【金版学案】2014-2015学年高中物理 第六节 自感现象涡流课件 新人教版选修1-1

六、自感现象涡流[自主预习·探新知][知识梳理]一、自感现象及电感器1．自感现象线圈中通交流时，由于线圈自身电流的变化，引起磁通量的变化，也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．自感的作用阻碍电路中电流的变化．3．电感器：电路中的线圈叫做电感器．4．描述电感器性能的物理量：自感系数，简称自感．决定线圈自感系数的因素：线圈的大小、匝数、线圈中是否有铁芯．有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大得多．5．电感器的电路作用：由于线圈中的自感电动势总是阻碍电流的变化．因此，电感器对交流有阻碍作用．二、涡流及其应用1．定义：只要在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：涡流通过电阻时可以生热，金属探测器和电磁炉就利用了涡流．但在电动机、变压器中涡流是有害的．[基础自测]1．思考判断(1)线圈中电流增大时，线圈的自感系数增大．(×)(2)线圈中电流减小时，自感现象阻碍电流的减小．(√)(3)线圈匝数越多，对电流变化的阻碍作用就越大．(√)(4)涡流是可以利用的．(√)(5)变压器中的涡流是有害的．(√)(6)冶炼金属中的涡流也是有害的．(×)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C[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．]3．以下器件利用涡流的有( )A．电饭锅B．电热水器C．电磁炉D．微波炉C[电饭锅与电热水器利用电流的热效应加热，微波炉是利用微波在食物中引起水分子振动加热，所以只有C项中电磁炉利用涡流．]4．(多选)如图3­6­1所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略．下列说法中正确的是( )图3­6­1A．合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮B．合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮C．断开开关S切断电路时，A1立即熄灭，A2过一会儿才熄灭D．断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭AD[合上开关S，A2支路电流立即达到最大，而A1支路由于自感线圈对电流的变化起阻碍作用，所以电流只能逐渐增大，稳定后，由于L无电阻，所以最后两灯同样亮，A正确；断开时，L为电源，两灯串联，所以A1、A2将会同时熄灭，D正确．][合作探究·攻重难]自感现象的理解和电感器的特点1.电感器的特点由于恒定直流的大小不变，通过电感器的磁通量不变，无自感电动势．因此，电感器对恒定直流无阻碍作用，故电感器有“通直流，阻交流”的特点．2．自感现象的实质自感现象遵循法拉第电磁感应定律．自感是由自身电流变化而产生的电磁感应现象．而前面所学变压器是由于另外线圈中电流变化，进而磁场、磁通量变化而在该线圈回路中产生电磁感应的现象，因此又叫互感现象．3．自感的作用阻碍电流的变化，应理解为自感仅仅是减缓了原电流的变化，而不会阻止原电流的变化或逆转原电流的变化．4．通电自感和断电自感(多选)如图3­6­2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3­6­2A ．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 思路点拨：解此题的关键有两点： ①自感线圈在电路中的位置及作用． ②灯泡瞬间变更亮的条件．【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．乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流I L＞I A(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I L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D正确．【答案】AD[针对训练]1．如图3­6­3所示电路中，S是闭合的，此时流过L的电流为I1，流过灯A的电流为I2，且I1<I2，在t1时刻将S断开，那么流过灯泡的电流随时间变化的图象是图中的( )【导学号：41942102】图3­6­3D[S断开前，流过A与L的电流分别为I2、I1，二者方向相同；S断开后，I2立即消失，但由于自感作用，I1不会立即消失，并且A与L构成一回路，A中电流方向反向且由I1逐渐减小至0.]对涡流的理解1.涡流把块状金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的漩涡，故叫涡电流，简称涡流．涡流常常很强．2．涡流的减少在各种电机和变压器中，为了减少涡流的损失，在电机和变压器上通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成的铁芯．3．涡流的利用冶炼金属的高频感应炉就是利用强大的涡流使金属尽快熔化．电学测量仪表的指针快速停止摆动也是利用铝框在磁场中转动产生的涡流．(多选)如图3­6­4所示为高频焊接原理示意图，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接着，要使焊接处产生的热量较大可采用( )图3­6­4A．增大交变电流的电压B．增大交变电流的频率C．增大焊接缝的接触电阻D．减小焊接缝的接触电阻ABC[交变电流频率越高、电压越大，产生的磁场变化越快．在工件中引起的感应电动势越大，感应电流就越大，产生的热量越大，A、B正确．焊接缝接触电阻越大，电压越大，在此处产生的热量越大越容易熔化焊接．]1涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律2磁场变化越快ΔΔ，导体的截面积[针对训练]2．如图3­6­5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( )图3­6­5A．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[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．][当堂达标·固双基]1．金属探测器已经广泛应用于安检场所，关于金属探测器的论述正确的是( )A．金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中B．金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流C．金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流D．探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动探测效果相同C[金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中；故A错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流；故B错误，C正确；探测过程中工作时金属探测器应与被测物体相对运动；相对静止时无法得出探测效果；故D错误；故选：C.]2．如图3­6­6所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小平底铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是( )图3­6­6A．恒定电流、小铁锅B．恒定电流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯C[通入恒定电流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，铁锅是导体，在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁通量在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．]3．如图3­6­7所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有( )【导学号：41942103】图3­6­7A．灯A立即熄灭B．灯A慢慢熄灭C．灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D．无法判定A[当开关S断开时，由于通过电感线圈的电流从有变到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L与灯A串联，在S断开后，不能形成闭合回路，因此灯A在开关断开后，电源供给的电流为零，灯立即熄灭．因此正确选项为A.]4．如图3­6­8所示，电感线圈L的直流电阻为R L、小灯泡的电阻为R，小量程电流表G1、G2的内阻不计，当开关S闭合且稳定后，G1、G2的指针均向右偏(电流表的零刻度在表盘中央)，则当开关S断开时，下列说法正确的是( )图3­6­8A．G1、G2的指针都立即回到零点B．G1缓慢回到零点，G2立即左偏，然后缓慢回到零点C．G1立即回到零点，G2缓慢回到零点D．G2立即回到零点，G1缓慢回到零点B[S闭合且稳定时，通过含电流表G1、G2的两条支路的电流均由左向右，断开S，L中产生自感电动势，由“增反减同”可知，自感电动势E自的方向一定与原电流方向相同，显然，断开S后，在E自的作用下，上图回路中将继续形成沿顺时针方向的电流，这时流经含有电流表G2支路的电流方向已变为由右向左了．由于这段时间E自是逐渐减小的，故电流也是逐渐减小的，综上所述选B.]。

