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

第六节自感现象涡流1.了解什么是自感现象、自感系数和涡流，并了解影响自感系数大小的因素。(主要困难)2。了解自感现象、涡流的使用及其危害的预防。(关键)3。初步了解日光灯和电磁炉等家用电器的工作原理。，学生书籍p54)一、自我认知1.定义：导体回路中电流变化引起的电磁感应现象称为自感。2.本质：自身电流的变化导致自身产生的磁场发生变化，从而导致流经自身的磁通量发生变化，最终产生电磁感应现象。3.通电自感：如图所示，当开关闭合时，我们观察到灯泡a1逐渐打开，灯泡a2立即打开的现象。这是由于线圈l的影响。因此，我们可以判断线圈l的自感电动势阻碍了电流的增加。4.断电自感：如图所示，当开关关闭时，灯泡a不会立即关闭。这是由于线圈的自感效应，表明自感电动势阻碍了线圈中电流的减少。5.自感的作用是阻止电路中电流的变化。1.在断电自感现象中，开关关闭后灯泡仍会亮一段时间。这违反能量守恒定律吗？提示：没有违规。当电源被切断时，储存在线圈中的磁场可以被转换成电能，以维持线圈中的电流一段时间。二。感应器1.定义：电路中的线圈称为电感器。2.描述电感性能的物理量：自感系数，简称自感。3.决定线圈自感的因素：形状、长度、匝数以及线圈中是否有铁芯。线圈越厚越长，匝数越多，其自感系数越大。此外，有铁芯的自感系数大于没有铁芯的自感系数。4.应用：自感现象在我们的生活中有利也有弊。使用自感现象，如荧光灯镇流器；有必要克服自感，如断电时产生的电弧。三、旋涡及其应用1.定义：只要空间中有变化的磁通量，导体中就会产生感应电流。我们称之为感应电流涡流。2.应用：涡流通过电阻器时会产生热量。金属探测器和电磁炉使用涡流。然而，涡流在电机和变压器中是有害的。2.可以通过用由相互绝缘的硅钢片制成的铁芯代替整个硅钢铁芯来减小涡流。请解释一下原因。提示：绝缘硅钢片是绝缘的，可以增加电路中的电阻，阻断涡流电路，从而减少涡流。自我感知分析学生书p55自感电动势总是阻碍引起自感的电流变化，正如感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化一样。自感电动势障碍的对象是“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，流经l的电流为i1=(不包括电源内阻)，方向为ab；流经灯泡a的电流i2=。当s断开时，i2立即消失，但是由于线圈的自感，i1不会立即消失。随着i1的减小，在线圈上产生具有正端b和负端a的自感电动势，与灯泡形成abcd回路，因此流过a的电流从i2变为i1，方向从dc变为c d。可以看出，流过a的电流大小和方向都发生了变化。当电源故障自感发生时，如果要判断电路中的灯泡是否闪烁，方法是判断灯泡中的电流是突然变大还是变小。因此，应该比较原始电路中i1和i2的大小。如果r r，i1 i2，灯泡会闪烁然后熄灭；如果rr，灯泡将逐渐变暗熄灭。在图中所示的电路中，l是a对旋涡学生书p56的进一步理解1.涡流产生如果金属块被置于变化的磁场中或者被允许在不均匀的磁场中运动，在金属块中将产生感应电流。因为金属块本身可以形成闭合回路，并且整个金属导体的电阻通常很小，所以产生的涡流通常很强。2.涡流的应用(1)利用涡流的热效应：利用电路中涡流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设备：用于车站和机场安检的检测器，用于检测乘客是否携带金属制品、刀具和枪支等危险品。3.涡流的危害及预防(1)涡流在各种电机和变压器中非常有害。首先，它会提高铁芯的温度，从而危及线圈绝缘材料的使用寿命，严重时会报废；其次，涡流加热会消耗额外的能量，降低电机和变压器的效率。