物理滬科版選修3-2作業(yè)1-6渦流現(xiàn)象與電磁灶

課后篇鞏固提升A組1.(多選)如圖所示,A、B為大小形狀均相同且內(nèi)壁光滑、使用不同材料做成的圓管,豎直固定在相同的高度,兩個(gè)相同的磁性小球,同時(shí)從A、B管上端的管口無(wú)初速釋放,穿過(guò)A管的小球比穿過(guò)B管的小球先落到地面。下面關(guān)于兩管的描述中可能正確的是()A.A管是用塑料制成的,B管是用銅制成的B.A管是用鋁制成的,B管是用膠木制成的C.A管是用膠木制成的,B管是用塑料制成的D.A管是用膠木制成的,B管是用鋁制成的解析:穿過(guò)B管的小球后落地,說(shuō)明在通過(guò)圓筒時(shí)受到了阻礙,由于圓筒光滑,該阻礙只有感應(yīng)電流磁場(chǎng)與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)間的阻礙,即B圓管中產(chǎn)生了感應(yīng)電流,為金屬管;穿過(guò)A管的小球沒(méi)有受到阻礙,A管為非金屬管。選項(xiàng)A、D正確。答案:AD2.(多選)變壓器的鐵心是利用薄硅鋼片疊壓而成的,而不是采用一整塊硅鋼,這是因?yàn)?)A.增大渦流,提高變壓器的效率B.減小渦流,提高變壓器的效率C.增大鐵心中的電阻,以產(chǎn)生更多的熱量D.增大鐵心中的電阻,以減少產(chǎn)生的熱量解析:不使用整塊硅鋼而是采用很薄的硅鋼片,這樣做的目的是增大鐵心中的電阻,阻斷渦流回路,來(lái)減少電能轉(zhuǎn)化成鐵心的內(nèi)能,提高效率,這是防止渦流而采取的措施。本題正確選項(xiàng)是B、D。答案:BD3.下列設(shè)備或元件不是利用渦流的是()解析:金屬探測(cè)器中變化的電流遇到金屬物體,會(huì)在金屬物體上產(chǎn)生渦流,屬于渦流的利用;變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來(lái)改變電壓的,要避免渦流產(chǎn)生熱量對(duì)變壓器的影響,故不是利用渦流現(xiàn)象;真空冶煉爐是線圈中的電流做周期性變化,在冶煉爐中產(chǎn)生渦流,從而產(chǎn)生大量的熱量,屬于渦流的利用;磁電式儀表利用渦流能讓指針快速穩(wěn)定,也是利用渦流現(xiàn)象。答案:B4.(多選)異步電動(dòng)機(jī)模型如圖所示,蹄形輕磁鐵和矩形線框abcd均可繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)使線框沿逆時(shí)針?lè)较虮３謩蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)(從上往下看),則磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況是()A.磁鐵沿逆時(shí)針?lè)较?從上往下看)轉(zhuǎn)動(dòng)B.磁鐵沿順時(shí)針?lè)较?從上往下看)轉(zhuǎn)動(dòng)C.磁鐵由靜止開(kāi)始一直加速轉(zhuǎn)動(dòng)D.磁鐵先由靜止開(kāi)始加速轉(zhuǎn)動(dòng),后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)解析:剛開(kāi)始,由于磁鐵靜止,線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng),它們之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),因而在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律可知,當(dāng)線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí),它阻礙磁鐵與線框間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),因而磁鐵與線框同方向轉(zhuǎn)動(dòng),而且磁鐵逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng),只要磁鐵的轉(zhuǎn)速比線框的轉(zhuǎn)速小,上述電磁感應(yīng)現(xiàn)象一直存在,直到磁鐵轉(zhuǎn)速加大到與線框轉(zhuǎn)速相等時(shí),它們處于相對(duì)靜止,此時(shí)線框中無(wú)電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生,線框和磁鐵一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。答案:AD5.以下關(guān)于渦流的說(shuō)法中,正確的是()A.渦流跟平時(shí)常見(jiàn)的感應(yīng)電流一樣,都是因?yàn)榇┻^(guò)導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B.渦流不是感應(yīng)電流,而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C.渦流有熱效應(yīng),但沒(méi)有磁效應(yīng)D.在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流解析:根據(jù)渦流的產(chǎn)生原因(變化的磁場(chǎng)中的金屬塊、電流變化的線圈附近的導(dǎo)體中都產(chǎn)生渦流)知:渦流就是平時(shí)常見(jiàn)的感應(yīng)電流,是因?yàn)榇┻^(guò)導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的,符合感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因,所以選項(xiàng)A正確、選項(xiàng)B錯(cuò)誤;渦流和其他電流一樣,也有熱效應(yīng)和磁效應(yīng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;硅鋼的電阻率大,產(chǎn)生的感應(yīng)電流——渦流較小,不是不能產(chǎn)生渦流,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:A6.(多選)高頻焊接原理示意圖如圖所示,線圈通以高頻交變電流,金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱,將焊縫熔化焊接,要使焊接處產(chǎn)生的熱量較多可采用()A.增大交變電流的電壓B.增大交變電流的頻率C.增大焊接縫的接觸電阻D.減小焊接縫的接觸電阻解析:交變電流頻率越高、電壓越大,產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化越快。