涡流现象与电磁灶教案.docVIP

3.2 涡流现象与电磁灶 [学习目标定位] 1.能说出涡流的产生原因及涡流的防止和利用.2.了解电磁灶的工作原理． 1．楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化． 2．纯电阻产生电热的表达式：Q＝I2Rt＝UIt＝t. 一、探究涡电流现象 1．涡电流现象：用整块金属材料做铁心绕制的线圈，铁心的横截面可看作是由一圈圈闭合回路组成的．当线圈中通有交变电流时，铁心中这些回路的磁通量就会发生变化，从而在铁心内产生呈涡旋状的感应电流，叫做涡电流，简称涡流． 2．为了减小涡流，变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成． 二、无火之灶——电磁灶 1．常用的电磁灶有工频电磁灶和高频电磁灶． 2．利用涡电流转化的热能，还可提炼金属；利用涡电流在磁场中受到的电磁力，可制成电磁驱动设备和电磁阻尼设备. 一、探究涡电流现象 [问题设计] 　演示涡流生热实验在一个绕有线圈的可拆变压器铁心上面放一口小铁锅(如图1)，锅内放少许水，给线圈通入交变电流一段时间．再用玻璃杯代替小铁锅，通电时间相同． 分析上面实验结合教材内容回答下列问题： (1)铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同？图1 答案　通电后铁锅中的水逐渐变热，玻璃杯中的水温不变化(忽略热传导)． (2)试着解释这种现象． 答案　线圈接入周期性变化的电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，变化的磁场激发出感生电场，小铁锅(导体)可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这些线圈中产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流，由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热，则锅中的水会热起来．而玻璃当中虽然也会产生感生电场，但没有自由移动的电荷，故不会产生电流，也不会产生电热，则玻璃杯中的水温没有变化． [要点提炼] 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． 3．由于整块金属的电阻很小，所以涡电流常常很大． 变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成，而不是用一整块铁制成，其原因是为了减小涡电流，减少铁心发热损失． 二、无火之灶——电磁灶 [问题设计] 如图2所示是某电磁炉的工作原理图，下面是某一品牌电磁炉的说明书上的部分内容：“这一部分和电磁炉是采用磁场感应涡流加热原理， 他利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内的磁感线通过含铁质锅底部时， 即会产生无数的小涡流，使锅体本身自行快速发热，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，对人体健康绝对无危害．”问题：(1)涡流产生在哪里？(2)产生涡流的部分和引起涡流的部分是否接触？(3)电磁炉的表面(陶瓷)在电磁炉工作时会不会发热？为什么？ 图2 答案　(1)涡流产生在铁质锅底部．(2)产生涡流的部分和引起涡流的部分不接触．(3)从理论上讲，由于电磁炉表面是陶瓷做成，所以在电磁炉工作时不会发热． [要点提炼] 电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈．当通上交替变化极快的交变电流时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变磁场；磁感线穿过锅体，使锅底感应出大量的强涡流，当涡流受到材料电阻的阻碍时，就放出大量的热，将饭菜煮熟． 三、电磁阻尼和电磁驱动 [问题设计] 1．电磁阻尼弹簧上端固定，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3所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象． 图3 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，还受线圈的磁场阻力，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． 2．电磁驱动 一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极之间，如图4所示，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动．当蹄形磁铁顺时针转动时线圈也顺时针转动，当磁铁逆时针转动时线圈也逆时针转动． 图4 根据以上现象，回答下列问题： (1)蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量是否变化？ (2)线圈转动起来的动力是什么力？线圈的转动速度与磁铁的转动速度相同吗？ 答案　(1)变化． (2)线圈内产生感应电流受到安培力的作用，安培力作为动力使线圈转动起来．线圈的转速小于磁铁的转速． [要点提炼] 电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系： 1．电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动；电磁驱动中导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动． 2．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；电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做