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 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) 2．理解影響自感系數(shù)大小的因素．(重點) 3．知道利用自感現(xiàn)象和渦流的實例，知道自感現(xiàn)象與渦流危害的避免方法．(難點) 4．了解日光燈、電磁爐等家用電器的工作原理．(難點) 一、自感現(xiàn)象及電感器 1．自感現(xiàn)象 線圈中通交流時，由于線圈自身電流的變化，引起磁通量的變化，也會在它自身激發(fā)感應(yīng)電動勢，這個電動勢叫做自感電動勢，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．有鐵芯時的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多． 5．電感器的電路作用：由于線圈中的自感電動勢總是阻礙電流的變化．因此，電感器對交流有阻礙作用． 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：渦流通過電阻時可以生熱，金屬探測器和電磁爐就利用了渦流．但在電動機、變壓器中渦流是有害的． 1．思考判斷 (1)線圈中電流增大時，線圈的自感系數(shù)增大． (×) (2)線圈中電流減小時，自感現(xiàn)象阻礙電流的減?。?(√) (3)線圈匝數(shù)越多，對電流變

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)大小的下列說法中，正確的是(　　) A．通過線圈的電流越大，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．插有鐵芯時線圈的自感系數(shù)會變大 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、單位長度上的匝數(shù)，而且有鐵芯時比無鐵芯時自感系數(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加熱，只有C項中電磁爐利用渦流．] 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．下列說法中正確的是(　　) A．合上開關(guān)S接通電路時，A2先亮，A1后亮，最后一樣亮 B．合上開關(guān)S接通電路時，A1和A2始終一樣亮 C．?dāng)嚅_開關(guān)S切斷電路時，A1立即熄滅，A2過一會兒才熄滅 D．?dāng)嚅_開關(guān)S切斷電路時，A1和A2都要過一會兒才熄滅 AD　[合上開關(guān)S，A2支路電流立即達到最大，而A1支路由于自感線圈對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無電阻，所以最后兩燈同樣亮，A正確；斷開時，L為電源，兩燈串聯(lián)，所以A1、A2都要過一會兒才熄滅，D正確．] 自感現(xiàn)象的理解和電感器的特點 1.電感器的特點 由于恒定直流的大小不變，通過電感器的磁通量不變，無自感電動勢．因此，電感器對恒定直流無阻礙作用，故電感器有“通直流，阻交流”的特點． 2．自感現(xiàn)象的實質(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，進而磁場、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S 線圈L的自感較大，閉合S，使燈A發(fā)光 實驗現(xiàn)象 S重新閉合，燈A2立刻正常發(fā)光，燈A1逐漸亮起來 S斷開時，燈A過一會兒才熄滅 原因 S閉合時，電流從零開始增加，穿過L的磁通量逐漸增加，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與L中原電流方向相反，阻礙L中電流增加，推遲了電流達正常值的時間 S斷開時，L中電流突然減弱，穿過L的磁通量減少，L中產(chǎn)生與原電流方向相同的感應(yīng)電動勢，阻礙電流的

7、減小，這時，L與A構(gòu)成閉合回路，燈A會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．閉合開關(guān)S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則(　　) A．在電路甲中，斷開S，A將漸漸變暗 B．在電路甲中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 C．在電路乙中，斷開S，A將漸漸變暗 D．在電路乙中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 思路點撥：解此題的關(guān)鍵有兩點： 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，通過的電流相同；斷開開關(guān)S時，A、L、R組成回

8、路，由于自感作用，L中電流逐漸減小，燈不會閃亮一下，燈A將逐漸變暗，故A正確． 乙圖中，電路穩(wěn)定時，通過上支路的電流IL＞IA(因L的電阻很小)；斷開開關(guān)S時，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)對通電自感要注意電感線圈對電流由無到有的阻礙作用； (2)對斷電自感要注意分析斷開開關(guān)后由包括電感線圈(相當(dāng)于一個電源)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)電流的方向與原來電流方向的關(guān)系； (3)斷電時燈泡是否閃亮，決定于原電流大小與自感電流大小的關(guān)系．

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

10、變化的磁場中，或者讓它在磁場中運動時，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，簡稱渦流．渦流常常很強． 2．渦流的減小方法 在各種電機和變壓器中，為了減少渦流的損失，在電機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)爐就是利用強大的渦流使金屬盡快熔化．電學(xué)測量儀表的指針快速停止擺動也是利用鋁框在磁場中轉(zhuǎn)動產(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)生的磁場變化越快．在工件中引起的感應(yīng)電動勢越大，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所激發(fā)的電磁波 C　[利用交變電流產(chǎn)生的交變磁場在引起爐內(nèi)金屬截面的磁通量變化時，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，它在金屬內(nèi)自成回路流動時，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、錯誤．] 1．金屬探測器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于安檢場所，關(guān)于金屬探測器的論述正確的是(　　) A．金屬探測器可用于食品生產(chǎn)，防止細(xì)小的砂石顆?；烊胧称分? B．金屬探測器探測地雷時，探測器的線圈中產(chǎn)生渦流 C．金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應(yīng)出渦流 D．探測過程中金屬探測器與被測物體相對靜止與相對運動探測效果相同 C　[金屬探測器只能探測金屬，不能用于食品生產(chǎn)，防止細(xì)小的砂石顆?；烊胧称分?，故A錯誤；金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應(yīng)出渦流，故B錯誤，C正確；探測過程中金屬探測器應(yīng)與被測物體相對運動，相對靜止時無法得出探測效果，故D錯誤．] 2．如圖所示，在一個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，一段時間后，一個容器中水溫升高，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，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(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)斷開開關(guān)S的瞬間會有(　　) 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．無法判定 A　[當(dāng)開關(guān)S斷開時，由于通過電感線圈的電流從有變到零，線圈將產(chǎn)生自感電動勢，但由于線圈L與燈A串聯(lián)，在S斷開后，不能形成閉合回路，因此燈A在開關(guān)斷開后，電源供給的電流為零，燈立即熄滅．因此正確選項為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，當(dāng)開關(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中央)，則當(dāng)開關(guān)S斷開時，下列說法正確的是(　　) A．G1、G2的指針都立即回到零點 B．G1緩慢回到零點，G2立即左偏，然后緩慢回到零點 C．G1立即回到零點，G2緩慢回到零點 D．G2立即回到零點，G1緩慢回到零點 B　[S閉合且穩(wěn)定時，通過含電流表G1、G2的兩條支路的電流均由左向右，斷開S，L中產(chǎn)生自感電動勢，由“增反減同”可知，自感電動勢E自的方向一定與原電流方向相同，顯然，斷開S后，在E自的作用下，題圖回路中將繼續(xù)形成沿順時針方向的電流，這時流經(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 -