自感现象涡流课件(人教选修1-1).ppt

第六节自感现象涡流第七节课题研究 电在我家中 略 目标导航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发生变化而在自身回路引起的电磁感应现象称为 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 最终产生电磁感应现象 自感现象 3 通电自感 如图3 6 1所示 开关闭合时我们观察到的现象是 灯泡A1 灯泡A2 这是由于 的影响 由此可以判断线圈L的自感电动势 电流的增加 逐渐变亮 立即变亮 线圈L 阻碍 图3 6 1 4 断电自感 如图3 6 2所示 开关断开时 灯泡A 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 电流 图3 6 2 没有立即 自感 阻碍 想一想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 自感 形状 长短 匝数 铁芯 线圈越粗 越长 匝数越多 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 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 需要克服自感现象 如 越大 日光灯镇流器 断电时产生的电弧 三 涡流及其应用1 定义 只要空间有变化的磁通量 其中的导体中就会产生 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 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 感应电流 生热 想一想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 学案导引1 发生断电自感时 为什么灯泡有时会闪一下 2 如何判断断电时自感电流的方向 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3 6 3所示 图3 6 3 所以线圈上产生一个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 特别提醒 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 2012 武汉二中高二检测 在如图3 6 4所示的电路中 A1和A2是完全相同的灯泡 线圈L的电阻可忽略 下列说法中正确的是 图3 6 4 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和A2始终一样亮C 断开开关S切断电路时 A1和A2都要经过一会儿才熄灭D 断开开关S切断电路时 A2立即熄灭 A1过一会儿才熄灭 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 精讲精析 要判断灯泡的发光情况 必须分析在两种情形下流经两灯泡的电流特点 而分析电流特点 首先必须抓住本题的关键所在 线圈L在S接通和断开时所起的作用 即接通S时 线圈L要 阻碍 它所在支路电 流的增大 线圈L要阻碍电流流过灯泡A1 故A2先亮 A1后亮 选项A正确 B错误 当开关断开时 线圈L产生的自感电动势阻碍电流的减小 使A1所在支路中电流不能立刻减为零 而这个电流同时流过两个灯泡组成的回路 故选项C正确 D错误 答案 AC 变式训练1 如图3 6 5所示的电路中 两个电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央 当电流从 接线柱流入时 指针向右摆 当电流从 接线柱流入时 指针向左摆 当电路接通并达到稳定时再断开的瞬间 下列哪个说法符合实际 图3 6 5 A G1指针向左摆 G2指针向右摆B G1指针向右摆 G2指针向左摆C G1 G2的指针都向左摆D G1 G2的指针都向右摆解析 选A S断开的瞬间 LRG2G1组成了一个新的回路 新回路的电源是L L阻碍回路中向右的电流的减小 所以回路中还有顺时针的电流 学案导引1 涡流产生的原因是什么 2 高频感应炉是利用的涡流的什么效应 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 2012 绍兴一中高二检测 如图3 6 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 以下说法中正确的是 图3 6 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 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 由焊缝处和工件其它部分串联电流一样 判断焊缝处的电阻的大小 精讲精析 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 变式训练2 下列哪些做法是减少涡流的产生 A 在电动机 变压器的线圈中加入铁芯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电D 一些大型用电器采用特制的安全开关 解析 选B 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不正确 B正确 电磁冶金是利用产生的涡流 而只有当空间中磁通量变化的时候 才会有涡流产生 直流电电流稳定 产生的磁场也是稳定的 是不会引起涡流的 D与涡流无关 是为了防止自感 能量守恒在涡流中的应用 经典案例 如图3 6 7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 图3 6 7 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 解题样板 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