搜索
※了解涡流的产生原理，了解涡流的防止和应用※了解电磁驱动和电磁阻尼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，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能被加热．金属锅没有通电也没有接触明火，锅中的食物便可被加热，请你探究一下它的工作原理．1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的，就像水中的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流．涡流感应电流2．涡流的防止和利用．(1)金属块的电阻率小，涡流很强，产生的，可以用来治炼合金钢．(2)探雷器就是利用涡流工作的．探雷器线圈中有变化的电流．线圈在地面扫过时，如果地面下埋着，金属中产生，涡流的磁场又会反过来影响线圈中的电流，使仪器报警．如飞机场的安检门可以检测人身携带的热量很多金属物品涡流金属物品．3．涡流的防止电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上．当线圈中流过变化的电流时，在铁芯中会产生，使铁芯发热，浪费能量，并损坏电器．为减小涡流我们采用这种的材料，并且用互相绝缘的硅钢片来代替整块硅钢铁芯．涡流硅钢电阻率大1.概念：当导体在磁场中运动时，电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是导体的运动．2．应用：磁电式仪表中利用使指针迅速停止摆动，便于读数.电磁阻尼感应阻碍电磁阻尼1.概念：磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，感应电流使导体受到的作用，起来．2．应用：交流感应电动机．电磁驱动安培力使导体运动答案：①穿过导体的磁场发生变化②真空治炼炉、探雷器等③安培力的“阻碍”作用一、对涡流的理解1．涡流的产生：涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变化的磁场中，或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可以等效成许许多多的闭合电路，当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流．即导体内部产生了涡流．2．涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大．3．能量转化：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．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．特别提醒：1涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律.2磁场变化越快越大，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大.二、电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力不同点效果安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍物体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动电磁阻尼电磁驱动不同点能量转化导体克服安培力做功，其他形式能转化为电能，最终转化为内能由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，而对外做功相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动.特别提醒：电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的效果是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中导体的运动速度仍要小于磁场的运动速度.易错点：对概念理解不透导致错误案例：如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动．从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则()A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小C．线圈转动时将产生变化的电流D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda[易错答案]A[易错分析]根据电磁驱动，线圈与磁铁转动的方向相同转速相同故选A.[正确解答]当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生变化的电流，故C对，D错；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度．如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生．[正确答案]BC如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图．其中外圈A是通高频率交变电流的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起．当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得焊缝处金属熔化而焊接起来．涡流的利用和防止(1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系？(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件的其他部分并不很热？解析：(1)A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流热功率P＝I2R也越大，焊接得越快．(2)B中各处电流大小相等，但接口a处电阻大，电流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，所以接口a处已被熔化而零件其他部分并不很热．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，以减少放出的热量答案：BD解析：不使用整块硅钢而采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是防止涡流而采取的措施.弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．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)，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况．电磁阻尼的分析和应用解析：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和线圈靠近或离开，也就使磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来．(2011·青州高二检测)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，铜盘将越转越快答案：C解析：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对，A、B、D错.位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中()电磁驱动的理解和应用A．磁铁做匀速直线运动B．磁铁做减速运动C．小车向右做加速运动D．小车先加速后减速解析：本题为电磁驱动，可由楞次定律判断作用力的方向，再由牛顿第二定律判断运动情况．磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动．同理，磁铁穿出时，由楞次定律的扩展含义知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项B是正确的．而对于小车上的螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右的，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，C对．答案：BC如图所示光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是()A．两环都向右运动B．两环都向左运动C．环1静止，环2向右运动D．两环都静止答案：C解析：条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止．环2中磁通量变化．根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动.我们用来煮食的炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相同．有的以天然气、液化石油气等为燃料的，例如天然气炉．还有以直接的电热方式加热的，例如电饭锅．下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉．如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图．炉子的内部有一个金属线圈，当交变电流通过线圈时，会产生磁场，开放·探究这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些内能便能起到加热物体的作用从而煮食．电磁炉的特点是：电磁炉的效率比一般的炉子都高，热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁炉火力强劲，安全可靠．因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用．对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能被磁铁吸住的就能用．适合放在电磁炉上的烹饪器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等．(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及到的物理原理有(回答三个即可)：①___________________________________________；②___________________________________________；③___________________________________________.(2)电磁炉所用的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是____________________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是________________________．(3)在锅和电磁炉中间放置一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？答案：(1)①电流的磁效应(或电生磁)；②电磁感应现象(或磁生电)；③电流的热效应(或焦耳定律)(2)不能产生电磁感应现象铝、铜的导磁性太差，效率低(3)能起到加热作用，线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用．金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器(如图)，除了用于探测有金属外壳或金属部件的地雷之外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆，甚至能够地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体．你能说明其工作原理吗？答案：金属探测器是利用涡流工作的．交变电流通过金属探测器的线圈时，会产生变化的磁场．如果探测器周围有金属，金属内便产生涡流，涡流本身又会产生磁场反过来影响原有的磁场．这样就会引发探测器发出鸣叫声．