高中物理 3.6自感现象 涡流课件 新人教版选修1-1

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1、六、自感现象 涡流 情景导入 课程目标 如图所示 , 李辉同学正在用一个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。刘伟同学为了让李辉操作方便 , 用两手分别握住线圈裸露的两端让李辉测量。测量时指针摆过了一定角度 , 李辉由此确认线圈没有断路。正当李辉把多用电表的表笔与被测线圈脱离时 , 刘伟突然惊叫了起来 , 觉得自己被 “ 电 ” 了一下。 请问 : 刘伟为什么会有被电击的感觉呢 ? 提示 : 当李辉把多用电表的表笔与被 测线圈断开时 , 由于线圈中的电流将减小 , 发生自感现象 , 所以线圈的两端会产生较大的自感电动势 ,“ 电 ” 了刘伟一下 , 所以刘伟会有被电击

2、的感觉。 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。 一 二 三 一、自感现象 1 . 概念 由于导体回路中的电流发生变化而在自身回路中引起的 电磁感应 现象称为自感现象。 2 . 实质 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。 一 二 三 3 . 类型 ( 通电自感与断电自感 ) 电路 现象 自感电动势的作用 通电 自感 接通电源的瞬间 , 灯泡 阻碍 电流的增

3、加 断电 自感 断开开关的瞬间 , 灯泡 A 逐渐变暗 。有时灯泡 A 会闪亮一下 , 然后逐渐变暗 阻碍 电流的减小 4 . 自感的作用 : 阻碍电路中电流的 变化 。 一 二 三 思考 在上图的断电自感现象中 , 开关断开后 , 灯泡不再与电源相连 , 但灯泡没有马上熄灭 , 而是逐渐变暗 ( 有可能还会闪亮一下后逐渐变暗 ),这说明此时的线圈相当于什么元件 ? 提示 :由于线圈在断电瞬间能产 生自感电动势 ,所以相当于电源。 一 二 三 二、电感器 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

4、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。 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 。 一 二 三 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。 一 二 三 三、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

5、体内部形成涡旋状的 感应电流 , 叫作涡流。 2 . 应用 ( 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。 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 电阻率 。 ( 2 ) 途径二 : 用相互绝缘的 硅钢片 叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。 探究 一 探究 二 探究一 自感现象 问题导引 在自感 现象中 , 感应电流的方向与原电流的方向一定相反吗 ? 自感现象中产生的自感电动势起什么作用呢 ? 提示 :不一定。当原电流增加时 ,感应电流

6、的方向与原电流的方向相反 ,这时线圈中的自感电动势阻碍原电流的增加 ;当原电流减小时 ,感应电流的方向与原电流的方向相同 ,这时线圈中的自感电动势阻碍原电流的减小。由此可见 ,自感现象中产生的自感电动势总是阻碍原电流的变化。 探究 一 探究 二 名师精讲 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。 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

7、连接好实物图。其中 L 是带铁芯的线圈 , 探究 一 探究 二 实验现象 闭合开关 S , 灯泡 而跟线圈 L 串联的灯泡 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。电路闭合前 , 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 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 探究 一 探究 二 ( 2 ) 断电自感 按照如图所示电路

8、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 ) 。 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。

9、( 2 ) 单位 : 亨利 ( H ), 1 H= 1 03m H= 1 06 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 1 s 内改变 1 A 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。 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

10、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。 探究 一 探究 二 【例题 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 ? 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 泡的电阻为 通过线圈的电流为 : ,通过灯泡的电流为 A。当开关断开后 ,线圈和灯泡组成的回路中的电流从 若 L,有 关断开后 ,灯泡不会更亮一下。 答案 : 见解析 探究 一 探究 二 题

11、后反思 开关断开后 ,灯泡能否更亮一下 ,关键是判断开关断开瞬间流过灯泡的电流能不能比开关闭合时流过灯泡的电流大。 探究 一 探究 二 探究二 涡流及其应用 问题导引 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 ? 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

12、探究 二 名师精讲 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 3 . 涡流的危害与防止 ( 1 ) 在各种电机、变压器中 , 涡流是非

13、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 【例题 2 】 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

14、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 :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 : 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。 1 2 3 4 5 1 . 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 ,

15、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 : 1 2 3 4 5 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