2019高中物理 第三章 电磁感应现象 3.6 自感现象 涡流课件 新人教版选修1 -1.ppt

六 自感现象涡流 读一读 辨一辨 一 自感现象阅读教材第66 67页 自感现象 部分 了解什么是自感现象 自感现象的分类及自感现象对电路的影响 1 什么是自感电动势 什么是自感现象 答案 导体回路中自身电流的变化 导致其产生的磁场发生变化 从而使通过自身回路的磁通量发生变化 最终该回路中产生了感应电动势 这个电动势叫自感电动势 这种现象叫自感现象 2 自感现象可以分为几种类型 答案 两种类型 分别称为通电自感和断电自感 3 电路中的自感现象对电路的影响是什么 答案 自感现象的作用是阻碍引起自感现象的电流的变化 读一读 辨一辨 二 电感器阅读教材第67 68页 电感器 部分 了解电感器在电路中的作用 知道电感器的应用与危害 1 电感器的概念电路中的线圈叫作电感器 2 自感系数 1 物理意义 用来描述电感器阻碍电流变化性能的物理量 简称自感 2 决定因素 电感器的自感系数与线圈大小 线圈匝数 线圈中有无铁芯有关 读一读 辨一辨 3 自感现象的应用与危害电感器在电工和电子技术中有广泛的应用 如日光灯中的电子镇流器 自感现象有时也带来危害 如在自感系数很大 电流很强的电路中断电时产生的电弧 读一读 辨一辨 三 涡流阅读教材第68页 涡流及其应用 部分 了解涡流产生的原因 知道涡流的应用及减小涡流的方法 1 什么是涡流 答案 穿过导体的磁通量变化时 会在导体内部形成涡旋状的感应电流 叫作涡流 2 举例说明涡流的应用 答案 1 涡流热效应的应用 如真空冶炼炉 电磁炉等 2 涡流磁效应的应用 如探雷器 安检门等 读一读 辨一辨 3 涡流的危害是如何造成的 如何减小涡流 答案 涡流的危害主要是因为涡流的热效应造成的 在变压器 电动机等铁芯上产生的涡流会使铁芯过热消耗电能 损毁电器 减小涡流的方法有 1 增大铁芯材料的电阻率 2 用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯 读一读 辨一辨 1 思考辨析 1 自感是由于线圈本身的电流的变化而产生的电磁感应现象 解析 当流过线圈本身的电流发生变化时 线圈会产生一种阻碍电流变化的作用 答案 2 电感器具有 通交流 阻直流 的特点 解析 电感器的特点是 通直流 阻交流 答案 3 电流变化快则自感系数大 解析 自感系数是描述电感器性质的物理量 线圈越粗 匝数越多 自感系数越大 有铁芯时比没有铁芯时大得多 答案 读一读 辨一辨 2 探究讨论 1 自感现象是否属于电磁感应现象 它是否遵循法拉第电磁感应定律 答案 自感现象属于电磁感应现象 所以遵循法拉第电磁感应定律 2 自感现象中自感电动势有什么作用 如何描述自感电动势的方向 答案 自感电动势总是阻碍导体中电流的变化 即总是起着推迟电流变化的作用 当导体中电流增加时 自感电动势与电流方向相反 当导体中电流减小时 自感电动势与电流方向相同 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究一自感现象李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻 以判断它是否断路 刘伟为了使李辉操作方便 用两手分别握住线圈的两端让李辉测量 测量后李辉确认线圈没有断路 因为多用电表的表盘显示线圈具有一定的电阻 正当李辉把多用电表的表笔与被测线圈脱离时 刘伟突然惊叫起来 觉得有电击感 如图 李辉很奇怪 用手摸线圈两端 没有什么感觉 再摸摸多用电表的两个表笔 也没有什么感觉 为什么刘伟有被电击的感觉 而李辉却没有被电击的感觉 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 要点提示因为变压器线圈匝数很多 又套在铁芯上 故自感系数很大 用多用电表测线圈时 电表内部干电池使线圈内产生电流 因线圈电阻较小 故有一较大的电流 突然切断表笔与线圈的连接时 线圈产生一较大的阻碍电流减小的电动势 所以刘伟会有电击感 而李辉再摸线圈时 自感电动势己消失 故无感觉 摸两表笔 因电压只有1 5V 内部干电池的电动势 也不会产生电击感 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 1 自感现象 1 定义 由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 叫作自感现象 2 理解 自感现象是一种特殊的电磁感应现象 自感电动势的作用 总是阻碍导体中原电流的变化 即总是起着推迟电流变化的作用 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 2 通电自感和断电自感 1 通电自感按照如图所示电路图连接好实物图 其中L是带铁芯的线圈 L1 L2是两只规格相同的灯泡 实验中R1 R2的作用不同 调节R1至两灯亮度相同 调节R2至两灯正常发光 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 