在工作中引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,感應(yīng)電流就越大,產(chǎn)生的熱量越多,選項(xiàng)A、B正確,焊接縫接觸電阻越大,電壓越大,在此處產(chǎn)生的熱量越多,越容易熔化焊接。答案:ABC7.有一個(gè)銅盤,輕輕撥動(dòng)它,能長(zhǎng)時(shí)間地繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。如果在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤邊緣,但并不與銅盤接觸,如圖所示,銅盤就能在較短的時(shí)間內(nèi)停止。分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。答案:磁鐵放入后,銅盤內(nèi)從中心到邊緣輻向分布的導(dǎo)體會(huì)切割磁感線,導(dǎo)體內(nèi)自成回路,產(chǎn)生渦流,渦流消耗機(jī)械能,所以很快就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。8.一金屬細(xì)圓環(huán)用絕緣細(xì)繩懸掛,忽略空氣阻力,圓環(huán)可做等幅擺動(dòng),若在圓環(huán)正下方放置一條形磁鐵如圖圓環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)?解析:條形磁鐵置于細(xì)圓環(huán)正下方,圓環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)圓環(huán)的磁通量保持為零不變,細(xì)圓環(huán)的橫截面積不計(jì),所以環(huán)中無(wú)感應(yīng)電流,圓環(huán)仍做等幅擺動(dòng)。答案:見(jiàn)解析。B組1.電磁爐又名電磁灶,是現(xiàn)代廚房革命的產(chǎn)物,它無(wú)需明火或傳導(dǎo)式加熱而讓熱直接在鍋底產(chǎn)生,因此熱效率得到了極大的提高,是一種高效節(jié)能廚具,完全區(qū)別于傳統(tǒng)的有火或無(wú)火傳導(dǎo)加熱廚具。如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖,下列說(shuō)法正確的是()A.電磁爐通電線圈加直流電,電流越大,電磁爐加熱效果越好B.電磁爐原理是通電線圈加交變電流后,在鍋底產(chǎn)生渦流,進(jìn)而發(fā)熱工作C.在鍋和電磁爐中間放一絕緣物質(zhì),電磁爐不能起到加熱作用D.電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋,主要原因是這些材料的導(dǎo)熱性能較差解析:電磁爐通電線圈加直流電,會(huì)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng),穿過(guò)鍋底的磁通量不發(fā)生變化,不能產(chǎn)生渦流,所以沒(méi)有加熱效果,故A錯(cuò)誤;電磁爐的原理是利用交變電流通過(guò)通電線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng),在鍋底產(chǎn)生渦流,進(jìn)而發(fā)熱工作,故B正確;在鍋和電磁爐中間放一絕緣物質(zhì),不會(huì)影響渦流的產(chǎn)生,因此不會(huì)影響電磁爐的加熱作用,故C錯(cuò)誤;金屬鍋?zhàn)陨懋a(chǎn)生無(wú)數(shù)小渦流而加熱工作,陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋屬于絕緣材料,不會(huì)產(chǎn)生渦流,無(wú)法加熱工作,所以不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋不是因?yàn)槠鋵?dǎo)熱性能較差,故D錯(cuò)誤。答案:B2.(多選)如圖所示,a是一正方形小金屬片,用一根絕緣細(xì)桿將其掛在固定點(diǎn)O,使其繞O點(diǎn)來(lái)回?cái)[動(dòng),穿過(guò)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。已知磁感線方向跟線框平面垂直,若懸點(diǎn)摩擦和空氣阻力均不計(jì),則()A.金屬片進(jìn)入或離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí),都產(chǎn)生感應(yīng)電流,而且電流方向相反B.金屬片進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后越靠近OO'時(shí)速度越大,因而產(chǎn)生的感應(yīng)電流也越大C.金屬片開(kāi)始擺動(dòng)后,擺角會(huì)越來(lái)越小,擺角小到某一值后將不再減小D.金屬片在擺動(dòng)過(guò)程中,機(jī)械能會(huì)完全轉(zhuǎn)化為金屬片的電能解析:金屬片進(jìn)出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí),由楞次定律知,產(chǎn)生的渦流為逆時(shí)針?lè)较?金屬片從磁場(chǎng)中出來(lái)時(shí)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻臏u流。金屬片完全進(jìn)入磁場(chǎng)中后磁通量不再變化,故無(wú)渦流產(chǎn)生。故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。金屬片進(jìn)出磁場(chǎng)的過(guò)程,機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能再轉(zhuǎn)化為熱能,故擺動(dòng)幅度逐漸減小。當(dāng)金屬片全部在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)部擺動(dòng)時(shí),沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故機(jī)械能守恒,振幅不變。答案:AC3.渦電流會(huì)使金屬發(fā)熱,人們利用這個(gè)原理制成了電磁灶。關(guān)于電磁灶,下列說(shuō)法正確的是()A.電磁灶都是用高頻交變電流工作的B.高頻電磁灶有加熱線圈,可以通過(guò)熱傳導(dǎo)將熱能傳導(dǎo)給鍋體及鍋內(nèi)食物C.電磁灶和微波爐是一個(gè)道理,工作原理是一樣的D.無(wú)論哪種電磁灶,都是利用渦流原理工作的解析:電磁灶都是用家用交變電流工作的,工頻電磁灶就是直接用50Hz的電流工作,而不是用高頻交變電流工作的,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。高頻電磁灶由加熱線圈、灶面板、控制保護(hù)電路組成。