2017人教版高中物理选修(1-1)3.6《自感现象 涡流》word学案1.doc

1、3.6 自感现象 涡流 学习目标定位 1.了解什么是自感现象、自感系数和涡流，知道影响自感系数大小的因素 . 2.了解自感现象的利用及其危害的防止.3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器工作的自感 原理 一、自感现象 1定义：由于线圈本身的电流发生变化引起的磁通量变化，也会在它自身激发感应电动势， 这个电动势叫自感电动势这种现象叫自感现象 2作用：电路中自感的作用总是阻碍电流的变化 二、电感器 1自感：电路中的线圈叫做电感器，电感器的性能用自感系数表示，简称自感 2影响自感的因素：线圈越大、匝数越多，它的自感系数越大；有铁芯比没有铁芯时自感 系数大得多 3电感器的作用：电感器对交流有阻碍作用 三

2、、涡流及其应用 1涡流：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，叫做涡流 2应用：电磁炉是利用涡流的热效应给物体加热的新型炉灶金属探测器也是利用涡流工 作的 3防止：很多涡流是有害的，主要是产生热量，浪费电能变压器的铁芯采用电阻率很大 的硅钢片，且硅钢片彼此绝缘，就是为了减小变压器工作时铁芯中的涡流. 一、自感现象 问题设计 1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 1 和 图 2 分别连接好电路 图 1 图 2 (1)在图 1 中，先闭合开关，调整变阻器，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

3、变化情况是 ，灯泡 A2 的亮度变 化情况是 (2)在图 2 中，先闭合开关，再断开开关时，观察灯泡 A 的亮度变化情况 答案 (1)逐渐亮起来 立刻正常发光 (2)灯泡 A 逐渐熄灭或者闪亮一下再逐渐熄灭 2理论探究：为什么灯泡会出现逐渐变亮或逐渐变暗的现象？ 答案 图 1 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 2 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

4、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 要点提炼 1自感：通俗地说，就是“自我感应”即由于通过导体自身的电流发生变化而引起磁通量 变化时，导体自身产生感应电动势的现象 2通电自感 (1)实验现象：S 闭合时，A2 立即正常发光，A1 逐渐亮起来 (2)现象分析：在接通的瞬间，电路中的电流增大，A2 立刻亮起来；穿过线圈 L 的磁通量 增加，线圈中产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，不能使电流立即 达到最大值，所以 A1 只能逐渐亮起来 3断电自感 (1)实验现象：断开 S 时，发现灯泡

5、 A 逐渐熄灭或者闪亮一下再逐渐熄灭 (2)现象分析：电路断开的瞬间，通电线圈的电流突然减小，穿过线圈的磁通量也很快地减 少，线圈中产生了感应电动势，此感应电动势阻碍线圈 L 电流的减小由于 S 断开后， L、A 形成闭合回路，L 中的电流从 IL 逐渐减小，流过 A 的电流突然变为 IL，然后再从 IL 逐渐减小到零，所以若 IL 小于等于原先流过 A 的电流，则 A 逐渐熄灭；若 IL 大于原先流 过 A 的电流，则 A 闪亮一下再逐渐熄灭 延伸思考 如图 3 所示的电路，L 为自感线圈，A 是一个灯泡，E 是电源，S 闭合瞬间与 S 断开瞬间， 通过灯泡的电流方向相同吗？你能解释其中的原

6、因吗？ 图 3 答案 当 S 闭合瞬间通过灯泡的电流方向为 ab，当 S 断开瞬间通过灯泡的电流方向为 ba. 当 S 断开瞬间，由于电源提供给灯泡 A 及线圈的电流立即消失，因此线圈要产生一个和原 电流方向相同的自感电动势来阻碍原电流减小，所以线圈此时相当于一个电源，产生的自 感电流流经 A 时的方向是 ba. 二、电感器 问题设计 自感现象中产生的自感电动势与线圈是否有关？可能与线圈的哪些因素有关？ 答案 有关，与线圈的长度、大小、匝数及有无铁芯都有关 要点提炼 1电感器 线路中的线圈叫做电感器，电感器的性能用自感系数来描述，简称自感 2自感系数 线圈的自感系数是由线圈自身的性质决定的，线

