高中物理 第一章 第六、七節(jié) 自感現象及其應用 渦流現象及其應用課件 粵教版選修3-2.ppt

第一章電磁感應第六節(jié)自然現象及其應用第七節(jié)渦流現象及其應用 知識點一自感現象 1 由于通電導體本身的電流變化而產生的電磁感應現象叫自感現象 在自感現象中產生的感應電動勢叫自感電動勢 自感現象是一種特殊的電磁感應現象 同樣遵循楞次定律 2 因此自感電動勢的方向總是阻礙原來電流的變化 即電流增大時 自感電動勢阻礙電流增大 當電流減小時 阻礙電流減小 因此自感電動勢總是 起著延緩電流變化的作用 而自感電動勢的大小決定于線圈本身的構造和穿過線圈磁通量變化的快慢 3 自感系數L 描述通電線圈自身特性的物理量叫做自感系數 自感系數跟線圈的形狀 長短 匝數等有關 線圈越粗 越長 匝數越多 它的自感系數就越大 4 單位 亨利 簡稱為亨 符號為H 常用的有毫亨 mH 和微亨 H 1mH 10 3H 1 H 10 3mH 嘗試應用1 2014 惠州模擬 如圖所示 A和B是兩個相同的小燈泡 L是一個自感系數相當大的線圈 其電阻值與R相同 由于存在自感現象 在開關S閉合和斷開時 燈A和B亮度變化的順序是 A A 閉合時 A先達最亮 斷開時 A后暗B 閉合時 B先達最亮 斷開時 B后暗C 閉合時 A先達最亮 斷開時 A先暗D 閉合時 B先達最亮 斷開時 B先暗解析 開關S閉合時 由于自感作用 線圈L中自感電動勢較大 電流幾乎全部從A中通過 而該電流又同時分路通過B和R 所以A先達最亮 經過一段時間穩(wěn)定后A和B達到同樣亮 開關S斷開時 電源電流立即為零 B立即熄滅 由于L的自感作用 A要慢慢熄滅 綜上所述A項正確 知識點二日光燈的工作原理 1 日光燈的組成 鎮(zhèn)流器 燈管 啟動器 2 日光燈的發(fā)光 燈管中氣體導電 發(fā)出紫外線 照射管壁的熒光粉 然后發(fā)光 燈管中氣體要導電 需要較高的瞬時電壓 這個瞬時電壓需要鎮(zhèn)流器和啟動器的配合完成 3 日光燈的點燃過程 1 如圖所示 閉合開關 電壓加在啟動器兩極間 氖氣放電發(fā)出輝光 產生的熱量使U型動觸片膨脹伸長 跟靜觸片接觸使電路接通 燈絲和鎮(zhèn)流器中有電流通過 2 電路接通后 啟動器中的氖氣停止放電 U型片冷卻收縮 兩個觸片分離 電路自動斷開 3 在電路突然斷開的瞬間 由于鎮(zhèn)流器電流急劇減小 會產生很高的自感電動勢 方向與電源電動勢方向相同 這個自感電動勢與電源電壓加在一起 形成一個瞬時高壓 加在燈管兩端 燈管中的氣體開始放電 于是日光燈成為電流的通路開始發(fā)光 鎮(zhèn)流器的作用 在日光燈點燃時 利用自感現象產生瞬時高壓 日光燈正常發(fā)光時 利用自感現象 對燈管起到降壓限流作用 日光燈管 在點燃和正常發(fā)光時的工作狀態(tài) 日光燈管在點燃時 需要大約500 700V的瞬時高壓 這個高壓是由鎮(zhèn)流器產生的自感電動勢與電源電壓疊加后產生的 當燈管點燃后 它的電阻變得很小 只允許通過較小的電流 它兩端的電壓變小 工作電壓大約100 120V 鎮(zhèn)壓器這時又起到給燈管降壓限流的作用 嘗試應用2 如圖所示的四個日光燈的接線圖中 S1為啟動器 S2 S3為電鍵 L為鎮(zhèn)流器 能使日光燈正常發(fā)光的是 A 解析 能使日光燈正常發(fā)光的是A 當開關接通 通過線圈在燈管兩端發(fā)熱產生電子 當啟動器溫度降低 導致兩極斷開 從而使得鎮(zhèn)流器產生很高電壓 在加速運動的過程中 碰撞管內氬氣分子 使之迅速電離 從而管壁內的熒光粉發(fā)出近乎白色的可見光 知識點三渦流現象及其應用 1 渦流 整塊導體內部發(fā)生電磁感應而產生感應電流的現象稱為渦流現象 渦流實際是一種特殊的電磁感應現象 只要把金屬塊放在變化的磁場中 或者是讓金屬塊在磁場中運動 金屬塊均可產生渦流 這種電流在金屬塊內會自成閉合電路 像水的漩渦一樣 整塊金屬的電阻很小 故渦流通常很強 磁場變化越快 導體的橫截面積越大 導體的電阻率越小 形成的渦流就越大 2 渦流現象的應用 1 渦流的熱效應 例如日常生活用的電磁爐和工業(yè)生產用的感應爐 2 渦流的阻尼作用 例如在一些電學儀表中 利用電磁阻尼使儀表的指針迅速地停在它所測出的刻度上 以及高速機車制動的渦流閘等 3 渦流的防止 例如變壓器和電動機的鐵芯都不是整塊金屬 嘗試應用3 多選 如下圖所示 閉合金屬環(huán)從曲面上h高處滾下 又沿曲面的另一側上升 設環(huán)的初速度為零 摩擦不計 曲面處在圖示磁場中 則 BD A 若是勻強磁場 環(huán)滾上的高度小于hB 若是勻強磁場 環(huán)滾上的高度等于hC 若是非勻強磁場 環(huán)滾上的高度等于hD 若是非勻強磁場 環(huán)滾上的高度小于h解析 勻強磁場時線圈磁通量沒有變化 