少。
【易错提醒】(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)涡流的大小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。
【过关训练】
1.(2019·宁德高二检测)如图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
(　　)
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
【解析】选B。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.(多选)(2019·福州高二检测)在大型用电系统中,都配有变压器,通过互感可以把交变电流进行升压和降压。如图所示,变压器的线圈中都有铁芯,铁芯往往都是用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这样做的目的是
(　　)
A.硅钢电阻率大,用薄硅钢片叠压成铁芯,使铁芯电阻增大,减少变压器工作时产生的热量
B.硅钢电阻率小,用薄硅钢片叠压成铁芯,使铁芯电阻减小,减少变压器工作时产生的热量
C.增大涡流发热,提高变压器的效率
D.减少涡流发热,提高变压器的效率
【解析】选A、D。硅钢材料的电阻率大,且采用薄硅钢片,增大了铁芯中的电阻,阻断了涡流回路,变压器工作时产生的涡流的发热量大大减少,减少了电能损失,提高了变压器的效率,所以A、D正确。
【补偿训练】
如图所示,在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦),现让铜盘转动。下面对观察到的现象描述及解释正确的是
(　　)
A.铜盘中没有感应电动势、没有感应电流,铜盘将一直转动下去
B.铜盘中有感应电动势、没有感应电流,铜盘将一直转动下去
C.铜盘中既有感应电动势又有感应电流,铜盘将很快停下
D.铜盘中既有感应电动势又有感应电流,铜盘将越转越快
【解析】选C。铜盘转动时,根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知,盘中有感应电动势,也产生感应电流,并且受到阻尼作用,机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热,铜盘将很快停下,故C正确,A、B、D错误。
二　磁卡和动圈式话筒的工作原理
【典例】(多选)(2019·南平高二检测)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(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
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
【解析】选A、D。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A正确,C错误;放音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流,B错误,D正确。
【核心归纳】
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:
①话筒是把声音转变为电信号的装置。如图乙是动圈式麦克风构造原理图。
②麦克风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(音圈)随着一起振动,音圈在永久磁铁的磁场里振动,从而产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化。
③声波的信号电流经扩音器放大后传给扬声器,扬声器中就发出了放大的声音。
【过关训练】
1.(2019·龙岩高二检测)动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象。如图所示,图甲是动圈式话筒的原理图,图乙是录音机的录、放音原理图。由图可知以下说法错误的是
(　　)
A.话筒工作时,磁铁不动,音圈随膜片振动而产生感应电流
B.录音机放音时,变化的磁场在静止的线圈内激发起感应电流
C.录音机放音时,线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
D.录音机录音时,线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
【解析】选C。由动圈式话筒原理图可知,话筒工作时将声音信号转变为电信号,A正确;录音机放音时,将磁信号转变为电信号,录音时,将电信号转变为磁信号加以保存,B、D均正确,C错误。
2.唱卡拉OK用的话筒,内有传感器,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,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号。下列各说法中正确的是(　　)
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原理工作的
C.膜片振动时,穿过线圈的磁通量不变
D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势
【解析】选B。动圈式话筒是利用电磁感应制成的,A错,B对。当声波使金属膜片振动时,黏接在膜片上的金属线圈随着一起振动,线圈在永磁体的磁场里振动,线圈中的磁通量发生变化,进而产生感应电动势和感应电流,将声音信号转变为电信号,C、D错。
【补偿训练】
1.如图所示,磁带录音机可用来录音,
也可用来放音。其主要部件为可匀速行
进的磁带a和绕有线圈的磁头b,不论是录音还是放音
过程,磁带或磁隙软铁会存在磁化现象。对于它们在
录音、放音过程中的主要工作原理,下列说法正确的
是(　　)
A.放音的主要原理是电磁感应,录音的主要原理是电流的磁效应
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.放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用
D.放音和录音的主要原理都是电磁感应
【解析】选A。录音过程及原理是:先将声音信号通过
话筒转换成变化的电流信号,加在题图中的线圈上,由
于电流的磁效应,变化电流产生的变化磁场信号将由于
磁带被磁化而记录在匀速经过的磁带上,是电流的磁效
应。放音过程是录音过程的逆过程,磁带匀速通过磁隙,
由于磁带上变化的磁场使磁头发生磁化现象,使磁头线
圈的磁通量发生变化,导致磁头上的线圈中产生感应电流,该感应电流通过扬声器即发出声音,是电磁感应过程。故选项A是正确的。
2.电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系,根据这一发现,发明了许多电器设备。下列电器中,哪个没有利用电磁感应原理(　　)
A.动圈式话筒　　　　　　　B.白炽灯
C.磁带录音机
D.电磁炉
【解析】选B。动圈式话筒利用电磁感应原理将声音信号变成电信号,A错误;白炽灯泡利用电流的热效应,不是利用电磁感应原理,B正确;磁带录音机利用电磁感应原理,将声音信号变成电信号,C错误;电磁炉是利用电磁感应原理产生涡流来工作的,D错误。故选B。
【拓展例题】考查内容:电磁阻尼
【典例】如图所示,使一个水平放置的铜盘绕其竖直的轴OO′转动,且假设摩擦等阻力不计,转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘,则
(　　)
A.铜盘转动将变慢
B.铜盘转动将变快
C.铜盘仍以原来的转速转动
D.铜盘的转动速度是否变化,要根据磁铁的上下两端的极性来决定
【正确解答】选A。当一个蹄形磁铁移近铜盘时,铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,由楞次定律可知感应电流受的安培力阻碍其相对运动,所以铜盘的转动将变慢,本题也可以从能量守恒的角度去分析,因为铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,铜盘的机械能不断转化成电能,铜盘转动会逐渐变慢,故A正确,B、C、D错误。