2019-2020學(xué)年高中物理 第3章 6 自感現(xiàn)象 渦流學(xué)案 新人教版選修1-1

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1、六、自感現(xiàn)象　渦流 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道什么是自感現(xiàn)象，了解自感系數(shù)與渦流．(重點(diǎn)) 2．理解影響自感系數(shù)大小的因素．(重點(diǎn)) 3．知道利用自感現(xiàn)象和渦流的實(shí)例，知道自感現(xiàn)象與渦流危害的避免方法．(難點(diǎn)) 4．了解日光燈、電磁爐等家用電器的工作原理．(難點(diǎn)) 一、自感現(xiàn)象及電感器 1．自感現(xiàn)象 線圈中通交流時(shí)，由于線圈自身電流的變化，引起磁通量的變化，也會(huì)在它自身激發(fā)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象． 2．自感的作用 阻礙電路中電流的變化． 3．電感器：電路中的線圈叫做電感器． 4．描述電感器性能的物理量：自感

2、系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感．決定線圈自感系數(shù)的因素：線圈的大小、匝數(shù)、線圈中是否有鐵芯．有鐵芯時(shí)的自感系數(shù)比沒(méi)有鐵芯時(shí)大得多． 5．電感器的電路作用：由于線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙電流的變化．因此，電感器對(duì)交流有阻礙作用． 二、渦流及其應(yīng)用 1．定義：只要在空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流． 2．應(yīng)用：渦流通過(guò)電阻時(shí)可以生熱，金屬探測(cè)器和電磁爐就利用了渦流．但在電動(dòng)機(jī)、變壓器中渦流是有害的． 1．思考判斷 (1)線圈中電流增大時(shí)，線圈的自感系數(shù)增大． (×) (2)線圈中電流減小時(shí)，自感現(xiàn)象阻礙電流的減?。?(√) (3)線圈匝數(shù)越多，對(duì)電流變

3、化的阻礙作用就越大． (√) (4)渦流是可以利用的． (√) (5)變壓器中的渦流是有害的． (√) (6)冶煉金屬中的渦流也是有害的． (×) 2．關(guān)于線圈的自感系數(shù)大小的下列說(shuō)法中，正確的是(　　) A．通過(guò)線圈的電流越大，自感系數(shù)也越大 B．線圈中的電流變化越快，自感系數(shù)也越大 C．插有鐵芯時(shí)線圈的自感系數(shù)會(huì)變大 D．線圈的自感系數(shù)與電流的大小、電流變化的快慢、是否有鐵芯等都無(wú)關(guān) C　[自感系數(shù)是由電感器本身的因素決定的，包括線圈的大小、單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)，而且有鐵芯時(shí)比無(wú)鐵芯時(shí)自感系數(shù)要大．] 3．以下器件利用渦流的有(　　) A．電飯鍋　　　　　 B．電熱水器

4、 C．電磁爐 D．微波爐 C　[電飯鍋與電熱水器利用電流的熱效應(yīng)加熱，微波爐是利用微波在食物中引起水分子振動(dòng)加熱，只有C項(xiàng)中電磁爐利用渦流．] 4．(多選)如圖所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．合上開(kāi)關(guān)S接通電路時(shí)，A2先亮，A1后亮，最后一樣亮 B．合上開(kāi)關(guān)S接通電路時(shí)，A1和A2始終一樣亮 C．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S切斷電路時(shí)，A1立即熄滅，A2過(guò)一會(huì)兒才熄滅 D．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S切斷電路時(shí)，A1和A2都要過(guò)一會(huì)兒才熄滅 AD　[合上開(kāi)關(guān)S，A2支路電流立即達(dá)到最大，而A1支路由于自感線圈對(duì)電流的變化起阻礙作用，所以電流只能逐漸

5、增大，穩(wěn)定后，由于L無(wú)電阻，所以最后兩燈同樣亮，A正確；斷開(kāi)時(shí)，L為電源，兩燈串聯(lián)，所以A1、A2都要過(guò)一會(huì)兒才熄滅，D正確．] 自感現(xiàn)象的理解和電感器的特點(diǎn) 1.電感器的特點(diǎn) 由于恒定直流的大小不變，通過(guò)電感器的磁通量不變，無(wú)自感電動(dòng)勢(shì)．因此，電感器對(duì)恒定直流無(wú)阻礙作用，故電感器有“通直流，阻交流”的特點(diǎn)． 2．自感現(xiàn)象的實(shí)質(zhì) 自感現(xiàn)象遵循法拉第電磁感應(yīng)定律．自感是由自身電流變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象．而前面所學(xué)變壓器是由于另外線圈中電流變化，進(jìn)而磁場(chǎng)、磁通量變化而在該線圈回路中產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象，因此又叫互感現(xiàn)象． 3．自感的作用 阻礙電流的變化，應(yīng)理解為自感僅僅是

