学年同步备课套餐之物理教科版选修32讲义第1章电磁感应 7Word文件下载.docx

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为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的薄硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯．

[即学即用]　判断下列说法的正误．

（1）涡流也是一种感应电流．（√）

（2）导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热．（×

）

（3）利用涡流制成的探测器也可探测毒品．（×

（4）涡流是一种有害的电磁感应现象．（×

二、高频感应炉与电磁灶

[导学探究]　高频感应炉结构如图2所示，电磁灶的结构如图3所示．

结合电磁感应的条件回答下列问题：

图2　　　　　　　　　　　图3

（1）高频感应炉冶炼金属的原理是什么？

有什么优点？

（2）电磁灶中的涡流是怎样产生的？

产生涡流的部分和引起涡流的部分是否接触？

电磁灶的表面在电磁灶工作时的热量是怎么产生的？

答案　

（1）高频感应炉冶炼金属是利用涡流熔化金属．冶炼锅内装入被冶炼的金属，让高频交流电通过线圈，被冶炼的金属内部就产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化．

优点：

速度快，温度容易控制，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中．

（2）涡流产生在铁磁材料制成的锅底部，引起涡流的部分是灶内的励磁线圈，它与锅底不接触．电磁灶工作时表面摸上去温度也挺高，是因为其表面与铁锅发生了热传递．

1．高频感应炉是利用涡流熔化金属，这种方法速度快，温度容易控制，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中．

2．电磁灶：

在励磁线圈中通入交变电流时，形成交变磁场，作用于铁磁材料制成的烹饪锅，在锅底产生涡流，锅底有适当的电阻，产生焦耳热，使锅底发热．

（1）高频感应炉是利用高频电流的热效应冶炼金属的．（×

（2）高频感应炉中，对电流的频率高低要求不是很高，只要电流足够大就可以．（×

（3）电磁灶烹饪食物时，锅上的电流容易造成触电事故，故使用时要小心操作．（×

（4）陶瓷、玻璃器皿也可以在电磁灶上使用．（×

三、电磁阻尼

[导学探究]　弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁．将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来．如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它（如图4所示），磁铁就会很快停下来，解释这个现象．

图4

答案　当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来．

1．电磁阻尼：

当导体在磁场中运动时，导体中产生的感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．

2．特点：

电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能．

（1）电磁阻尼遵循楞次定律．（√）

（2）电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化．（√）

（3）电磁阻尼现象发生时，安培力对导体产生阻碍作用．（√）

一、涡流的理解、利用和防止

1．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．

2．产生涡流时的能量转化

（1）金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能．

（2）金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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

　（多选）如图5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会产生感应电流，感应电流通过焊缝产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（　　）

图5

A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快

B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快

C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小

D．工件上只有焊缝处温度升的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大，升温越快，故A项对，B项错；

工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，故C项错，D项对．

例2

　（多选）如图6所示，闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则（　　）

图6

A．若是匀强磁场，环上升的高度小于h

B．若是匀强磁场，环上升的高度等于h

C．若是非匀强磁场，环上升的高度等于h

D．若是非匀强磁场，环上升的高度小于h

答案　BD

解析　若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错，B正确；

若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故D正确．

二、电磁阻尼的理解

1．闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到磁场力的作用，根据楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼．

2．电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用．

例3

　在水平放置的光滑绝缘导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图7所示．现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们分别从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去．各滑块在向磁铁运动的过程中（　　）

图7

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

答案　C

解析　甲、乙向磁铁靠近时要产生涡流，受电磁阻尼作用，做减速运动，丙则不会产生涡流，只能匀速运动.

1．下列做法中可能产生涡流的是（　　）

A．把金属块放在匀强磁场中

B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动

C．让金属块在匀强磁场中做变速运动

D．把金属块放在变化的磁场中

答案　D

2．（多选）如图8所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑、但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度．两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端距管口等高处无初速度释放，穿过A管比穿过B管的小球先落到地面．下面对于两管的描述中可能正确的是（　　）

图8

A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的

B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的

C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的

D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的

3．（多选）如图9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9

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

选择题（1～6题为单选题，7～10题为多选题）

1．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　涡流的本质是电磁感应现象中产生的感应电流，只不过是由金属块自身构成回路，它既有热效应，也有磁效应，所以A正确，B、C错误；

硅钢中产生的涡流较小，D错误．

2.弹簧上端固定，下端挂一条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变．若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图1所示，观察磁铁的振幅将会发现（　　）

A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变

B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变

C．S闭合或断开，振幅变化相同

D．S闭合或断开，振幅都不发生变化

解析　S断开时，磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化，但线圈中无感应电流，振幅不变；

S闭合时有感应电流，有电能产生，磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减小，A正确．

3.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图2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，这时被治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冶炼的金属中，因此适用于冶炼特种金属．那么该炉的加热原理是（　　）

图2

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

4．如图3所示，使一个铜盘绕其竖直的轴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（　　）

图3

A．铜盘的转动将变慢

B．铜盘的转动将变快

C．铜盘仍以原来的转速转动

D．铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁上下两端的极性来决定

5.如图4所示，一条形磁铁从静止开始向下穿过一个用双线绕成的闭合线圈，条形磁铁在穿过线圈的过程中（　　）

A．做自由落体运动

B．做减速运动

C．做匀速运动

D．做非匀变速运动

解析　双线绕成的线圈由于两导线产生的磁通量相互抵消，不会产生感应电流，所以磁铁将做自由落体运动．

6．一个半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环，用一根长为L的绝缘细绳悬挂于O点，离O点下方

处有一宽度为

、垂直纸面向里的匀强磁场区域，如图5所示．现使圆环从与悬点O等高位置A处由静止释放（细绳张直，忽略空气阻力），摆动过程中金属圆环所在平面始终垂直磁场，则在达到稳定摆动的整个过程中，金属圆环产生的热量是（　　）

A．mgLB．mg（

＋r）

C．mg（

L＋r）D．mg（L＋2r）

解析　圆环在进入磁场和离开磁场时，磁通量发生变化，产生感应电流，机械能减少，最后圆环在磁场下面摆动，机械能守恒．在整个过程中减少的机械能转变为焦耳热，在达到稳定摆动的整个过程中，金属圆环减少的机械能为mg（

L＋r）．

7．对变压器和电动机中的涡流的认识，以下说法正确的是（　　）

A．涡流会使铁芯温度升高，减少线圈绝缘材料的寿命

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材料的寿命，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.

8．如图6所示，磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈围绕在铝框上，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

答案　BC

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，也就是涡流．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．

9．安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警．以下关于这个安检门的说法正确的是（　　）

A．这个安检门也能检查出毒品携带者

B．这个安检门只能检查出金属物品携带者

C．如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者

D．这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应

解析　这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A错，B对．若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错．安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D对．

10．如图7所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（　　）

A．增加线圈的匝数B．提高交流电源的频率

C．将金属杯换为瓷杯D．取走线圈中的铁芯