2019-2020学年高中物理 第三章 电磁感应 六 自感现象 涡流课件 新人教版选修1-1

六、自感现象涡流情景导入学习目标预览电磁炉和冶炼金属的高频感应炉在工作时，我们看不到熊熊火焰，却能加热食物、熔化金属，它们是怎样工作的呢？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.了解自感现象和涡流的利用及其危害的防止．3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器的工作原理.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升[课时作业]一、自感现象、电感器1．自感现象(1)定义：由于导体回路中的电流发生变化而在自身回路引起的电磁感应现象叫．(2)本质：自身电流的变化，导致其自身产生的磁场发生变化，从而使通过自身的磁通量发生变化，最终产生的电磁感应现象．(3)自感的作用：阻碍电路中的变化．自感现象电流2．电感器(1)定义：电路中的叫作电感器．(2)描述电感器性能的物理量：自感系数，简称．决定线圈自感系数的因素：线圈的、、、线圈中是否有．线圈越粗、越长，匝数越密，它的自感系数就，另外有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大得多．线圈自感形状长短匝数铁芯越大[思考]“对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感系数也越大”，这种说法对吗？为什么？提示：不对．这是因为自感系数只取决于线圈的本身因素，与电流变化情况无关．二、涡流及其应用与防止1．概念穿过导体的磁通量变化时，会在导体内部形成涡旋状的，我们把这种感应电流叫作涡流．2．应用(1)涡流效应的应用，如真空冶炼炉、电磁炉等．(2)涡流效应的应用，如探雷器、安检门等．感应电流热磁3．防止电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器．(1)途径一：增大铁芯材料的．(2)途径二：用相互绝缘的叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯．电阻率磁钢片[思考]产生感应电流的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化．发生涡流现象时，金属块并没有接入闭合电路，为什么会产生感应电流？提示：金属块虽然没有接入闭合电路，但穿过金属块的磁通量变化时，金属块自行构成闭合回路，导体内部等效成许许多多闭合电路，所以能产生感应电流．要点一对通电自感和断电自感的理解1．通电自感中灯泡的亮度变化在通电自感中，两个灯泡不能同时亮起．如图所示的电路，两灯泡规格相同，接通开关后调节电阻R，使两个灯泡亮度相同，然后断开开关，再次接通的瞬间，其现象及原因如下表.条件现象原因A2先亮由于A2支路中的电阻为纯电阻不产生自感现象S闭合的瞬间A1逐渐亮起由于L的自感作用阻碍A1支路电流增大2.断电自感中灯泡的亮度变化自感电动势总是要阻碍引起自感的电流的变化，就好像感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化一样．自感电动势阻碍的对象是“电流的变化”，而不是电流本身．如图所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流为I1＝Er(电源内阻不计)，方向由a→b；流过灯泡A的电流I2＝ER.断开S的瞬间，I2立即消失，此时灯泡A与线圈L组成一闭合电路，由于线圈的自感，I1不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱，维持短暂的时间，这段时间内流过灯泡A的电流由I2变成I1，并且从I1逐渐减弱；方向由d→c变成c→d.可见通过灯泡A的电流大小与方向都发生了变化．至于灯泡中的电流是突然变大还是变小(也就是说灯泡是否会突然变得更亮一下)，就取决于I2与I1谁大谁小，也就是取决于R和r谁大谁小的问题．(1)如果R＞r，就有I1＞I2，灯泡会先更亮一下才逐渐熄灭．(2)如果R＝r，灯泡会由原亮度逐渐熄灭．(3)如果R＜r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭．[例1]如图所示，L为一纯电感线圈(直流电阻不计)，A为一灯泡，下列说法正确的是()A．开关S接通的瞬间，无电流通过灯泡B．开关S接通后，电路稳定时，无电流通过灯泡C．开关S断开的瞬间，无电流通过灯泡D．开关S接通的瞬间及接通后电路稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关断开瞬间灯泡中则有从b到a的电流[解析]开关S接通的瞬间，灯泡中的电流从a到b，线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增大．开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过．开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，该电流通过灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流．