高中物理4.7涡流学案新人教版选修4、7 涡流学习目标【知识与技能】（1）知道涡流是如何产生的（2）知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止涡流【过程与方法】（1）用实验的方法引入新课激发学生的求知欲（2）通过旧知识分析新问题弄清涡流的产生原因（3）利用理论联系实际的方法加深理解涡流【情感、态度与价值观】（1）体验实验的乐趣，引发学生去分析问题，解决问题，提高其学习掌握知识的能力（2）通过理论与实际相结合，提高学习情趣，培养其用理论知识解决实际问题的能力。

教学重点涡流的产生原因和涡流的作用教学难点涡流的产生原因新课教学1、涡流［演示1］涡流生热实验。

当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。

这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流。

导体可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这些线圈中产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流。

由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热，这就是涡流的热效应。

2、电磁阻尼导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。

［演示］如图所示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁能振动较长时间才停下来。

如果在磁铁下端放一固定线圈，磁铁会很快停下来。

上述现象说明了什么？3、电磁驱动磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种现象称为电磁驱动。

4、实例探究涡流的应用【例1】如图所示是高频焊接原理示意图、线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（）A、电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B、电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C、工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D、工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大答案：AD巩固练习1、如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则（）A、铝环的滚动速度将越来越小B、铝环将保持匀速滚动C、铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极D、铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变答案：B2、如图所示，闭合金属环从曲面上 h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（）A、若是匀强磁场，环滚上的高度小于 hB、若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC、若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD、若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h答案：BD3、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（）A、铁B、木C、铜D、铝答案：CD4、如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做______运动、（选填“加速”、“匀速”或“减速”）答案：减速。