六、自感现象涡流 (2).pptx

3.6自感现象涡流,高中物理选修1-1,教学目标,知识与能力：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知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。3知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。4能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。5体会科技成果对生活的广泛影响，培养对涡流现象的广泛、神奇的应用产生兴趣。教具：多媒体教学仪器、实验教学视频等,一、自感现象1、回顾：在做右图的实验时，由于线圈A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈B中激发了感应电动势。互感。,思考：线圈A中电流的变化会引起线圈A中激发感应电动势吗？2、自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。3、自感现象对电路的影响观察两个实验,教学视频实验一：开关闭合时的自感现象,A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？,灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。,现象：,要求和操作：,接通电路的瞬间，电流增大，穿过线圈的磁通量也增加，在线圈中产生感应电动势，由楞次定律可知，它将阻碍原电流的增加，所以A1中的电流只能逐渐增大，A1逐渐亮起来。线圈中出现的感应电动势只是阻碍了原电流的变化（增加），而非阻止，所以虽延缓了电流变化的进程，但最终电流仍然达到最大值，A1最终达到正常发光,分析：,电路断开时，线圈中的电流减小而导致磁通量发生变化，产生自感电动势阻碍原电流的减小，L中的电流只能从原值开始逐渐减小，S断开后，L与A组成闭合回路，L中的电流从A中流过，所以A不会立即熄灭，而能持续一段发光时间,要求：,线圈L的电阻较小,现象：,开关断开时，灯A先更亮后再熄灭。,分析：,教学视频实验二：开关断开时的自感现象,实验电路图分析,例题：如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。电键K原来是合上的，在K断开后，分析：（1）若R1R2，灯泡的亮度怎样变化？（2）若R1R2，灯泡的亮度怎样变化？,解析：K断开后，原来电源提供给小灯泡的电流立即消失，但L中因自感而产生逐渐减弱的电流流过小灯泡，使小灯泡逐渐变暗到熄灭。电路两端的电压相等，则有：（1）因R1R2，即I1I2，所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭。（2）因R1R2，即I1I2，小灯泡在K断开后电流从原来的I2突变到I1（方向相反），然后再渐渐变小，最后为零，所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭。,结论：,1导体中电流变化时，自身产生感应电动势，这个感应电动势阻碍原电流的变化2自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象3自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势注意：“阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。,二、电感器自感系数,1电感器：电路中的线圈又叫电感器。2、自感系数L：（1）描述电感器的性能的，简称自感或电感。（2）L大小影响因素：由线圈本身的特性所决定，与线圈是否通电无关它跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯等因素有关，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，自感系数就越大，有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多3、电感器的特性：阻碍电流的变化，对交流电有阻碍作用。4、上节学到的变压器，实际上也是电感器。,自感电动势的大小的计算公式。自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比，与线圈的自感系数L成正比。写成公式为E=L,电流的变化率是什么？与磁通量的变化率相似，电流的变化率反映电流变化的快慢，其值等于电流的变化与所用时间的比值。,自感系数的单位是什么？亨利，符号H，更小的单位有毫亨（mH）、微亨（H）1H=103mH1H=106H,1,磁场的能量在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。,推断出能量可能存储在磁场中。,教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大小与什么有关？,当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。,三、自感现象的应用和防止,1应用：在各种电器设备、电工技术和无线电技术中应用广泛。如日光灯电子镇流器中，有电阻器、电容器、电感器件。,三、自感现象的应用和防止,2危害：在切断自感系数很大，电流很强的电路的瞬间，产生很高的自感电动势，形成电弧，在这类电路中应采用特制的开关，精密电阻可采用双线并绕来清除自感现象,四、涡流及其应用,1变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流。,2、应用：（1）新型炉灶电磁炉。（2）金属探测器：飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。,四、涡流及其应用,3、防止：为了减少涡流，铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠合而成。疑问：为什么要选取电阻率很大的硅钢？,一、自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。二、两个演示实验：开关闭合和断开时的自感现象。电路图、要求、操作、现象、原因分析三、电感器：在电路中，线圈又叫电感器。四、自感系数L：1、描述电感器的性能的，简称自感或电感。,小结,2、L大小影响因素：由线圈本身的特性所决定，与线圈是否通电无关它跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯等因素有关，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，自感系数就越大，有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多。五、电感器的主要作用：阻碍电流的变化，对交流电有阻碍作用。六、自感现象的应用和防止1应用：在各种电器设备、电工技术和无线电技术中应用广泛。2危害：在切断电路的瞬间，形成电弧。不安全。七、涡流及其应用、防止。,例1、如图示电路，合上S时，发现电流表A1向右偏，则当断开S的瞬间，电流表A1、A2指针的偏转情况是：（）A.A1向左，A2向右B.A1向右，A2向左C.A1、A2都向右D.A1、A2都向左,A,例2、如图所示，多匝电感线圈的电阻和电池内阻都忽略不计，两个电阻的阻值都是R，电键S原来打开，电流为I0，今合上电键将一电阻短路，于是线圈有自感电动势产生，这电动势（）A.有阻碍电流的作用，最后电流由I0减少到零B.有阻碍电流的作用，最后电流总小于IoC.有阻碍电流增大的作用，因而电流Io保持不变D.有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到2Io,D,例3、如图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。这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种金属，该炉的加热原理(),A利用线圈中电流产生的焦耳热B利用红外线C利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波,C,解析：利用交变电流产生的交变磁场在引起炉内金属截面的磁通量变化时，使金属中产生感应电流，因整块金属的电阻相当小，所以感应电流很强，它在金属内自成回路流动时，形成漩涡状的电流，即涡流，涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高，金属熔化，故选C。当然线圈中也因有交变电流会产生一定的焦耳热，但它是相当少的，根本不可能使炉内温度高到使金属熔化的程度，故A不可能。答案：C,练习1、如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。则（）A在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗B在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗C在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗D在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗,AD,课堂练习与提高,解析：因R、L阻值很小，在电路甲中，线圈L与灯泡D串联，L中电流很小，断开S时自感电动势较小，自感作用使D与L中的电流值从S接通稳定后开始减小，D将逐渐变暗，而不是立即熄灭。在电路乙中，L与D、R并联，稳定时L中电流比D中电流大，断开S的瞬间，L中电流从开始的稳定值逐渐减小，所以断开瞬间，通过灯泡D的电流变大，D将变得更亮，然后渐渐变暗。正确选项为AD。,练习2、如图所示，L为