【步步高 學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)】高中物理 3.6 自感現(xiàn)象 渦流學(xué)案 新人教版選修11.doc

3.6 自感現(xiàn)象 渦流學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解什么是自感現(xiàn)象、自感系數(shù)和渦流，知道影響自感系數(shù)大小的因素.2.了解自感現(xiàn)象的利用及其危害的防止.3.初步了解日光燈、電磁爐等家用電器工作的自感原理一、自感現(xiàn)象1定義：由于線圈本身的電流發(fā)生變化引起的磁通量變化，也會(huì)在它自身激發(fā)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)這種現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象2作用：電路中自感的作用總是阻礙電流的變化二、電感器1自感：電路中的線圈叫做電感器，電感器的性能用自感系數(shù)表示，簡(jiǎn)稱自感2影響自感的因素：線圈越大、匝數(shù)越多，它的自感系數(shù)越大；有鐵芯比沒(méi)有鐵芯時(shí)自感系數(shù)大得多3電感器的作用：電感器對(duì)交流有阻礙作用三、渦流及其應(yīng)用1渦流：穿過(guò)導(dǎo)體的磁通量變化時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部形成渦旋狀的感應(yīng)電流，叫做渦流2應(yīng)用：電磁爐是利用渦流的熱效應(yīng)給物體加熱的新型爐灶金屬探測(cè)器也是利用渦流工作的3防止：很多渦流是有害的，主要是產(chǎn)生熱量，浪費(fèi)電能變壓器的鐵芯采用電阻率很大的硅鋼片，且硅鋼片彼此絕緣，就是為了減小變壓器工作時(shí)鐵芯中的渦流.一、自感現(xiàn)象問(wèn)題設(shè)計(jì)1利用已有的器材(直流電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、兩個(gè)相同的燈泡、自感線圈)按圖1和圖2分別連接好電路圖1圖2(1)在圖1中，先閉合開關(guān)，調(diào)整變阻器，使兩個(gè)燈泡亮度相同，然后斷開開關(guān)重新閉合開關(guān)，在開關(guān)閉合瞬間，燈泡a1的亮度變化情況是 ，燈泡a2的亮度變化情況是 (2)在圖2中，先閉合開關(guān)，再斷開開關(guān)時(shí)，觀察燈泡a的亮度變化情況答案(1)逐漸亮起來(lái)立刻正常發(fā)光(2)燈泡a逐漸熄滅或者閃亮一下再逐漸熄滅2理論探究：為什么燈泡會(huì)出現(xiàn)逐漸變亮或逐漸變暗的現(xiàn)象？答案圖1中，電路接通時(shí)，電流由零開始增加，穿過(guò)線圈l的磁通量逐漸增加，l中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與原來(lái)的電流方向相反，阻礙l中電流增加，即推遲了電流達(dá)到正常值的時(shí)間圖2中，當(dāng)s斷開時(shí)，l中的電流突然減弱，穿過(guò)l的磁通量逐漸減少，l中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，方向與原電流方向相同，阻礙原電流減小，l相當(dāng)于一個(gè)電源，此時(shí)l與a構(gòu)成閉合回路，故a中還有一段持續(xù)電流若流過(guò)a的電流比原電流大，則燈a將閃亮一下再慢慢熄滅要點(diǎn)提煉1自感：通俗地說(shuō)，就是“自我感應(yīng)”即由于通過(guò)導(dǎo)體自身的電流發(fā)生變化而引起磁通量變化時(shí)，導(dǎo)體自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象2通電自感(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：s閉合時(shí)，a2立即正常發(fā)光，a1逐漸亮起來(lái)(2)現(xiàn)象分析：在接通的瞬間，電路中的電流增大，a2立刻亮起來(lái)；穿過(guò)線圈l的磁通量增加，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈中電流的增大，不能使電流立即達(dá)到最大值，所以a1只能逐漸亮起來(lái)3斷電自感(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：斷開s時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡a逐漸熄滅或者閃亮一下再逐漸熄滅(2)現(xiàn)象分析：電路斷開的瞬間，通電線圈的電流突然減小，穿過(guò)線圈的磁通量也很快地減少，線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈l電流的減小由于s斷開后，l、a形成閉合回路，l中的電流從il逐漸減小，流過(guò)a的電流突然變?yōu)閕l，然后再?gòu)膇l逐漸減小到零，所以若il小于等于原先流過(guò)a的電流，則a逐漸熄滅；若il大于原先流過(guò)a的電流，則a閃亮一下再逐漸熄滅延伸思考如圖3所示的電路，l為自感線圈，a是一個(gè)燈泡，e是電源，s閉合瞬間與s斷開瞬間，通過(guò)燈泡的電流方向相同嗎？