人教版选修11 自感现象 涡流 第1课时 学案.doc

3.6自感现象涡流教学目标：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.重点：知道影响自感系数大小的因素难点：了解自感现象和涡流的利用及其危害的防止.预习导学：一、自感现象1.线圈a中电流的变化引起的磁通量的变化，会在它自身激发感应电动势，这个电动势叫做自感电动势，这种现象叫做自感现象.2.电路中自感的作用是阻碍电流的变化.想一想如图361所示的电路，l为自感线圈，a是一个灯泡，e是电源.当s闭合瞬间，通过灯泡的电流方向如何？当s切断瞬间，通过灯泡的电流方向如何？图361答案当s闭合时，通过灯泡的电流方向为ab；当s切断瞬间，由于电源提供给灯泡a及线圈的电流立即消失，因此线圈要产生一个自感电动势来阻碍原电流减小，所以线圈此时相当于一个电源，产生的自感电流和原电流方向相同，流经a时的方向是ba.二、电感器1.线路中的线圈叫做电感器，电感器的性能用自感系数表示，简称自感.2.线圈越大、匝数越多，它的自感系数越大.给线圈中加入铁芯，自感系数比没有铁芯时大得多.3.交流电通过电感器时，由于线圈中的自感电动势总是阻碍电流的变化，所以电感器对交流电有阻碍作用.4.在自感系数很大、电流很强的电路中，切断电源的瞬间都会产生很大的自感电动势，使开关两端出现很高的电压，形成电弧.电弧不仅会烧蚀开关，有时还会危及人员的安全.想一想自感现象中产生的自感电动势与线圈是否有关？可能与线圈的哪些因素有关？答案有关.与线圈的长度、大小、匝数及有无铁芯都有关.三、涡流及其应用1.只要空间有变化的磁通量，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.利用涡流的热效应可以制成一种新型炉灶电磁炉.金属探测器也是利用涡流工作的.3.涡流的热效应在许多场合是有害的.当电机、变压器绕组中通过交流时，在铁芯中会产生涡流.这会使铁芯过热，消耗电能，破坏绝缘.为了减少涡流，铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠加.想一想电流频率的高低对涡流有什么影响？如何减小涡流？答案电流频率越高，涡流越强；减小电流的频率或增大电阻可减小涡流.课堂讲义：一、自感现象及分析1.通电自感的分析(1)电路：如图362所示.图362(2)装置要求及作用：a1、a2规格相同，r的作用是使灯泡a1、a2亮度相同，r1的作用是使灯泡a1、a2均正常发光.(3)实验现象：s合上时，a2立即正常发光，a1逐渐亮起来，稳定后两灯亮度相同.(4)现象分析：在接通的瞬间，电路的电流增大，a2立刻亮起来；穿过线圈l的磁通量增加，线圈中产生自感电动势，这个自感电动势阻碍线圈中电流的增大，不能使电流立即达到最大值，所以a1只能逐渐亮起来.2.断电自感的分析(1)电路：如图363所示.图363(2)装置要求：线圈l的电阻较小，目的是接通电路的灯泡正常发光时，通过线圈的电流il大于通过灯泡的电流ia，即ilia.(3)实验现象：断开s时，发现灯泡a先闪亮一下，过一会儿才熄灭.(4)现象分析：电路断开的瞬间，通电线圈的电流突然减小，穿过线圈的磁通量也很快地减少，线圈中产生了感应电动势，此感应电动势阻碍线圈l电流的减小.由于s断开后，l、a形成闭合回路，l中的电流从il逐渐减小，流过a的电流突然变为il，然后再从il逐渐减小到零，所以a先闪亮一下，再逐渐熄灭.特别提醒灯泡的亮度由其电功率决定，功率越大，亮度越高.由于pi2r，故增加灯泡两端的电压或通电电流，灯泡都会变亮.例1如图364所示为演示自感现象的实验电路，下列说法正确的是( )图364a.当闭合开关s时a1先亮b.当闭合开关s时a2先亮c.当断开开关s时a1先熄灭d.当断开开关s时a2先熄灭答案b解析闭合开关时，由于自感电动势的阻碍作用，a1电路中的电流只能逐渐增大，所以a2先亮，选项a错误，b正确；当断开开关s时，l相当于电源，a1、a2、l、r组成闭合回路，电流由支路a1中的电流逐渐减小，所以a1、a2一起逐渐熄灭，选项c、d错误.针对训练1如图365所示的电路，当开关闭合时，小灯泡将_(选填“逐渐”或“立刻”)变亮.当开关断开时，小灯泡将_(选填“逐渐”或“立刻”)熄灭.图365答案逐渐立刻解析闭合开关时，由于电感器的自感电动势的阻碍作用，a中的电流只能逐渐增大，即小灯泡逐渐变亮；当开关断开时，由于小灯泡无法与其它用电器构成回路，虽然电感器中有自感电动势，但是没有自感电流，所以小灯泡立刻熄灭.二、涡流的利用及防止1.涡流的利用(1)涡流的热效应.可以利用涡流来加热，例如电磁炉和高频感应炉.(2)涡流的阻尼作用(称为电磁阻尼)，例如在一些电学测量仪表中，利用电磁阻尼仪表的指针迅速地停在它所测出的刻度上，以及高速机车制动的涡流闸等.(3)涡流探测，如探雷器等.2.涡流的防止要减小涡流，可采用的方法是把整块铁芯改成薄片叠压的铁芯，增大回路电阻.