(2)为了减少涡流，变压器和电机中的铁芯不是由整块钢制成，而是由薄硅钢片层压而成。一方面，硅钢片的电阻率比普通钢大，从而降低损耗；另一方面，每层硅钢片都是绝缘的，阻挡了涡流的通过，进一步减少了涡流的发热。(多选)如图所示，这是高频焊接原理的示意图。当高频电流通过线圈时，在待焊接的金属工件中产生感应电流。感应电流通过焊缝产生大量热量以熔化金属并将工件焊接在一起，而工件的其他部分产生的热量很少。以下陈述是正确的()电流变化的频率越高，焊缝处的温度上升越快。电流变化的频率越低，焊缝处的温度上升越快。只有工件焊缝处的温度升高得很高，因为焊缝处的电阻很小只有工件焊缝处的温度升高得很高，因为焊缝处的电阻很大。思路指出电流频率对电流大小的影响是通过电磁感应现象来判断的，焊缝处的电阻是通过与工件其他部分相同的串联电流来判断的。分析当高频电流通过线圈时，在待焊接的金属工件中产生感应电流。感应电流的大小与感应电动势有关。电流变化的频率越高，电流变化越快，感应电动势越大。选项a是正确的。工件上的焊缝相对于其他位置电阻较大，电流产生的热量较多。选项d也是正确的。答公元能量守恒在涡流学生课本p56中的应用(多选)如图所示，闭合金属环在曲面上从h高度向下滚动，并沿着曲面的另一侧上升。如果环的初始速度为零，并且不计算摩擦力，并且曲面处于图中所示的磁场中，则()如果磁场均匀，环形辊上的高度小于h如果磁场均匀，环形辊上的高度等于h如果磁场不均匀，环形辊上的高度等于hd、如果磁场不均匀，环形辊上的高度小于h这个话题应该从涡流产生和能量守恒的角度来考虑。分析如果磁场均匀，在轧制过程中金属环的磁通量不会改变，不会产生电磁感应，机械能守恒，环辊上的高度等于h；如果磁场不均匀，金属环的磁通量在轧制过程中会发生变化，并产生感应电流。金属环克服安培力做功，消耗机械能。环形辊上的高度小于1.5米.回答 bd(1)涡流产生是一种电磁感应现象，仅当通过导体的磁通量变化时才会发生。(2)应用能量守恒定律的前提是判断能量的几种形式分析：选择d。线圈的自感系数与线圈的形状、长度、匝数和有无铁芯有关，而与线圈的电流和电动势无关。2.以下关于自我归纳的现象，正确的有()a.自感不是电磁感应b.自感电动势不是感应电动势c.自感电动势总是阻碍电流通过d.自感电动势总是阻碍电流的变化。分析：选择d。自感现象是指由于自身电流的变化导致磁通量的变化而引起的电磁感应现象，因此a和b是错误的；自感的作用是阻止电流的变化。当电流增加时，自感电动势阻碍电流的增加。当电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，而不是阻碍电流通过。所以c是错的，d是对的。3.(多选)变压器的铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠加而成，而不是使用整片硅钢片。这是给()的a.增加涡流，提高变压器效率b.减少涡流，提高变压器效率增加铁芯的电阻以产生更多的热量。d.增加铁芯的电阻以降低发热量分析：选择商业发展。代替使用整个硅钢片，使用非常薄的硅钢片。其目的是增加铁芯中的电阻并减少涡流，从而减少电能转化为铁芯的内部能量并提高效率。因此，选项b和d是正确的。4.如图所示，l是具有大自感系数的线圈。电路稳定后，小灯泡通常会发光。当开关关闭时，将会有()a.灯a立即熄灭b.灯a慢慢熄灭c.灯a突然闪烁，然后慢慢熄灭。d.不确定分析：选项a。当开关s关闭时，线圈将由于流过自感线圈的电流从零变化而产生自感电动势。然而，由于线圈l与灯a串联连接，所以在s关闭后不能形成闭环，因此当电源供应的电流为零时，灯a将在开关关闭后立即关闭。因此，正确的选择是.5.