7、圈越长、截面越粗、匝数越多、绕制越密， 其自感系数就越大；带铁芯的线圈比没有铁芯的线圈自感系数要大得多 3电感特点：通直流，阻交流(填“交流”或“直流”) 4应用：日光灯镇流器 5危害：由于自感现象，在电流很强或高压电路中，切断电源时开关两端会产生电弧，造 成对人员、设备的损伤应采用安全开关，防止产生电弧 三、涡流及其应用 问题设计 1涡流是如何产生的？涡流的主要作用有哪些？ 2电流频率的高低对涡流有什么影响？如何减小涡流？ 答案 1.涡流是由于导体中的磁通量发生变化而产生的感应电流，主要作用是热效应 2电流频率越高，涡流越强；减小电流的频率或增大电阻可以减小涡流 要点提炼 1涡流：把块状金属

8、放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动，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 2涡流的利用：金属探测器、电磁炉、冶炼金属的高频感应炉 3涡流的防止：在各种电机和变压器中，为了减少涡流，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 一、通电自感和断电自感现象 例 1 如图 4 所示，线圈 L 的自感系数很大，且其电阻可以忽略不计，L1、L2 是两个完 全相同的小灯泡，随着开关 S 的闭合和断开，L1、L2 的亮度变化情况是(灯丝不会断)( ) 图 4 AS 闭合，L1 亮度不变，L2 亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S 断开，L

9、2 立即不亮，L1 逐渐变亮 BS 闭合， L1 不亮，L2 很亮； S 断开，L1、L2 立即不亮 CS 闭合， L1、L2 同时亮，而后 L1 逐渐熄灭，L2 亮度不变；S 断开，L2 立即不亮，L1 亮一下才灭 DS 闭合，L1、L2 同时亮，而后 L1 逐渐熄灭，L2 则逐渐变得更亮； S 断开，L2 立即不 亮，L1 亮一下才灭 解析 当 S 接通，L 的自感系数很大，对电流的阻碍作用较大，L1 和 L2 串联后与电源相 连，L1 和 L2 同时亮，随着 L 中电流的增大，L 的直流电阻不计，L 的分流作用增大，L1 的电流逐渐减小为零，由于总电阻变小，总电流变大，L2 的电流增大，

10、L2 灯变得更 亮当 S 断开，L2 中无电流，立即熄灭，而线圈 L 要维持本身的电流不变，L 与 L1 组成 闭合电路，L1 灯要亮一下后再熄灭，综上所述，选项 D 正确 答案 D 针对训练 如图 5 所示，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 正确的是( ) 图 5 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、A2 始终一样亮 C断开开关 S 切断电路时，A2 立即熄灭，A1 过一会才熄灭 D断开开关 S 切断电路时，A1 、A2 都过一会才熄灭 答案 AD 解析 闭合开关时，由于自感电动势的作用，A1

11、电路中的电流只能逐渐增大到与 A2 中的 电流相同，故选项 A 正确，选项 B 错误；开关由闭合到断开，L 相当于电源， A1、A2、L 组成闭合回路，电流由支路 A1 中的电流逐渐减小，故选项 C 错误，选项 D 正 确 二、自感现象的理解和应用 例 2 关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是( ) A电感一定时，电流变化越大，电动势越大 B电感一定时，电流变化越快，电动势越大 C通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零 D通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大 解析 对自感电动势的理解，考查理解能力在电感一定的情况下电流变化越快即变化率 越大电动势越大，A 项错，B 项对；电流为零的

12、瞬间，电流的变化率不一定为零，电流的 值最大时，电流的变化率不一定最大，所以 C、D 项错 答案 B 例 3 如图 6 所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属 工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一 起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( ) 图 6 A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 解析 线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流的

13、 大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化得越快，感应电动势就越大A 选项正确工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D 选项也正确 答案 AD 1(影响自感系数的因素)下列关于线圈的自感系数大小的说法中，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 答案 C 解析 自感系数是由电感器本身的因素决定的，包括线圈的大小、单位长度上的匝数等， 而且有铁芯时比无铁芯时自感系数要大 2(自感现象的理解)当线圈中电流改变时，线圈中会产生自感电动

14、势，自感电动势方向与 原电流方向( ) A总是相反 B总是相同 C电流增大时，两者方向相同 D电流减小时，两者方向相同 答案 D 3(自感现象对电路的影响)如图 7 所示，电路甲、乙中电阻 R 和自感线圈 L 的电阻都很 小接通 S，使电路达到稳定，灯泡 A 发光，则( ) 图 7 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 答案 AD 解析 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

15、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 4(自感现象的应用)电磁炉是利用涡流加热的，它利用交变电流通过线圈产生变化磁场， 当磁场内的磁感线通过锅底时，即会产生无数小涡流，使锅体本身高速发热，从而达到烹 饪食物的目的因此，下列的锅类或容器中，不适用于电磁炉的是( ) A煮中药的瓦罐 B不锈钢锅 C平底铸铁炒锅 D塑料盆 答案 AD