实验现象闭合开关S 灯泡L2立刻发光 而跟线圈L串联的灯泡L1却是逐渐亮起来 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 实验分析在上图所示的电路中 电流有两条支路 一条支路有电感线圈L 另一条支路是电阻电路 开关闭合前 线圈中磁通量为0 在接通电路瞬间 线圈中的磁通量突然增加 根据电磁感应定律和楞次定律 线圈中必然产生与原电压相反的感应电动势 阻碍线圈中电流的增大 使得通过灯泡L1的电流只能缓慢地增大 故灯泡开始较暗 直至线圈内磁通量不变化了 灯泡才正常发光 电阻支路没有线圈 电路一接通 灯泡L2就立刻正常发光 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 2 断电自感按照如图所示电路图连接好实物图 实验现象断开开关S 灯泡A并非立刻熄灭 而是过一会儿才熄灭 实验分析在上图中 当S断开时 穿过线圈的磁通量产生自感电动势和灯泡A组成闭合电路 有短暂的电流流过灯泡 所以灯泡慢慢变暗 直至熄灭 也可能闪亮一下后逐渐熄灭 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 3 自感系数对于不同的线圈 在电流变化快慢相同的情况下 产生的自感电动势是不同的 在电学中 用自感系数来表示线圈的这种特性 1 大小 线圈越粗 越长 匝数越多 它的自感系数就越大 另外 线圈有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大得多 2 单位 亨利 H 1H 103mH 106 H 3 物理意义 自感系数大小反映了线圈产生自感电动势的本领大小 在数值上等于通过线圈的电流在1s内改变1A时产生的自感电动势大小 自感系数是由线圈自身决定的 与外界条件 电流变化快慢 无关 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 4 自感现象的应用与危害 1 应用 常见的日光灯镇流器 通过自身的自感现象 产生高电压 从而击穿空气 导通电流 2 危害 在自感系数很大 电流很大的用电器中 当切断电流时 由于自感 用电器会在开关两端出现很高的电压 形成电弧 电弧不但会烧毁开关 还会危及操作人员的人身安全 因此 必须采取特制的安全开关 以防止电弧的产生 保障安全 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 例题1 导学号66824061 多选 如图所示的电路中 A1和A2是完全相同的灯泡 L是自感系数很大 电阻可以忽略的线圈 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 A2立刻熄灭 A1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 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 解析 闭合开关时 由于线圈的阻碍作用 灯泡A1后亮 由于线圈的直流电阻为0 故最后两个灯泡一样亮 选项A正确 B错误 开关断开时 线圈中产生自感电动势 与灯泡A1 A2构成闭合回路 故C项错误 D项正确 答案 AD归纳总结线圈中电流发生变化时 会产生自感电动势 阻碍电流的变化 起到延迟电流变化的作用 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 变式训练1在如图所示的电路中 当开关S断开后 灯泡A是否会更亮一下 更亮一下的条件是什么 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 解析 当开关断开时 线圈储存的磁场能会通过小灯泡以电能的形式释放 设开关闭合时 电源路端电压为U 线圈的电阻为RL 灯泡的电阻为RA 则通过线圈的电流为IL 通过灯泡的电流为IA 当开关断开后 线圈和灯泡组成的回路中的电流从IL开始减弱 若RA RL 有IAIL 开关断开后 灯泡不会更亮一下 答案 见解析 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究二涡流及其应用电磁炉是利用电磁线圈在锅底产生涡流并利用涡流的热效应来加热食物的一种新型器具 由于它工作时没有明火 无烟无废气 火力强劲 安全可靠 因此越来越受家庭的欢迎 同学们想一下 电磁炉在工作时能不能用陶瓷锅 耐热玻璃锅来加热食物呢 要点提示不能 这是因为 如果用陶瓷锅 耐热玻璃锅来加热食物 这时处于变化的磁场中的就不是导体了 这样就无法在锅底产生涡流 也就无法利用涡流的热效应来加热食物 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 涡流的产生把块状金属放在变化的磁场中 或者让它在非均匀磁场中运动 金属块内就会产生感应电流 因为金属块本身可自行构成闭合回路 且整块金属导体的电阻一般情况下很小 所以产生的涡流通常是很强的 2 涡流的应用 1 