如图所示，在0点正下方有一个理想边界的磁场。铜球在a点从静止状态释放出来，并向右摆动到最高点b，与空气阻力无关。以下陈述是正确的()a.a .和b .在同一水平线上。b.a点高于b点。c.a点低于b点。d.铜球将以相等的幅度摆动。分析：选择b .铜球在进出磁场的过程中会产生涡流并失去机械能，因此a点高于b点.选择b .课堂作业学生用书p105(单行本)i .选择题1.关于线圈中自感电动势的大小，下列说法是正确的()a.当电感不变时，电流变化越大，电动势越大当电感不变时，电流变化越快，电动势越大。c.当通过线圈的电流为零时，电动势为零当通过线圈的电流达到最大值时，电动势达到最大值。分析：选择b。在一定电感下，电流变化越快，即变化率越高，电动势越大，错a错b；当电流为零时，电流的变化率不一定为零，当电流值最大时，电流的变化率不一定最大，因此c和d项是错误的。2.以下陈述是正确的()a.电路中的电流越大，自感电动势就越大电路中电流变化越大，自感电动势越大。c.如果线圈中的电流均匀增加，线圈的自感系数也会均匀增加。当线圈中的电流为零时，自感电动势不一定为零分析：选择d。电流大时，电流变化率不一定大，电流大时，电流变化率也不一定大，所以a和b是错的，d是对的；的自感系数4.制作精密电阻时，为了消除使用中电流变化引起的自感现象，在用电阻丝绕制电阻时，采用如图所示的双线绕制方法。原因是()a.当电路中的电流变化时，两根电线中产生的自感电动势相互抵消当电路中的电流变化时，两根导线中产生的自感应电流相互抵消当电路中的电流变化时，两根导线中的电流产生的磁场相互抵消，通过线圈的组合磁场的磁通量为零d.以上陈述都不正确。分析：选择交流电。由于采用双线绕线方式，当电流通过时，方向相反。不管电流如何变化，电流在任何时候都在同一个方向。电流产生的磁场相互抵消，总磁场为零，因此不会出现电磁感应现象，自感将被消除。因此，选项a、b和d是错误的，选项c是正确的。5.在图中所示的电路中，两个电流表g1和g2的零点都在表盘的中心。当电流从“-”端流入时，指针向右摆动。当电流从“”端流入时，指针向左摆动。当电路接通并达到稳定状态时，下列哪种说法符合实际情况()g1指针向左摆动，g2指针向右摆动b.g1指针向右摆动，g2指针向左摆动g1和g2的手都向左摆动。g1和g2的手都向右摆动。分析：当自动开关关闭时，lrg2g1形成一个新的电路。新电路的电源是l，l阻碍电路中向右的电流减小，所以电路中仍有顺时针电流。6.如图所示为测量自感系数大的线圈l的dc电阻的电路。在l的两端并联一个电压表来测量自感线圈的dc电压。测量完成后，应拆卸电路()a.首先断开s1b.首先断开s2c.首先拆下电流表d.首先移除电阻r分析：选择s1打开的时刻，在洛杉矶会产生一个很大的自感电动势。如果此时s2关闭，电压表可能会烧坏，所以应该先打开s2。7.如图所示，当交流电源电压恒定在220伏，频率恒定在50赫兹时，三个灯泡1a、1b和1c的亮度是相同的。如果交流频率变为100赫兹，则()a.洛杉矶的灯最暗b.lb灯最暗c.lc灯最暗三个灯泡的亮度仍然相同。分析：选择a。当交流频率增加时，线圈的感抗变大，电容的容抗变小，所以la灯变暗，lb灯变亮，液晶灯亮度不变，所以a是正确的。8.有一个铜板可以在支架上无摩擦地自由旋转。在它旋转的过程中，一个蹄形磁铁逐渐靠近它。铜板将()a.仍然以原来的速度旋转b.更快的旋转c.转速降低后，以恒定速度旋转d.慢慢停下来分析：选择d。当磁铁靠近铜板时，铜板会产生涡流，系统的机械能会因加热而损失。第二，选择题9.以下应用与涡流有关()a.电磁炉家用微波炉c.真空熔炼炉d .探雷器分析：利用涡流的热效应，选择自动呼叫分配器、电磁炉和真空熔炼炉工作；利用涡流的磁效应，选择探雷器工作；