《1.7 涡流》精品教 精品学案 教科版选修3-2

学案9 涡流(选学)
[学习目标定位] 1.了解涡流是怎样产生的，了解涡流现象在日常生活和生产中的应用和危害.2.了解高频感应炉与电磁灶的工作原理.3.了解什么是电磁阻尼，了解电磁阻尼在日常生活和生产中的应用．
1．楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要____________
2．根据楞次定律的扩展含义，感应电流所受安培力总是阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动．概括为“来拒去留”．
一、涡流
1．由于电磁感应，在_________中会形成感应电流，电流在金属块内组成___________，很像水的旋涡，因此叫做涡电流，简称涡流．
2．为了降低涡流的损耗，变压器和电动机中的铁芯都是用许多相互________的薄硅钢片叠合而成的．二、高频感应炉与电磁灶
1．高频感应炉：如图1所示，让__________交流电通过线圈，就可在被冶炼的金属内部产生很强的__________，从而产生大量的热使金属熔化．
图1图2
2．电磁灶：如图2所示，当灶内的励磁线圈通有交变电流时，形成________磁场，使__________制成的锅底产生__________发热．
三、电磁阻尼
当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到________，安培力总是_______导体的运动，这种现象叫做电磁阻尼.
一、涡流
[问题设计]在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅(图3)，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．
图3
请回答下列问题：
(1)铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同？
(2)试着解释这种现象．
[要点提炼]
1．产生：由于_______，在_________中会形成感应电流，电流在金属块内组成__________
2．利用：高频感应炉，__________等利用了涡流的热效应；____________、扫雷器等利用了涡流的磁效应．
3．防止：为了减少涡流对电动机、变压器的损害，常用______________较大的硅钢做铁芯材料，而且用______________________________-铁芯来代替整块硅钢材料．
二、高频感应炉与电磁灶
[问题设计]
请阅读教材“高频感应炉与电磁灶”的内容，回答下列问题：
(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？
[问题设计]
1．拨动灵敏电流计指针，拨动停止后观察现象．在两个接线柱上接上一根导线(短路线)，再次拨动指针，拨动停止后再次观察现象，比较两次观察的现象有何不同？
2．两次观察到不同的现象，是什么原因造成的？
[要点提炼]
1．电磁阻尼：当__________运动时，导体中产生的感应电流会使导体受到__________，安培力总是___________导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．
2．应用：磁电式仪表中利用____________使指针迅速停下来，便于读数．
一、对涡流的理解
例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
二、涡流热效应的应用
例2电磁炉采用感应电流(涡流)的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流，它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点，下列关于电磁炉的说法正确的是()
A．电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
B．电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
C．可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率
D．电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
三、对电磁阻尼的理解
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4所示．现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的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4
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
针对训练位于光滑水平面上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以初速度v水平穿过，如图5所示，在此过程中()
图5
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
1．(涡流的理解)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
2．(对涡流热效应的应用)熔化金属的一种方法是用“高频炉”，它的主要部件是一个铜制线圈，线圈中有一坩埚，埚内放待熔的金属块，当线圈中通以高频交流电时，埚中金属就可以熔化，这是因为() A．线圈中的高频交流电通过线圈电阻，产生焦耳热
B．线圈中的高频交流电产生高频微波辐射，深入到金属内部，产生焦耳热
C．线圈中的高频交流电在坩埚中产生感应电流，通过坩埚电阻产生焦耳热
D．线圈中的高频交流电在金属块中产生感应电流，通过金属块电阻产生焦耳热
3．(电磁阻尼的理解与应用)如图6所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，条形磁铁落地用时t1，落地时速度为v1；开关S闭合时，条形磁铁落地用时t2，落地时速度为v2.则它们的大小关系正确的是()
图6
A．t1＞t2，v1＞v2 B．t1＝t2，v1＝v2
C．t1＜t2，v1＜v2 D．t1＜t2，v1＞v2
4．(对涡流的防止)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，这是为了() 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，以减小发热量学案7 电能的输送
[学习目标定位] 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路，并能利用变压器和电路的规律解决实际问题．
1．电阻定律：在温度不变时，同种材料的导体，其电阻R 与它的长度l 成 ，与它的横截面积S 成 ，导体电阻与构成它的材料有关，即R ＝ρl
S .
