2019-2020学年高中物理 第3章 6 自感现象 涡流学案 新人教版选修1-1

六、自感现象涡流学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是自感现象，了解自感系数与涡流(重点)2理解影响自感系数大小的因素(重点)3知道利用自感现象和涡流的实例，知道自感现象与涡流危害的避免方法(难点)4了解日光灯、电磁炉等家用电器的工作原理(难点)一、自感现象及电感器1自感现象线圈中通交流时，由于线圈自身电流的变化，引起磁通量的变化，也会在它自身激发感应电动势，这个电动势叫做自感电动势，这种现象叫做自感现象2自感的作用阻碍电路中电流的变化3电感器：电路中的线圈叫做电感器4描述电感器性能的物理量：自感系数，简称自感决定线圈自感系数的因素：线圈的大小、匝数、线圈中是否有铁芯有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大得多5电感器的电路作用：由于线圈中的自感电动势总是阻碍电流的变化因此，电感器对交流有阻碍作用二、涡流及其应用1定义：只要在空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流2应用：涡流通过电阻时可以生热，金属探测器和电磁炉就利用了涡流但在电动机、变压器中涡流是有害的1思考判断(1)线圈中电流增大时，线圈的自感系数增大()(2)线圈中电流减小时，自感现象阻碍电流的减小()(3)线圈匝数越多，对电流变化的阻碍作用就越大()(4)涡流是可以利用的()(5)变压器中的涡流是有害的()(6)冶炼金属中的涡流也是有害的()2关于线圈的自感系数大小的下列说法中，正确的是()A通过线圈的电流越大，自感系数也越大B线圈中的电流变化越快，自感系数也越大C插有铁芯时线圈的自感系数会变大D线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关C自感系数是由电感器本身的因素决定的，包括线圈的大小、单位长度上的匝数，而且有铁芯时比无铁芯时自感系数要大3以下器件利用涡流的有()A电饭锅B电热水器C电磁炉D微波炉C电饭锅与电热水器利用电流的热效应加热，微波炉是利用微波在食物中引起水分子振动加热，只有C项中电磁炉利用涡流4(多选)如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略下列说法中正确的是()A合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮B合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮C断开开关S切断电路时，A1立即熄灭，A2过一会儿才熄灭D断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭AD合上开关S，A2支路电流立即达到最大，而A1支路由于自感线圈对电流的变化起阻碍作用，所以电流只能逐渐增大，稳定后，由于L无电阻，所以最后两灯同样亮，A正确；断开时，L为电源，两灯串联，所以A1、A2都要过一会儿才熄灭，D正确自感现象的理解和电感器的特点1.电感器的特点由于恒定直流的大小不变，通过电感器的磁通量不变，无自感电动势因此，电感器对恒定直流无阻碍作用，故电感器有“通直流，阻交流”的特点2自感现象的实质自感现象遵循法拉第电磁感应定律自感是由自身电流变化而产生的电磁感应现象而前面所学变压器是由于另外线圈中电流变化，进而磁场、磁通量变化而在该线圈回路中产生电磁感应的现象，因此又叫互感现象3自感的作用阻碍电流的变化，应理解为自感仅仅是减缓了原电流的变化，而不会阻止原电流的变化或逆转原电流的变化4通电自感和断电自感通电自感断电自感电路图电路准备灯A1、A2规格完全相同，闭合S，调节R使A1、A2亮度相同，再断开S线圈L的自感较大，闭合S，使灯A发光实验现象S重新闭合，灯A2立刻正常发光，灯A1逐渐亮起来S断开时，灯A过一会儿才熄灭原因S闭合时，电流从零开始增加，穿过L的磁通量逐渐增加，产生的感应电动势与L中原电流方向相反，阻碍L中电流增加，推迟了电流达正常值的时间S断开时，L中电流突然减弱，穿过L的磁通量减少，L中产生与原电流方向相同的感应电动势，阻碍电流的减小，这时，L与A构成闭合回路，灯A会闪亮一下后再缓慢熄灭(线圈L的电阻小于灯泡A的电阻)【例1】(多选)如图所示，电路甲、乙中电阻R和自感线圈L的电阻都很小闭合开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则()A在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗B在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗D在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗思路点拨：解此题的关键有两点：自感线圈在电路中的位置及作用灯泡瞬间变更亮的条件AD甲图中，灯A与线圈L在同一支路，通过的电流相同；断开开关S时，A、L、R组成回路，由于自感作用，L中电流逐渐减小，灯不会闪亮一下，灯A将逐渐变暗，故A正确乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流ILIA(因L的电阻很小)；断开开关S时，由于L的自感作用，回路中电流在IL的基础上减小，电流反向通过A的瞬间，A中电流变大，然后渐渐变小，所以灯A要闪亮一下，然后渐渐变暗，故D正确(1)对通电自感要注意电感线圈对电流由无到有的阻碍作用；(2)对断电自感要注意分析断开开关后由包括电感线圈(相当于一个电源)所形成的新的闭合回路以及由于线圈自感作用所产生的感应电流的方向与原来电流方向的关系；(3)断电时灯泡是否闪亮，决定于原电流大小与自感电流大小的关系1(多选)下列说法正确的是()A当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