6、減緩了原電流的變化，而不會(huì)阻止原電流的變化或逆轉(zhuǎn)原電流的變化． 4．通電自感和斷電自感 通電自感 斷電自感 電路圖 電路準(zhǔn)備 燈A1、A2規(guī)格完全相同，閉合S，調(diào)節(jié)R使A1、A2亮度相同，再斷開(kāi)S 線圈L的自感較大，閉合S，使燈A發(fā)光 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 S重新閉合，燈A2立刻正常發(fā)光，燈A1逐漸亮起來(lái) S斷開(kāi)時(shí)，燈A過(guò)一會(huì)兒才熄滅 原因 S閉合時(shí)，電流從零開(kāi)始增加，穿過(guò)L的磁通量逐漸增加，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與L中原電流方向相反，阻礙L中電流增加，推遲了電流達(dá)正常值的時(shí)間 S斷開(kāi)時(shí)，L中電流突然減弱，穿過(guò)L的磁通量減少，L中產(chǎn)生與原電流方向相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的

7、減小，這時(shí)，L與A構(gòu)成閉合回路，燈A會(huì)閃亮一下后再緩慢熄滅(線圈L的電阻小于燈泡A的電阻) 【例1】　(多選)如圖所示，電路甲、乙中電阻R和自感線圈L的電阻都很小．閉合開(kāi)關(guān)S，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則(　　) A．在電路甲中，斷開(kāi)S，A將漸漸變暗 B．在電路甲中，斷開(kāi)S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 C．在電路乙中，斷開(kāi)S，A將漸漸變暗 D．在電路乙中，斷開(kāi)S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 思路點(diǎn)撥：解此題的關(guān)鍵有兩點(diǎn)： ①自感線圈在電路中的位置及作用． ②燈泡瞬間變更亮的條件． AD　[甲圖中，燈A與線圈L在同一支路，通過(guò)的電流相同；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)，A、L、R組成回

8、路，由于自感作用，L中電流逐漸減小，燈不會(huì)閃亮一下，燈A將逐漸變暗，故A正確． 乙圖中，電路穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)上支路的電流IL＞IA(因L的電阻很小)；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)，由于L的自感作用，回路中電流在IL的基礎(chǔ)上減小，電流反向通過(guò)A的瞬間，A中電流變大，然后漸漸變小，所以燈A要閃亮一下，然后漸漸變暗，故D正確．] (1)對(duì)通電自感要注意電感線圈對(duì)電流由無(wú)到有的阻礙作用； (2)對(duì)斷電自感要注意分析斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后由包括電感線圈(相當(dāng)于一個(gè)電源)所形成的新的閉合回路以及由于線圈自感作用所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向與原來(lái)電流方向的關(guān)系； (3)斷電時(shí)燈泡是否閃亮，決定于原電流大小與自感電流大小的關(guān)系．

9、 1．(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．當(dāng)線圈中電流不變時(shí)，線圈中沒(méi)有自感電動(dòng)勢(shì) B．當(dāng)線圈中電流不變時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向不變 C．當(dāng)線圈中電流增大時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中電流的方向相反 D．當(dāng)線圈中電流減小時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中電流的方向相反 AC　[線圈中電流不變時(shí)，自身電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁通量不變，線圈中不可能產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈中電流增大時(shí)，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁通量增大，根據(jù)楞次定律和右手定則可判斷自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相反，選項(xiàng)C正確；同理可知選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] 對(duì)渦流的理解 1．渦流 把塊狀金屬放在

10、變化的磁場(chǎng)中，或者讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的漩渦，故叫渦電流，簡(jiǎn)稱渦流．渦流常常很強(qiáng)． 2．渦流的減小方法 在各種電機(jī)和變壓器中，為了減少渦流的損失，在電機(jī)和變壓器上通常用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓制成的鐵芯． 3．渦流的利用 冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐就是利用強(qiáng)大的渦流使金屬盡快熔化．電學(xué)測(cè)量?jī)x表的指針快速停止擺動(dòng)也是利用鋁框在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的渦流． 【例2】　(多選)如圖所示為高頻焊接原理示意圖，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫熔化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大可采用(　　) A．增大交變電流的電

11、壓 B．增大交變電流的頻率 C．增大焊接縫的接觸電阻 D．減小焊接縫的接觸電阻 ABC　[交變電流頻率越高、電壓越大，產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化越快．在工件中引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，感應(yīng)電流就越大，產(chǎn)生的熱量越大，A、B正確．焊接縫接觸電阻越大，相同電流下，在此處產(chǎn)生的熱量越大，越容易熔化焊接．] (1)渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律． (2)磁場(chǎng)變化越快(越大)，導(dǎo)體的截面積S越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大． 2．如圖所示是冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐的示意圖．冶煉爐內(nèi)裝入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這時(shí)被冶煉的金屬就能被熔化．這種冶煉方法