你能解釋其中的原因嗎？圖3答案當(dāng)s閉合瞬間通過(guò)燈泡的電流方向?yàn)閍b，當(dāng)s斷開瞬間通過(guò)燈泡的電流方向?yàn)閎a.當(dāng)s斷開瞬間，由于電源提供給燈泡a及線圈的電流立即消失，因此線圈要產(chǎn)生一個(gè)和原電流方向相同的自感電動(dòng)勢(shì)來(lái)阻礙原電流減小，所以線圈此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源，產(chǎn)生的自感電流流經(jīng)a時(shí)的方向是ba.二、電感器問(wèn)題設(shè)計(jì)自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與線圈是否有關(guān)？可能與線圈的哪些因素有關(guān)？答案有關(guān)，與線圈的長(zhǎng)度、大小、匝數(shù)及有無(wú)鐵芯都有關(guān)要點(diǎn)提煉1電感器線路中的線圈叫做電感器，電感器的性能用自感系數(shù)來(lái)描述，簡(jiǎn)稱自感2自感系數(shù)線圈的自感系數(shù)是由線圈自身的性質(zhì)決定的，線圈越長(zhǎng)、截面越粗、匝數(shù)越多、繞制越密，其自感系數(shù)就越大；帶鐵芯的線圈比沒(méi)有鐵芯的線圈自感系數(shù)要大得多3電感特點(diǎn)：通直流，阻交流(填“交流”或“直流”)4應(yīng)用：日光燈鎮(zhèn)流器5危害：由于自感現(xiàn)象，在電流很強(qiáng)或高壓電路中，切斷電源時(shí)開關(guān)兩端會(huì)產(chǎn)生電弧，造成對(duì)人員、設(shè)備的損傷應(yīng)采用安全開關(guān)，防止產(chǎn)生電弧三、渦流及其應(yīng)用問(wèn)題設(shè)計(jì)1渦流是如何產(chǎn)生的？渦流的主要作用有哪些？2電流頻率的高低對(duì)渦流有什么影響？如何減小渦流？答案1.渦流是由于導(dǎo)體中的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電流，主要作用是熱效應(yīng)2電流頻率越高，渦流越強(qiáng)；減小電流的頻率或增大電阻可以減小渦流要點(diǎn)提煉1渦流：把塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中，或者讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，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(jiǎn)稱渦流2渦流的利用：金屬探測(cè)器、電磁爐、冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐3渦流的防止：在各種電機(jī)和變壓器中，為了減少渦流，在電機(jī)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一、通電自感和斷電自感現(xiàn)象例1如圖4所示，線圈l的自感系數(shù)很大，且其電阻可以忽略不計(jì)，l1、l2是兩個(gè)完全相同的小燈泡，隨著開關(guān)s的閉合和斷開，l1、l2的亮度變化情況是(燈絲不會(huì)斷)()圖4as閉合，l1亮度不變，l2亮度逐漸變亮，最后兩燈一樣亮；s斷開，l2立即不亮，l1逐漸變亮bs閉合，l1不亮，l2很亮；s斷開，l1、l2立即不亮cs閉合，l1、l2同時(shí)亮，而后l1逐漸熄滅，l2亮度不變；s斷開，l2立即不亮，l1亮一下才滅ds閉合，l1、l2同時(shí)亮，而后l1逐漸熄滅，l2則逐漸變得更亮；s斷開，l2立即不亮，l1亮一下才滅解析當(dāng)s接通，l的自感系數(shù)很大，對(duì)電流的阻礙作用較大，l1和l2串聯(lián)后與電源相連，l1和l2同時(shí)亮，隨著l中電流的增大，l的直流電阻不計(jì)，l的分流作用增大，l1的電流逐漸減小為零，由于總電阻變小，總電流變大，l2的電流增大，l2燈變得更亮當(dāng)s斷開，l2中無(wú)電流，立即熄滅，而線圈l要維持本身的電流不變，l與l1組成閉合電路，l1燈要亮一下后再熄滅，綜上所述，選項(xiàng)d正確答案d針對(duì)訓(xùn)練如圖5所示，a1和a2是完全相同的燈泡，線圈l的電阻可以忽略，下列說(shuō)法正確的是()圖5a合上開關(guān)s接通電路時(shí)，a2先亮，a1后亮，最后一樣亮b合上開關(guān)s接通電路時(shí)，a1、a2始終一樣