势B当线圈中电流不变时，线圈中自感电动势的方向不变C当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反D当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反AC线圈中电流不变时，自身电流产生的磁场的磁通量不变，线圈中不可能产生自感电动势，选项A正确，选项B错误；当线圈中电流增大时，电流产生的磁场的磁通量增大，根据楞次定律和右手定则可判断自感电动势的方向与原电流方向相反，选项C正确；同理可知选项D错误对涡流的理解1涡流把块状金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的漩涡，故叫涡电流，简称涡流涡流常常很强2涡流的减小方法在各种电机和变压器中，为了减少涡流的损失，在电机和变压器上通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成的铁芯3涡流的利用冶炼金属的高频感应炉就是利用强大的涡流使金属尽快熔化电学测量仪表的指针快速停止摆动也是利用铝框在磁场中转动产生的涡流【例2】(多选)如图所示为高频焊接原理示意图，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用()A增大交变电流的电压B增大交变电流的频率C增大焊接缝的接触电阻D减小焊接缝的接触电阻ABC交变电流频率越高、电压越大，产生的磁场变化越快在工件中引起的感应电动势越大，感应电流就越大，产生的热量越大，A、B正确焊接缝接触电阻越大，相同电流下，在此处产生的热量越大，越容易熔化焊接(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)，导体的截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大2如图所示是冶炼金属的高频感应炉的示意图冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种金属，该炉的加热原理()A利用线圈中电流产生的焦耳热B利用红外线C利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波C利用交变电流产生的交变磁场在引起炉内金属截面的磁通量变化时，使金属中产生感应电流，因整块金属的电阻相当小，所以感应电流很强，它在金属内自成回路流动时，形成漩涡状的电流，即涡流，涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高，金属熔化，故选C.当然线圈中也因有交变电流会产生一定的焦耳热，但它是相当少的，根本不可能使炉内温度高到使金属熔化的程度，故A错误1金属探测器已经广泛应用于安检场所，关于金属探测器的论述正确的是()A金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中B金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流C金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流D探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动探测效果相同C金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中，故A错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，故B错误，C正确；探测过程中金属探测器应与被测物体相对运动，相对静止时无法得出探测效果，故D错误2如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一底铁锅水和一玻璃杯水给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()A恒定电流、小铁锅B恒定电流、玻璃杯C变化的电流、小铁锅D变化的电流、玻璃杯C通入恒定电流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，铁锅是导体，在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁通量在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温3如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有()A灯A立即熄灭B灯A慢慢熄灭C灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D无法判定A当开关S断开时，由于通过电感线圈的电流从有变到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L与灯A串联，在S断开后，不能形成闭合回路，因此灯A在开关断开后，电源供给的电流为零，灯立即熄灭因此正确选项为A.4如图所示，电感线圈L的直流电阻为RL、小灯泡的电阻为R，小量程电流表G1、G2的内阻不计，当开关S闭合且稳定后，G1、G2的指针均向右偏(电流表的零刻度在表盘中央)，则当开关S断开时，下列说法正确的是()AG1、G2的指针都立即回到零点BG1缓慢回到零点，G2立即左偏，然后缓慢回到零点CG1立即回到零点，G2缓慢回到零点DG2立即回到零点，G1缓慢回到零点BS闭合且稳定时，通过含电流表G1、G2的两条支路的电流均由左向右，断开S，L中产生自感电动势，由“增反减同”可知，自感电动势E自的方向一定与原电流方向相同，显然，断开S后，在E自的作用下，题图回路中将继续形成沿顺时针方向的电流，这时流经含有电流表G2支路的电流方向已变为由右向左了由于这段时间E自是逐渐减小的，故电流也是逐渐减小的，综上所述选B.- 8 -