2．电功率P ＝ ，热功率P ＝ . 3．理想变压器原、副线圈的三个关系： P 原＝ ，U1U2＝n1n2，I1I2＝n2
n1.
一、电能输送中的电压损失和电能损耗
1．如图1所示，U 损＝ ，P 损＝ .
图1
2．无论是为减小电压损失还是减小能量损耗，都要求使用 送电．
二、远距离输电系统
远距离输电的基本原理：在发电站内用 变压器 ，然后进行远距离输电，在用电区域通过 变压器降到所需的电压．
三、直流输电
当交流输电功率很大时， 、 引起的电压及 损失很大，所以现在有些大功率输电线路已经开始采用直流输电．现代的直流输电，只是在 这个环节中使用直流．
一、电能输送中的电压损失和电能损耗 [问题设计]
如图2所示，假定输电线路中的电流是I ，两条导线的总电阻是r ，在图中把导线电阻集中画为r ，输送功率为P ，发电厂输出的电压为U.那么：
图2
(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？
(2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？ (3)为什么远距离输电必须用高压呢？
[要点提炼]
输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为R ，电流为I) 1．电压损失
输电线始端电压U 与输电线末端电压U′的差值．ΔU ＝U －U′＝IR. 2．功率损失
(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP ＝I2R. (2)若输电线上损失的电压为ΔU ，则功率损失还可以表示为ΔP ＝ΔU2
R ，ΔP ＝ .
3．减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻
由R ＝ρl
S
可知，距离l 一定时，使用电阻率小的材料， 导体横截面积可减小电阻．
(2)减小输电电流I
由P ＝UI 可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流． 二、远距离输电电路中的各种关系 [问题设计]
某发电站向远处送电的示意图如图3所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路．
图3
(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)．
(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？
[要点提炼]
远距离输电问题的分析
1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，参考图3，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．
2．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．
3．综合运用下面三方面的知识求解 (1)能量守恒：
P ＝U1I1＝U2I2＝P 用户＋ ΔP ＝I 22R
P 用户＝U3I3＝U4I4.
(2)电路知识：U2＝ ＋U3 ΔU ＝I2R
(3)变压器知识：U1U2＝I2I1＝n1
n2
U3U4＝I4I3＝n3n4
. 其中ΔP ＝I2R ，ΔU ＝I2R 往往是解题的切入点．
一、输电线上功率损失的计算
例1 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦． (1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？
(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的比例是多少？
(3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的比例是多少？
二、远距离输电问题
例2发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的电阻为0.2 Ω，如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，则：
(1)画出全过程的线路示意图；
(2)求用户得到的电压和功率；
(3)若不经过变压而直接将电送到用户，求用户得到的电压和功率．
1．(输电线上功率损失的计算)中国已投产运行的1 000 kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。

假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( ) A.P 4
B.P 2
C ．2P
D ．4P
2．(输电线上功率损失的计算)在远距离输电时，输送的电功率为P ，输送电压为U ，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S ，总长度为L ，输电线损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P 用，则P′、P 用的关系式正确的是 ( ) A ．P′＝U2S
ρL
B ．P′＝P2ρL
U2S
C ．P 用＝P －U2S
ρL
D ．P 用＝P(1－PρL
U2S
)
3．(远距离输电问题)在如图4所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有( )
图4
A ．升压变压器的输出电压增大
B ．降压变压器的输出电压增大
C ．输电线上损耗的功率增大
D ．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
4．(远距离输电问题)某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW ，输出电压为250 V ，现准备向远处输电．所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%.用户获得220 V 电压，求应选用匝数比分别为多大的升压变压器和降压变压器？。