例如电动机和变压器的铁芯都不是整块金属.例2关于电磁炉，下列说法正确的是()a.电磁炉也利用了电磁感应原理b.电磁炉可以用陶瓷锅做饭c.电磁炉是利用涡流的典型例子d.电磁炉工作时，锅与炉体是相互绝缘的答案acd解析电磁炉的工作原理是电磁感应产生的涡流的热效应，a正确；电磁炉的锅应是金属材料，最好是铁锅.当铁锅与炉体绝缘时，铁锅内的涡流产生大量的热量，从而加热食物.b错误，c、d正确.针对训练2变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，这是为了()a.增大涡流，提高变压器的效率b.减小涡流，提高变压器的效率c.增大涡流，减小铁芯的发热量d.减小涡流，减小铁芯的发热量答案bd解析涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的.所以不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率.故b、d正确.课堂练习： 对自感现象的理解1.下列说法中正确的是()a.电路中电流越大，自感电动势越大b.电路中电流变化越大，自感电动势越大c.线圈中电流均匀增大，线圈的自感系数也均匀增大d.线圈中的电流为零时，自感电动势不一定为零答案d解析在自感一定的情况下，电流变化越快，自感电动势越大，与电流的大小、电流变化的大小没有必然的关系，a、b项错误；线圈的自感系数是由线圈本身的性质决定的，与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等有关，而与线圈的电流的变化率无关，c项错误；线圈中的电流为零时，自感电动势不一定为零，d正确.2.关于线圈的自感系数大小的下列说法中，正确的是()a.通过线圈的电流越大，自感系数也越大b.线圈中的电流变化越快，自感系数也越大c.插有铁芯时线圈的自感系数会变大d.线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关答案c解析自感系数是由电感器本身的因素决定的，包括线圈的大小、单位长度上的匝数，而且有铁芯时比无铁芯时自感系数要大.电感在电路中的作用3.如图366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()图366a.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的电流答案b解析开关s接通的瞬间，灯泡中的电流从a到b；s接通的瞬间，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.自感现象的应用与防止4.日光灯电路主要由镇流器、启动器和灯管组成，在日光灯正常工作的情况下()a.灯管点燃发光后，启动器中两个触片是分离的b.灯管点燃发光后，镇流器起降压限流作用c.镇流器起整流作用d.镇流器给日光灯的开始点燃提供瞬间高压答案abd解析日光灯在点燃时需要一个瞬时高压，在启动器的u形触片冷却收缩分离，使电路突然中断的瞬间，因镇流器的自感作用产生很高的自感电动势加在灯丝两端，使灯管中水银蒸汽导通，日光灯点燃，当日光灯正常发光时，启动器中触片是断开的，由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生的自感电动势总是阻碍其电流的变化，这时镇流器的作用是降压、限流，以保证日光灯正常工作.作业： 题组一、对自感现象的理解1.关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是()a.电感一定时，电流变化越大，电动势越大b.电感一定时，电流变化越快，电动势越大c.通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零d.通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大答案b解析在电感一定的情况下电流变化越快即变化率越大，电动势越大，a项错，b项正确；电流为零的瞬间电流的变化率不一定为零，电流的值最大时电流的变化率不一定最大，所以c、d项错误.2.如图367所示，a、b为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度.两个相同的磁性小球，同时从a、b管上端的管口无初速度释放，穿过a管的小球比穿过b管的小球先落到地面.下面对于两管的描述可能正确的是()图367a.a管是用塑料制成的，b管是用铜制成的b.a管是用铝制成的，b管是用胶木制成的c.a管是用胶木制成的，b管是用塑料制成的d.a管是用胶木制成的，b管是用铝制成的答案ad解析磁性小球穿过金属圆管过程中，将圆管看作由许多金属圆环组成，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，电流阻碍磁性小球的下落，小球向下运动的加速度小于重力加速度；小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体运动，穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少.3.