12、速度快，溫度容易控制，并能避免有害雜質(zhì)混入被冶煉的金屬中，因此適于冶煉特種金屬，該爐的加熱原理(　　) A．利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱 B．利用紅外線 C．利用交變電流的交變磁場(chǎng)在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流 D．利用交變電流的交變磁場(chǎng)所激發(fā)的電磁波 C　[利用交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在引起爐內(nèi)金屬截面的磁通量變化時(shí)，使金屬中產(chǎn)生感應(yīng)電流，因整塊金屬的電阻相當(dāng)小，所以感應(yīng)電流很強(qiáng)，它在金屬內(nèi)自成回路流動(dòng)時(shí)，形成漩渦狀的電流，即渦流，渦流產(chǎn)生大量的焦耳熱使?fàn)t內(nèi)溫度升高，金屬熔化，故選C.當(dāng)然線圈中也因有交變電流會(huì)產(chǎn)生一定的焦耳熱，但它是相當(dāng)少的，根本不可能使?fàn)t內(nèi)溫度高到使金屬熔化的程度，故A

13、錯(cuò)誤．] 1．金屬探測(cè)器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于安檢場(chǎng)所，關(guān)于金屬探測(cè)器的論述正確的是(　　) A．金屬探測(cè)器可用于食品生產(chǎn)，防止細(xì)小的砂石顆?；烊胧称分? B．金屬探測(cè)器探測(cè)地雷時(shí)，探測(cè)器的線圈中產(chǎn)生渦流 C．金屬探測(cè)器探測(cè)金屬時(shí)，被測(cè)金屬中感應(yīng)出渦流 D．探測(cè)過(guò)程中金屬探測(cè)器與被測(cè)物體相對(duì)靜止與相對(duì)運(yùn)動(dòng)探測(cè)效果相同 C　[金屬探測(cè)器只能探測(cè)金屬，不能用于食品生產(chǎn)，防止細(xì)小的砂石顆?；烊胧称分?，故A錯(cuò)誤；金屬探測(cè)器探測(cè)金屬時(shí)，被測(cè)金屬中感應(yīng)出渦流，故B錯(cuò)誤，C正確；探測(cè)過(guò)程中金屬探測(cè)器應(yīng)與被測(cè)物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)靜止時(shí)無(wú)法得出探測(cè)效果，故D錯(cuò)誤．] 2．如圖所示，在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓

14、器鐵芯上分別放一底鐵鍋水和一玻璃杯水．給線圈通入電流，一段時(shí)間后，一個(gè)容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是(　　) A．恒定電流、小鐵鍋 B．恒定電流、玻璃杯 C．變化的電流、小鐵鍋 D．變化的電流、玻璃杯 C　[通入恒定電流時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不變，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，鐵鍋是導(dǎo)體，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高；渦流是由變化的磁通量在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會(huì)升溫．] 3．如圖所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S的瞬間會(huì)有(　　) A．燈A立即熄滅 B．燈A慢慢熄滅 C．燈A

15、突然閃亮一下再慢慢熄滅 D．無(wú)法判定 A　[當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，由于通過(guò)電感線圈的電流從有變到零，線圈將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，但由于線圈L與燈A串聯(lián)，在S斷開(kāi)后，不能形成閉合回路，因此燈A在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，電源供給的電流為零，燈立即熄滅．因此正確選項(xiàng)為A.] 4．如圖所示，電感線圈L的直流電阻為RL、小燈泡的電阻為R，小量程電流表G1、G2的內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合且穩(wěn)定后，G1、G2的指針均向右偏(電流表的零刻度在表盤(pán)中央)，則當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．G1、G2的指針都立即回到零點(diǎn) B．G1緩慢回到零點(diǎn)，G2立即左偏，然后緩慢回到零點(diǎn) C．G1立即回到零點(diǎn)，G2緩慢回到零點(diǎn) D．G2立即回到零點(diǎn)，G1緩慢回到零點(diǎn) B　[S閉合且穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)含電流表G1、G2的兩條支路的電流均由左向右，斷開(kāi)S，L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，由“增反減同”可知，自感電動(dòng)勢(shì)E自的方向一定與原電流方向相同，顯然，斷開(kāi)S后，在E自的作用下，題圖回路中將繼續(xù)形成沿順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，這時(shí)流經(jīng)含有電流表G2支路的電流方向已變?yōu)橛捎蚁蜃罅耍捎谶@段時(shí)間E自是逐漸減小的，故電流也是逐漸減小的，綜上所述選B.] - 8 -