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【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-2第1章1-3电磁感应定律的应用


第3节 电磁感应定律的应用

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1.了解涡流的产生原因及如何防止和利用涡流.

2.了解涡流在生活、生产中的实际应用.
3.掌握磁卡存取信息的原理及动圈式话筒的工作

原理.

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一、涡流及其应用 1.概念 用整块金属材料作铁芯绕制的线圈,当线圈中通有变化的电 流时,变化的电流会产生变化的 磁场 ,变化的 磁场 穿 过 铁芯 ,整个铁芯会自成回路,产生 感应电流 ,这种电流看起 来像水的旋涡,把这种电流叫做涡电流,简称涡流. 2.应用 (1)涡流热效应的应用,如 (2)涡流磁效应的应用,如
真空冶炼炉 探雷器

. .

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3.防止 电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导致浪费能量, 损坏电器. (1)途径一:增大铁芯材料的 电阻率 . (2)途径二:用相互绝缘的 硅钢片 叠成的铁芯代替 整块硅钢 . 铁芯.

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二、磁卡和动圈式话筒

1.磁卡
磁卡机记录信息的工作原理如图1-3-1所示.

图1-3-1

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磁卡机的记录磁头由有空隙的环形 铁芯 与绕在铁芯上的 线圈 构成;磁卡上涂有磁性材料.记录信息时,磁卡的磁性 面(或记录磁头)以一定的速度移动,磁性面与记录磁头的空隙接 触.磁头的线圈一旦通以数据信号电流,就在环形铁芯的空隙处 产生随电流变化的 磁场 ,磁卡通过时便被不同程度地 磁化 ; 离开空隙时,磁卡的磁性层就留下相应于电流变化的磁信号,数 据就这样被记录在磁卡上了. 读取磁卡的信息则是一个相反的过程.

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2.动圈式话筒

图1-3-2
图1-3-2是动圈式话筒的构造原理图,它是利用电磁感应 现象制成的.当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈 (叫做音圈)随着一起振动.音圈在永磁铁的磁场里振动, 就产生 感应电流 (电信号).感应电流的大小和方向都变化,振幅和频 率的变化由声波决定.这个信号电流经扩音器放大后传给扬声 器,从扬声器中就发出放大的声音.
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对涡流的正确理解

1.涡流的含义
把块状金属放在变化的磁场中,或让它在磁场中运动,金 属块会产生感应电流,这种电流称为涡流.

在圆柱形的铁芯上绕有线圈,当线圈中通以交变电流时,
铁芯就处在交变电场中,铁芯可看作由一系列半径逐渐变化的 圆柱状薄壳组成,每层薄壳组成一个闭合回路.在交变磁场的 周围存在电场,这个电场为涡旋电场.这些导体薄壳都处于电 场中,这一电场对导体内的自由电荷就有力的作用,所以沿着 一层层的薄壳产生感应电流.电流的流线呈闭合的涡旋状,因 而将这种电流叫做涡流.
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2.涡流的热效应
由于大块导体的电阻很小,涡流可以达到很大的强度,从 而产生很强的热效应,电磁炉就是根据这一原理工作的.

电磁炉是现代家庭烹饪食物的一种新型炊具,它以其加热
快、效率高、省时省力、安全卫生和使用方便而被越来越多的 人所接受.

电磁炉是利用电磁感应引起的涡流进行加热来工作的,它
是由感应加热线圈、灶台台板和烹饪锅等组成,如图1-3-3所 示.

图1-3-3
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电磁炉的台板下布满了线圈,当通过中频交流电时,在台

板与铁锅之间产生交变磁场,磁感线穿过锅体,产生感应电流—
—涡流,这种感应电流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.

电磁炉产生的交变磁场,不但会产生涡流热,而且会促使
金属锅体的分子运动并互相碰撞,造成分子间的摩擦生热,这 两种热是直接发生在锅体本身的,其热能的损耗很小,所以电 磁灶的热效率可达80%,约比煤气灶高一倍,而且加热均匀, 烹调迅速,节能省电.与一般灶具相比,电磁炉具有以下优 点:

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(1)无明火,没有燃烧生成物污染室内.

(2)使用时,不必点火,没有火苗,没有高于300 ℃以上的
高温部位,且有过压、欠压和过热保护功能,一旦超过额定 值,便启动自动报警装置,安全可靠,不会产生危险事故.

(3)省电节能效率高.