下列说法正确的是()a.当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势b.当线圈中电流不变时，线圈中自感电动势的方向不变c.当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反d.当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反答案ac解析线圈中电流不变时，自身电流产生的磁场的磁通量不变，线圈中不可能产生自感电动势，选项a正确，选项b错误；当线圈中电流增大时，电流产生的磁场的磁通量增大，根据楞次定律可判断自感电动势的方向与原电流方向相反，选项c正确；同理可知选项d错误.题组二、电感在电路中的作用4.如图368所示，l为自感系数很大的线圈，其自身的电阻忽略不计，a、b是完全相同的两个小灯泡.在t0时刻闭合开关s，经过一段时间t1断开s.下列表示a、b两灯泡中电流i随时间t变化的图象中，正确的是()图368答案bd解析电键闭合时，由于电感线圈的阻碍作用，流过电感的电流慢慢增大，所以ib慢慢增大，ia慢慢减小，最后稳定时电感相当于一根导线，ia为0，ib最大；断开电键，原来通过b的电流立即消失，由于电感线圈阻碍自身电流变化，产生与原电流同方向的感应电流，此时电感线圈和灯泡a形成回路，流过灯泡a中的电流方向与原来流过灯泡a中的电流方向相反，且电流ia慢慢减小，最后为0，故a、c错误，b、d正确.5.如图369所示，电路甲、乙中电阻r和自感线圈l的电阻都很小.接通s，使电路达到稳定，灯泡a发光，则()图369a.在电路甲中，断开s，a将渐渐变暗b.在电路甲中，断开s，a将先变得更亮，然后渐渐变暗c.在电路乙中，断开s，a将渐渐变暗d.在电路乙中，断开s，a将先变得更亮，然后渐渐变暗答案ad解析甲图中，灯a与线圈l在同一支路，通过的电流相同；断开开关s时，a、l、r组成回路，由于自感作用，l中电流逐渐减小，灯不会闪亮一下，灯a将逐渐变暗，故a正确，b错误；乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流ilia(因l的电阻很小)；断开开关s时，由于l的自感作用，回路中电流在il的基础上减小，电流反向通过a的瞬间，a中电流变大，然后渐渐变小，所以灯a要闪亮一下，然后渐渐变暗，故c错误，d正确.6.如图3610所示，开关s闭合且电路达到稳定时，小灯泡能正常发光，则()图3610a.当s闭合瞬间，小灯泡将慢慢变亮b.当s闭合瞬间，小灯泡立即变亮c.当s断开瞬间，小灯泡慢慢熄灭d.当s断开瞬间，小灯泡先闪亮一下，再慢慢熄灭答案a解析当s闭合瞬间，通过l的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增大，故a慢慢变亮；当s断开瞬间，a将立即熄灭，因为s断开，再无电流回路.7.如图3611所示，灯la、lb完全相同，带铁芯的线圈l的电阻可忽略.则()图3611a.s闭合瞬间、la、lb同时发光，接着la变暗，lb更亮，最后la熄灭b.s闭合瞬间，la不亮，lb立即亮c.s闭合瞬间，la、lb都不立即亮d.稳定后再断开s的瞬间，lb熄灭，la比lb(断开s前)更亮答案a解析s接通的瞬间，l支路中电流从无到有发生变化，因此，l中产生的自感电动势阻碍电流增加.由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以s接通的瞬间l中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过la.所以la、lb会同时亮.又由于l中电流很快稳定，感应电动势很快消失，l的阻值因为很小，所以对la起到“短路”作用，因此，la便熄灭.这里电路的总电阻比刚接通时小，lb会比以前更亮，a正确，b、c错误；稳定后断开s瞬间，lb熄灭，la与lb熄灭前一样亮，d错误.8.如图3612所示，是测定自感系数很大的线圈l直流电阻的电路，l两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，将电路解体时应()图3612a.先断开s1 b.先断开s2c.先拆除电流表 d.先拆除电阻r答案b解析s1断开瞬间，l中产生很大的自感电动势，若此时s2闭合，则可能将电压表烧坏，故应先断开s2.题组三、涡流的应用及防止9.如图3613所示是冶炼金属的高频感应炉的示意图.冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化.这