亮c斷開開關(guān)s切斷電路時(shí)，a2立即熄滅，a1過(guò)一會(huì)才熄滅d斷開開關(guān)s切斷電路時(shí)，a1、a2都過(guò)一會(huì)才熄滅答案ad解析閉合開關(guān)時(shí)，由于自感電動(dòng)勢(shì)的作用，a1電路中的電流只能逐漸增大到與a2中的電流相同，故選項(xiàng)a正確，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；開關(guān)由閉合到斷開，l相當(dāng)于電源，a1、a2、l組成閉合回路，電流由支路a1中的電流逐漸減小，故選項(xiàng)c錯(cuò)誤，選項(xiàng)d正確二、自感現(xiàn)象的理解和應(yīng)用例2關(guān)于線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的大小，下列說(shuō)法中正確的是()a電感一定時(shí)，電流變化越大，電動(dòng)勢(shì)越大b電感一定時(shí)，電流變化越快，電動(dòng)勢(shì)越大c通過(guò)線圈的電流為零的瞬間，電動(dòng)勢(shì)為零d通過(guò)線圈的電流為最大值的瞬間，電動(dòng)勢(shì)最大解析對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)的理解，考查理解能力在電感一定的情況下電流變化越快即變化率越大電動(dòng)勢(shì)越大，a項(xiàng)錯(cuò)，b項(xiàng)對(duì)；電流為零的瞬間，電流的變化率不一定為零，電流的值最大時(shí)，電流的變化率不一定最大，所以c、d項(xiàng)錯(cuò)答案b例3如圖6所示是高頻焊接原理示意圖線圈中通以高頻變化的電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過(guò)焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說(shuō)法正確的是()圖6a電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快b電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快c工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小d工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大解析線圈中通以高頻變化的電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有關(guān)，電流變化的頻率越高，電流變化得越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大a選項(xiàng)正確工件上焊縫處的電阻大，電流產(chǎn)生的熱量就多，d選項(xiàng)也正確答案ad1(影響自感系數(shù)的因素)下列關(guān)于線圈的自感系數(shù)大小的說(shuō)法中，正確的是()a通過(guò)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(shí)線圈的自感系數(shù)會(huì)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(wú)關(guān)答案c解析自感系數(shù)是由電感器本身的因素決定的，包括線圈的大小、單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)等，而且有鐵芯時(shí)比無(wú)鐵芯時(shí)自感系數(shù)要大2(自感現(xiàn)象的理解)當(dāng)線圈中電流改變時(shí)，線圈中會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)方向與原電流方向()a總是相反b總是相同c電流增大時(shí)，兩者方向相同d電流減小時(shí)，兩者方向相同答案d3(自感現(xiàn)象對(duì)電路的影響)如圖7所示，電路甲、乙中電阻r和自感線圈l的電阻都很小接通s，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡a發(fā)光，則()圖7a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，然后漸漸變暗答案ad解析甲圖中，燈a與線圈l在同一支路，通過(guò)的電流相同；斷開開關(guān)s時(shí)，a、l、r組成回路，由于自感作用，l中電流逐漸減小，燈不會(huì)閃亮一下，燈a將逐漸變暗，故a正確乙圖中，電路穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)上支路的電流ilia(因l的電阻很小)；斷開開關(guān)s時(shí)，由于l的自感作