【步步高 學案導學設計】高中物理 3.6 自感現(xiàn)象 渦流學案 新人教版選修11.doc

3.6 自感現(xiàn)象 渦流學習目標定位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，也會在它自身激發(fā)感應電動勢，這個電動勢叫自感電動勢這種現(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；有鐵芯比沒有鐵芯時自感系數(shù)大得多3電感器的作用：電感器對交流有阻礙作用三、渦流及其應用1渦流：穿過導體的磁通量變化時，會在導體內(nèi)部形成渦旋狀的感應電流，叫做渦流2應用：電磁爐是利用渦流的熱效應給物體加熱的新型爐灶金屬探測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鐵芯中的渦流.一、自感現(xiàn)象問題設計1利用已有的器材(直流電源、開關、滑動變阻器、兩個相同的燈泡、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，調(diào)整變阻器，使兩個燈泡亮度相同，然后斷開開關重新閉合開關，在開關閉合瞬間，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，再斷開開關時，觀察燈泡a的亮度變化情況答案(1)逐漸亮起來立刻正常發(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，電流由零開始增加，穿過線圈l的磁通量逐漸增加，l中產(chǎn)生的感應電動勢的方向與原來的電流方向相反，阻礙l中電流增加，即推遲了電流達到正常值的時間圖2中，當s斷開時，l中的電流突然減弱，穿過l的磁通量逐漸減少，l中產(chǎn)生感應電動勢，方向與原電流方向相同，阻礙原電流減小，l相當于一個電源，此時l與a構成閉合回路，故a中還有一段持續(xù)電流若流過a的電流比原電流大，則燈a將閃亮一下再慢慢熄滅要點提煉1自感：通俗地說，就是“自我感應”即由于通過導體自身的電流發(fā)生變化而引起磁通量變化時，導體自身產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象2通電自感(1)實驗現(xiàn)象：s閉合時，a2立即正常發(fā)光，a1逐漸亮起來(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；穿過線圈l的磁通量增加，線圈中產(chǎn)生感應電動勢，這個感應電動勢阻礙線圈中電流的增大，不能使電流立即達到最大值，所以a1只能逐漸亮起來3斷電自感(1)實驗現(xiàn)象：斷開s時，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，穿過線圈的磁通量也很快地減少，線圈中產(chǎn)生了感應電動勢，此感應電動勢阻礙線圈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a的電流突然變?yōu)閕l，然后再從il逐漸減小到零，所以若il小于等于原先流過a的電流，則a逐漸熄滅；若il大于原先流過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是一個燈泡，e是電源，s閉合瞬間與s斷開瞬間，通過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s閉合瞬間通過燈泡的電流方向為ab，當s斷開瞬間通過燈泡的電流方向為ba.當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)生一個和原電流方向相同的自感電動勢來阻礙原電流減小，所以線圈此時相當于一個電源，產(chǎn)生的自感電流流經(jīng)a時的方向是ba.二、電感器問題設計自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的自感電動勢與線圈是否有關？可能與線圈的哪些因素有關？答案有關，與線圈的長度、大小、匝數(shù)及有無鐵芯都有關要點提煉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)來描述，簡稱自感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、截面越粗、匝數(shù)越多、繞制越密，其自感系數(shù)就越大；帶鐵芯的線圈比沒有鐵芯的線圈自感系數(shù)要大得多3電感特點：通直流，阻交流(填“交流”或“直流”)4應用：日光燈鎮(zhèn)流器5危害：由于自感現(xiàn)象，在電流很強或高壓電路中，切斷電源時開關兩端會產(chǎn)生電弧，造成對人員、設備的損傷應采用安全開關，防止產(chǎn)生電弧三、渦流及其應用問題設計1渦流是如何產(chǎn)生的？渦流的主要作用有哪些？2電流頻率的高低對渦流有什么影響？如何減小渦流？答案1.渦流是由于導體中的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生的感應電流，主要作用是熱效應2電流頻率越高，渦流越強；減小電流的頻率或增大電阻可以減小渦流要點提煉1渦流：把塊狀金屬放在變化的磁場中，或者讓它在磁場中運動，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應電流，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2渦流的利用：金屬探測器、電磁爐、冶煉金屬的高頻感應爐3渦流的防止：在各種電機和變壓器中，為了減少渦流，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，l1、l2是兩個完全相同的小燈泡，隨著開關s的閉合和斷開，l1、l2的亮度變化情況是(燈絲不會斷)()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s接通，l的自感系數(shù)很大，對電流的阻礙作用較大，l1和l2串聯(lián)后與電源相連，l1和l2同時亮，隨著l中電流的增大，l的直流電阻不計，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s斷開，l2中無電流，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d正確答案d針對訓練如圖5所示，a1和a2是完全相同的燈泡，線圈l的電阻可以忽略，下列說法正確的是()圖5a合上開關s接通電路時，a2先亮，a1后亮，最后一樣亮b合上開關s接通電路時，a1、a2始終一樣亮c斷開開關s切斷電路時，a2立即熄滅，a1過一會才熄滅d斷開開關s切斷電路時，a1、a2都過一會才熄滅答案ad解析閉合開關時，由于自感電動勢的作用，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a正確，選項b錯誤；開關由閉合到斷開，l相當于電源，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c錯誤，選項d正確二、自感現(xiàn)象的理解和應用例2關于線圈中自感電動勢的大小，下列說法中正確的是()a電感一定時，電流變化越大，電動勢越大b電感一定時，電流變化越快，電動勢越大c通過線圈的電流為零的瞬間，電動勢為零d通過線圈的電流為最大值的瞬間，電動勢最大解析對自感電動勢的理解，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勢越大，a項錯，b項對；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，電流的變化率不一定最大，所以c、d項錯答案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，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，感應電流通過焊縫產(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為焊縫處的電阻小d工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻大解析線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，感應電流的大小與感應電動勢有關，電流變化的頻率越高，電流變化得越快，感應電動勢就越大a選項正確工件上焊縫處的電阻大，電流產(chǎn)生的熱量就多，d選項也正確答案ad1(影響自感系數(shù)的因素)下列關于線圈的自感系數(shù)大小的說法中，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、單位長度上的匝數(shù)等，而且有鐵芯時比無鐵芯時自感系數(shù)要大2(自感現(xiàn)象的理解)當線圈中電流改變時，線圈中會產(chǎn)生自感電動勢，自感電動勢方向與原電流方向()a總是相反b總是相同c電流增大時，兩者方向相同d電流減小時，兩者方向相同答案d3(自感現(xiàn)象對電路的影響)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，通過的電流相同；斷開開關s時，a、l、r組成回路，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ilia(因l的電阻很小)；斷開開關s時，由于l的自感作