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【典例1】 有一工件可能是铝合金材料制作的,也可能是 塑料材料制作的,因刷有保护漆无法确定.在不破坏外观的情 况下,你如何确定它到底是什么材料呢? 思路点拨:用磁铁去试探,感应电流会阻碍磁铁的运动. 解析 可以拿一块磁铁,让磁极向着工件表面迅速运动过 来,若感到受到阻碍,则说明是铝合金材料的;若不感到有阻 碍作用,则说明是塑料材料的. 答案 见解析

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借题发挥

若是铝合金,当磁铁的磁极向着它运动时,因

磁通量发生变化而产生涡流,因而发生阻碍作用.若是塑料,
因不能产生涡流,所以不会阻碍相对运动.

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【变式1】 在电磁炉使用过程中,以下说法正确的是

(
A.线圈产生热量给食物加热 B.电磁炉不消耗电能

).

C.电磁炉通过线圈把电场能转变为磁场能,在形成涡流
过程中,又把磁场能转变为电能,进而转化为内能 D.在电磁炉和感应炉中都遵守能量守恒定律 答案 CD

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【 典 例 2】 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1-3-4(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1-3-4(b)所示;放
音时,磁头线圈改为跟放大电路、扬声器相连,如图1-3-4(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 ( ).

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(a)

(b) 图1-3-4

(c)

①录音时线圈中变化的音频电流在磁带上产生变化的磁场 ②放音时线圈中变化的音频电流在磁带上产生变化的磁场 ③录音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流 ④放音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流 A.①③ C.①④ B.②④ D.②③

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思路点拨:电能与磁能发生相互转化,在录音机里,录放

两种功能是合用一个磁头完成的,录音时磁头与话筒相连,放
音时磁头与扬声器相连. 解析 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;放音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应 电流. 答案 问题关键. C 熟悉普通录音机的录音、放音原理是解决此类 借题发挥

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【变式2】 如图1-3-5所示,磁带录音机既可用做录音,

也可用做放音,其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的
磁头b,不论是录音或放音过程,磁带或磁隙软铁都会存在磁化 现象,下面对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的说

法,正确的是(

).

图1-3-5

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A.录音的主要原理是电流的磁效应,放音的主要原理是

电磁感应
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.录音和放音的主要原理都是磁场对电流的作用
D.录音和放音的主要原理都是电磁感应 答案 A

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涡流的应用 1.下列说法正确的是( ). A.金属块处在磁场中就会产生涡流 B.金属块相对于磁场运动,一定不会产生涡流

C.大块金属的电阻很小,涡流可能达到很大的强度
D.以上说法都不对 解析 金属块处在变化的磁场中,才会产生涡流,选项A

错误.金属块相对于磁场运动,只要穿过薄壳的磁通量发生变
化,就会产生涡流,选项B错误,根据闭合电路欧姆定律,电流 和电阻成反比,可判定选项C正确.故选C.

答案

C
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2.如图1-3-6所示是冶炼金属的感应炉的示意图.高频

感应炉中装有待冶炼的金属,当线圈中通有电流时,通过产生
涡流来熔化金属.以下关于高频感应炉的说法中正确的是 ( ).

图1-3-6

A.高频感应炉的线圈中必须通有变化的电流,才会产生 涡流 B.高频感应炉的线圈中通有恒定的电流,也可以产生涡 流
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C.高频感应炉是利用线圈中电流产生的焦耳热使金属熔
化的 D.高频感应炉是利用待冶炼金属中的涡流的热效应使金

属熔化的
解析 变化的电流才能产生变化的磁场,引起磁通量的变 化,产生电磁感应现象,恒定电流不会使感应炉中的磁通量发 生变化,不会有涡流产生,选项A对、B错;当感应炉内装入待 冶炼的金属时,会在待冶炼的金属中直接产生涡流来加热金 属,而不是利用线圈中电流产生的焦耳热,所以选项C错、D 对. 答案 AD
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磁记录的应用

3.麦克风是一种常用的电子设备,它的内部就是一个小
型传感器,可以把声音变成电信号.它的种类很多,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,该线圈处在柱形永磁体的辐射状磁场中,当声音
使膜片振动时,就能将声音信号转变成电信号,下列说法正确 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现象工作的 C.膜片振动时,线圈内不会产生感应电流 D.膜片振动时,线圈内会产生感应电流

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解析

当声音使膜片振动时,膜片后面的金属线圈随之振

动,线圈就会切割永磁体的磁感线产生感应电流,声音的强弱
不同,产生的感应电流的强弱也不同,从而将声音信号转变成 电信号,这是电磁感应现象的应用,故选B、D.

答案

BD

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