利用涡流的热效应 应用涡流在回路中产生的热量冶炼金属的高频感应炉 利用涡流来烹制菜肴的电磁炉等 2 利用涡流的磁效应 在车站 机场进行安检的探测器 用来探测旅客是否带有金属制品 像刀 枪之类的危险物品等 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 3 涡流的危害与防止 1 在各种电机 变压器中 涡流是非常有害的 首先它会使铁芯的温度升高 从而危及线圈绝缘材料的寿命 严重时会使材料报废 其次涡流发热要消耗额外的能量 使电机 变压器的效率降低 2 为了减小涡流 变压器 电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成 而是用薄薄的硅钢片叠合而成 一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大 从而减少损耗 另一方面 每层硅钢片之间都是绝缘的 阻断了涡流的通路 进一步减少了涡流的发热 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题2 导学号66824062如图所示 在O点正下方有一个具有理想边界的磁场 铜球在A点由静止释放 向右摆至最高点B 不考虑空气阻力 则下列说法正确的是 A A B两点在同一水平线B A点高于B点C A点低于B点D 铜球将做等幅摆动解析 铜球在进入和穿出磁场的过程中 产生涡流 损耗机械能 故A点高于B点 故选B 答案 B 题后反思铜球运动过程中能否产生涡流 关键看该过程中穿过铜球的磁通量是否变化 即是否满足感应电流的产生条件 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练2在水平放置的光滑导轨上 沿导轨固定一个条形磁体如图 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点以某一初速向磁体滑去 各物块在接触磁体前的运动情况将是 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 丙做匀速运动解析 铜块 铝块向磁体靠近时 穿过它们的磁通量发生改变 因此在其内部会产生感应电流I 这个电流在金属块内部自成回路 好像水的漩涡一样 故叫涡流 有感应电流形成 则感应电流的效果对产生它的原因总起阻碍作用 所以铜块 铝块向磁体的运动会受阻而减速 有机玻璃为非金属 不产生涡流现象 答案 C 12345 1 自感现象的理解 下列关于自感现象的说法 正确的有 A 自感现象不是电磁感应现象B 自感电动势不是感应电动势C 自感电动势总是阻碍电流的通过D 自感电动势总是阻碍电流的变化解析 自感现象是由于自身电流变化引起了磁通量的变化 而产生自感电动势的电磁感应现象 故A B错 自感的作用是阻碍电流的变化 电流增大时自感电动势阻碍电流的增大 电流减小时自感电动势阻碍电流的减小 而不是阻碍电流的通过 所以C错 D对 答案 D 12345 2 多选 自感电动势 当线圈中电流改变时 线圈中会产生自感电动势 自感电动势的方向与原电流方向 A 总是相反B 总是相同C 电流增大时 两者方向相反D 电流减小时 两者方向相同解析 自感电动势总是阻碍原磁通量的变化 电流增大时 两者方向相反 反之 相同 简述为 增反减同 答案 CD 12345 3 断电自感 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 灯A突然闪亮一下再突然熄灭解析 当开关S断开时 由于通过自感线圈的电流从有变到零 线圈将产生自感电动势 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 灯会立即熄灭 因此正确选项应为A 答案 A 12345 4 对涡流的理解 下列日常生活中的家用电器利用涡流原理工作的是 A 收音机B 微波炉C 电磁炉D 电视机解析 在这几种家用电器中只有电磁炉是利用了涡流的原理来工作的 答案 C 12345 5 自感现象的综合应用 利用已有的器材 直流电源 开关 滑动变阻器 两个相同的灯泡 自感线圈 按图甲和乙分别连接好电路 1 在图甲中 先闭合开关S 调整变阻器R 使两个灯泡亮度相同 然后断开开关 重新闭合开关 在开关闭合瞬间 灯泡A1的亮度变化情况是 灯光A2的亮度变化情况是 2 在图乙中 先闭合开关 再断开开关时 观察灯泡A的亮度变化情况 12345 解析 图甲中 电路接通时 电流由零开始增加 穿过线圈L的磁通量逐渐增加 L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反 阻碍L中电流增加 即推迟了电流达到正常值的时间 图乙中 当S断开时 L中的电流突然减弱 穿过L的磁通量逐渐减少 L中产生感应电动势 方向与原电流方向相同 阻碍原电流减小 L相当于一个电源 此时L与A构成闭合回路 故A中还有一段持续电流 若流过A的电流比原电流大 则灯A将闪亮一下再慢慢熄灭 答案 1 逐渐亮起来立刻正常发光 2 灯泡A逐渐熄灭或者出现闪亮一下再熄灭