沒有感應電流 所以沒有熱量產生 環(huán)滾上的高度等于h 非勻強磁場時 線圈磁通量有變化 有感應電流 所以有熱量產生 環(huán)滾上的高度小于h 題型一自感現象的理解 通電自感和斷電自感的比較 例1 多選 如圖所示的電路中有L1和L2兩個完全相同的燈泡 線圈L的電阻忽略不計 下列說法中正確的是 A 閉合S時 L2先亮 L1后亮 最后一樣亮B 斷開S時 L2立刻熄滅 L1過一會兒熄滅C L1中的電流始終從b到aD L2中的電流始終從c到d 解析 閉合S時 L2中立即有從d到c的電流 先亮 線圈由于自感作用 通過它的電流將逐漸增加 所以L1逐漸變亮 電路穩(wěn)定后自感作用消失 線圈L相當于導線 所以L1 L2最后一樣亮 選項A正確 斷開S時 L2中由電源提供的電流立即消失 但是L1中從b到a的電流由于自感的阻礙作用只能逐漸減小 該電流與L2形成回路 因此L1 L2都將過一會兒才熄滅 選項B錯誤 L1中的電流始終由b到a 選項C正確 L2中的電流先由d到c 后由c到d 選項D錯誤 答案 AC 變式訓練1 如圖所示的電路中 S閉合時流過電感線圈的電流為2A 流過燈泡的電流是1A 將S突然斷開 則S斷開前后 能正確反映流過燈泡的電流I隨時間t變化關系的圖象是下圖中的 D 解析 由題圖所示知 在S閉合的時候 流過燈泡 線圈L的電流方向都是自左向右的 在S斷開的瞬間 流過L的電流大小仍為2A 方向仍是從左向右的 它與燈泡構成串聯(lián)回路 故流過燈泡的電流大小變成2A 方向變成由右向左 然后逐漸減小為零 D項正確 題型二日光燈工作原理的理解 例2關于日光燈的工作原理 下列說法正確的 A 鎮(zhèn)流器的作用是將交流電變?yōu)橹绷麟夿 在日光燈的啟動階段 鎮(zhèn)流器能提供一個瞬時高壓 使燈管開始工作C 日光燈正常發(fā)光時 啟動器的兩個觸片是分離的D 日光燈發(fā)出柔和的白光是由汞原子受到激發(fā)后直接輻射的 解析 鎮(zhèn)流器的作用是當日光燈啟動時 利用自感現象產生瞬時高壓 當日光燈正常發(fā)光時 利用自感現象 對燈管起到降壓限流作用 所以A錯B對 由日光燈的工作原理可知 啟動器的兩個觸片分離使得鎮(zhèn)流器電流急劇減小 由于自感鎮(zhèn)流器會產生很高的自感電動勢 方向與電源電動勢方向相同 這個自感電動勢與電源電壓加在一起 形成一個瞬時高壓 使燈管中的氣體開始放電 于是日光 燈成為電流的通路開始發(fā)光 所以日光燈正常發(fā)光時 啟動器的兩個觸片是分離的 C對 日光燈的可見光是汞蒸氣導電時發(fā)出紫外線 使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的可見光 不是汞蒸氣發(fā)出 D錯 答案 BC 變式訓練2 傳統(tǒng)日光燈的電路如圖所示 認真看圖分析后回答 1 在鎮(zhèn)流器被燒壞 出現斷路后 燈管兩端的燈絲 填 會 或 不會 發(fā)光 2 在日光燈燈管的一端燈絲被燒斷后 整個電路將 填 仍有 或 沒有 電流 3 在日光燈正常工作時 取下啟動器 日光燈將 填 不再 或 繼續(xù) 發(fā)光 解析 1 在鎮(zhèn)流器被燒壞 出現斷路后 日光燈啟動時 燈管兩端電壓為零 燈絲不會發(fā)光 2 在日光燈燈管的一端燈絲被燒斷后 整個電路斷路 將沒有電流 3 啟動器僅在電路接通瞬間起作用 等到燈管內氣體導電后 啟動器所在支路斷開 故正常工作時 取下啟動器 日光燈將繼續(xù)工作 答案 不會沒有繼續(xù) 題型三渦流現象的理解及其防止與應用 例3變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的 而不是采用一整塊硅鋼 這是因為 A 增大渦流 提高變壓器的效率B 減少渦流 提高變壓器的效率C 增大鐵芯的電阻 以產生更多的熱量D 增大鐵芯的電阻 以減少發(fā)熱量 解析 不使用整塊硅鋼而采用很薄的硅鋼片 這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻 阻斷渦流電路 減少電能轉化為鐵芯的內能 提高變壓器的效率 答案 BD 變式訓練3 下列沒有應用渦流現象的是 B A 真空冶煉爐B 變壓器硅鋼片疊壓的鐵芯C 金屬探測器D 電表線圈用鋁框做線圈骨架 解析 真空冶煉爐是利用強大渦流在金屬塊中產生的熱量將金屬塊熔化 A對 變壓器硅鋼片疊壓成鐵芯是為了增大鐵芯中的電阻 阻斷渦流電路 減少電能轉化為鐵芯的內能 提高變壓器的效率 B錯 金屬探測器原理是它本身產生高頻磁場 靠近金屬塊時 物塊內會形成渦流 渦流的磁場對原磁場會有一定的影響 從而能夠檢測 C對 電表用鋁框做線圈骨架 目的是在指針擺動時 鋁框擺動 在鋁框內形成渦流 指針機械能轉化為電能會很快停止擺動 利用了渦流的阻尼作用 D對