2019-2020学年高中物理 第三章 电磁感应 6 第六节 自感现象 涡流课件 新人教版选修1-1

第六节自感现象涡流第三章电磁感应第三章电磁感应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．(重点＋难点)2.了解自感现象和涡流的利用及其危害的防止．(重点)3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器的工作原理.一、自感现象1．定义：由于导体回路中的电流__________而在自身回路引起的__________现象称为自感现象．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________发生变化，最终产生电磁感应现象．发生变化电磁感应磁通量3．通电自感：如图所示，开关闭合时我们观察到的现象是：灯泡A1______变亮，灯泡A2______变亮，这是由于线圈L的影响，由此可以判断线圈L的自感电动势______电流的增加．逐渐立即阻碍4．断电自感：如图所示，开关断开时，灯泡A没有立即熄灭，这是由于线圈的______作用，说明自感电动势______线圈中电流的减小．5．自感的作用：阻碍电路中______的变化．自感阻碍电流1．断电自感现象中，灯泡在开关断开后，仍然亮一会，是否违背能量守恒定律？提示：不违背．断电时，储存在线圈内的磁场能转化为电能用以维持回路保持一定时间的电流．二、电感器1．定义：电路中的______叫做电感器．2．描述电感器性能的物理量：自感系数，简称______．3．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，匝数越多，它的自感系数就越大，另外有铁芯时的自感系数比没有铁芯时____．4．应用：自感现象在我们的生活中有利也有弊，利用自感现象，如：日光灯镇流器；需要克服自感现象，如：断电时产生的电弧．线圈自感形状长短匝数铁芯大三、涡流及其应用1．定义：只要空间有变化的________，其中的导体中就会产生感应电流，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．磁通量2．互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯就能减小涡流，请试着说出原因．提示：绝缘硅钢片之间是绝缘的，能增大回路中的电阻，并阻断涡流的回路从而减小了涡流．自感现象的分析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，而由于线圈的自感，I1不会马上消失，随着I1的减小，线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，因此流过A的电流大小由I2变成I1，方向由d→c变成c→d.可见通过A的电流大小与方向都发生了变化．发生断电自感时，如果要判定电路中的灯泡是否闪亮一下，方法是判断灯泡中的电流是突然变大，还是突然变小，为此要比较原电路中I1、I2的大小，若R＞r，I1＞I2，灯泡会闪亮一下再熄灭；若R≤r，灯泡会逐渐变暗至熄灭．如图所示的电路中，L为电感线圈，电阻不计，A、B为两灯泡，则()A．合上S时，A先亮，B后亮B．合上S时，B先亮，A后亮C．合上S后，A变亮，B亮后逐渐熄灭D．断开S时，A、B同时熄灭[关键提醒]分析自感现象的核心问题就是明确自感电动势的作用(相当于电源还是电阻)，并且要弄清电路的整体结构．[解析]合上S后，A变亮，B亮后慢慢熄灭，因为B被短路了；断开S后，A立即熄灭，B亮一下再熄灭，故选C.[答案]C对涡流的进一步理解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．(2)利用涡流的磁效应：电磁阻尼和电磁驱动．(3)利用涡流现象的小型装置：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．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，进一步地减少了涡流的发热．(多选)如图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，以下说法中正确的是()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[思路点拨]由电磁感应现象判断电流频率高低对电流大小的影响，由焊缝处和工件其他部分串联电流一样，判断焊缝处的电阻的大小．[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．工件上焊缝处相对于其他位置而言电阻大，电流产生的热量就多，D选项也正确．[答案]AD能量守恒在涡流中的应用(多选)如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则()A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h[思路点拨]本题应从涡流的产生及能量守恒的角度考虑．[解析]若是匀强磁场，滚动过程中金属环的磁通量不变，没有电磁感应现象发生，机械能守恒，环滚上的高度等于h；若是非匀强磁场，滚动过程中金属环的磁通量变化，有感应电流产生，金属环克服安培力做功，消耗机械能，环滚上的高度小于h.[答案]BD(1)涡流产生是电磁感应现象中的一种，当通过导体的磁通量变化时才会发生．(2)判断题目中共涉及几种形式的能量，各种能量之间是如何转化的是应用能量守恒定律的前提．