[答案]B解决这类问题要把握好以下几点：(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.如图所示，电路中A、B是完全相同的灯泡，L是电阻不计的电感线圈，下列说法中正确的是()A．当开关S闭合时，A灯先亮，B灯后亮B．当开关S闭合时，A、B灯同时亮，以后B灯更亮，A灯熄灭C．当开关S闭合时，B灯先亮，A灯后亮D．当开关S闭合时，A、B灯同时亮，以后亮度不变解析：闭合后，A、B同时亮，但稳定状态后，A被短路．答案：B要点二涡流的产生及防止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．[例2]变压器铁芯中的叠片间要互相绝缘是为了()A．增大电压B．增大涡流损耗C．减小涡流损耗D．增大自感[解析]在变压器铁芯中的叠片间要互相绝缘是为了减小变压器中的涡流损耗．[答案]C涡流的防止：电动机、变压器的线圈中有变化的电流，因而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费了能量，还可能损坏电器，因此，要想办法减小涡流．为了达到减小涡流的目的，采用了电阻率大的硅钢铁芯的材料，并把硅钢制做成彼此绝缘的薄片，这样，就大大减小了涡流．2．下列哪些做法是减少涡流的产生()A．在电动机、变压器中的线圈中加入铁芯B．电动机、变压器内部铁芯都是由相互绝缘的硅钢片组成C．在电磁冶金中，把交变电流改成直流D．一些大型用电器采用特制的安全开关解析：在电动机、变压器中，为增强磁场，把绕组都绕在铁芯上，以增强磁场，但铁芯中会产生很强的涡流，为了减少涡流，铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠成，将硅钢片表面进行处理，生成不导电的氧化层，相互绝缘，可进一步减少涡流，所以A项不正确，B项正确；电磁冶金利用产生的涡流，而只有当空间中磁通量变化的时候，才会有涡流产生，直流电流稳定，产生的磁场也稳定，是不会引起涡流的；D项与涡流无关，是为了防止自感．答案：B[随堂训练]1．(多选)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：CD2．关于线圈的自感系数，下列说法正确的是()A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C．线圈中电流变化越快，自感系数越大D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定解析：自感系数是线圈本身的固有属性，只决定于线圈长短、粗细、匝数、有无铁芯等自身因素，而与电流变化快慢等外部因素无关．自感电动势的大小与线圈自感系数及电流变化率有关，而自感系数与线圈形状、截面积、长短、匝数、有无铁芯有关．线圈越长、横截面积越大、单位长度上的匝数越多，自感系数越大．另外，有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时线圈的自感系数要大得多，线圈的自感系数与线圈中的电流无关．B、C错，D对．由E自＝LΔIΔt，自感系数大，自感电动势不一定大，A错．答案：D3.如图所示，开关S闭合且达到稳定时，小灯泡能正常发光．则当闭合S和断开S的瞬间能观察到的现象分别是()A．小灯泡慢慢亮；小灯泡立即熄灭B．小灯泡立即亮；小灯泡立即熄灭C．小灯泡慢慢亮；小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭D．小灯泡立即亮；小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭解析：开关断开后，不能构成闭合回路，只有感应电动势，没有感应电流．答案：A4.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两点在同一水平线上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：本题考查的内容为涡流的应用．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：B5．电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质锅底，使之形成无数个小涡流，加快锅底分子运动，锅底自身高速发热达到加热食物的目的，其工作原理如图所示．(1)使用微型电脑控制的电磁炉加热时不产生明火、无烟尘、无废气、清洁、安全、高效节能，是现代家庭中理想的灶具．请写出电磁炉在使用中触及的物理知识(只写两点)：________和________．(2)在使用电磁炉加热食物时，电磁炉和锅之间的传热方向是：由________传递给________；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗________能得到________能．(3)“多宝”牌电磁炉某一款式性能参数如下表所示：型号额定电压额定功率功率调节范围温度调节范围热效率DB—16220V1600W450～1600W70～240℃(大于)90%根据表中的参数分析，电磁炉与普通的电加热器相比，有哪些优点？(请写出两点)答案：(1)电流产生磁场热传递(2)锅电磁炉电内(3)热效率高，功率调节范围大．