通過(guò)電子開(kāi)關(guān),可以使加熱線圈中產(chǎn)生高頻率振蕩電流,從而再使鍋體內(nèi)產(chǎn)生渦電流,用以加熱食物。而不是直接用加熱線圈去加熱鍋體內(nèi)食物,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。電磁灶是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生渦流,而微波爐是利用電磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁波,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。電磁灶都是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦電流的熱效應(yīng)工作的,故選項(xiàng)D正確。答案:D4.如圖所示,蹄形磁鐵的兩極之間放置一個(gè)線圈abcd,磁鐵和線圈都可以繞OO'軸轉(zhuǎn)動(dòng),線圈的運(yùn)動(dòng)情況是()A.俯視,線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B.俯視,線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速與磁鐵相同C.線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同,但轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速D.線圈靜止不動(dòng)解析:當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由楞次定律知,線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,以阻礙磁通量的增加,即感應(yīng)電流的方向必定是使其受到的力矩的方向與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同,以阻礙磁通量的增加,因而線圈跟著轉(zhuǎn)起來(lái),但轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速。答案:C5.(多選)磁電式儀表的線圈通常用鋁框當(dāng)骨架,把線圈繞在鋁框上,這樣做的目的是()A.防止渦流而設(shè)計(jì)的B.利用渦流而設(shè)計(jì)的C.起電磁阻尼的作用D.起電磁驅(qū)動(dòng)的作用解析:線圈通電后,在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng),并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,就是渦流。渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),使線圈偏轉(zhuǎn)后較快停下來(lái)。所以,這樣做的目的是利用渦流來(lái)起電磁阻尼的作用。答案:BC6.如圖所示,光滑弧形軌道和一足夠長(zhǎng)的光滑水平軌道相連,水平軌道上方有一足夠長(zhǎng)的金屬桿,桿上掛有一光滑螺線管A。在弧形軌道上高為h的地方,無(wú)初速釋放一磁鐵B(可視為質(zhì)點(diǎn)),B下滑至水平軌道時(shí)恰好沿螺線管A的中心軸運(yùn)動(dòng),設(shè)A、B的質(zhì)量分別為M、m,若最終A、B速度分別為vA、vB。求:(1)螺線管A將向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)?(2)全過(guò)程中整個(gè)電路所消耗的電能。解析:(1)磁鐵B向右運(yùn)動(dòng)時(shí),螺線管中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁驅(qū)動(dòng)作用,使得螺線管A向右運(yùn)動(dòng)。(2)全過(guò)程中,磁鐵減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為A、B的動(dòng)能和螺線管中的電能,所以有mgh=12Mv即E電=mgh12答案:(1)向右(2)mgh1教學(xué)建議1.重難點(diǎn)分析(1)本節(jié)教學(xué)重點(diǎn):渦流的概念及其應(yīng)用。電磁爐的工作原理。(2)本節(jié)教學(xué)難點(diǎn):渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用。2.教法建議(1)教學(xué)中以通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行教學(xué)。(2)教師要通過(guò)大量的事例,對(duì)渦流現(xiàn)象的實(shí)際應(yīng)用加以說(shuō)明,以加深學(xué)生對(duì)渦流現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。(3)培養(yǎng)學(xué)生用辯證唯物主義的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)問(wèn)題。要認(rèn)識(shí)到渦流對(duì)我們既有有利的一方面,也有不利的一方面。3.學(xué)法建議同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)本節(jié)過(guò)程中要把握好兩點(diǎn):一是理解渦流的概念及其應(yīng)用與防止。二是電磁爐的工作原理。參考資料渦流的防止及應(yīng)用由于渦流引起導(dǎo)體大量發(fā)熱,消耗電能,甚至?xí)茐碾娖髟O(shè)備的正常運(yùn)行。所以,這樣的渦流對(duì)人類是有害的。為了減少渦流造成的損害,有些電器設(shè)備的鐵心不是整塊的,而采用互相絕緣的硅鋼片疊合而成,以增大電阻,減小渦流。渦電流也有可利用的一面。電磁驅(qū)動(dòng)。如圖甲所示,若使一金屬圓盤緊靠磁鐵的兩極而不接觸,使磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng),在圓盤中會(huì)產(chǎn)生渦流,將阻礙它與磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng),因而使圓盤跟隨磁鐵運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái),渦流的這種機(jī)械效應(yīng)就是電磁驅(qū)動(dòng)。家用電能表、汽車上的速率表也都應(yīng)用了電磁驅(qū)動(dòng)的原理。感應(yīng)加熱。在工業(yè)上廣泛利用渦流所產(chǎn)生的熱量來(lái)冶煉金屬,焊接金屬。生活中所用的電磁灶,也是利用