人教版選修11 自感現(xiàn)象 渦流 第1課時 學(xué)案.doc

3.6自感現(xiàn)象渦流教學(xué)目標(biāo)：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)象和渦流的利用及其危害的防止.3.初步了解日光燈、電磁爐等家用電器的工作原理.重點：知道影響自感系數(shù)大小的因素難點：了解自感現(xiàn)象和渦流的利用及其危害的防止.預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)：一、自感現(xiàn)象1.線圈a中電流的變化引起的磁通量的變化，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.電路中自感的作用是阻礙電流的變化.想一想如圖361所示的電路，l為自感線圈，a是一個燈泡，e是電源.當(dāng)s閉合瞬間，通過燈泡的電流方向如何？當(dāng)s切斷瞬間，通過燈泡的電流方向如何？圖361答案當(dāng)s閉合時，通過燈泡的電流方向為ab；當(dāng)s切斷瞬間，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)生一個自感電動勢來阻礙原電流減小，所以線圈此時相當(dāng)于一個電源，產(chǎn)生的自感電流和原電流方向相同，流經(jīng)a時的方向是ba.二、電感器1.線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.線圈越大、匝數(shù)越多，它的自感系數(shù)越大.給線圈中加入鐵芯，自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多.3.交流電通過電感器時，由于線圈中的自感電動勢總是阻礙電流的變化，所以電感器對交流電有阻礙作用.4.在自感系數(shù)很大、電流很強的電路中，切斷電源的瞬間都會產(chǎn)生很大的自感電動勢，使開關(guān)兩端出現(xiàn)很高的電壓，形成電弧.電弧不僅會燒蝕開關(guān)，有時還會危及人員的安全.想一想自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的自感電動勢與線圈是否有關(guān)？可能與線圈的哪些因素有關(guān)？答案有關(guān).與線圈的長度、大小、匝數(shù)及有無鐵芯都有關(guān).三、渦流及其應(yīng)用1.只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流.2.利用渦流的熱效應(yīng)可以制成一種新型爐灶電磁爐.金屬探測器也是利用渦流工作的.3.渦流的熱效應(yīng)在許多場合是有害的.當(dāng)電機、變壓器繞組中通過交流時，在鐵芯中會產(chǎn)生渦流.這會使鐵芯過熱，消耗電能，破壞絕緣.為了減少渦流，鐵芯都用電阻率很大的硅鋼片疊加.想一想電流頻率的高低對渦流有什么影響？如何減小渦流？答案電流頻率越高，渦流越強；減小電流的頻率或增大電阻可減小渦流.課堂講義：一、自感現(xiàn)象及分析1.通電自感的分析(1)電路：如圖362所示.圖362(2)裝置要求及作用：a1、a2規(guī)格相同，r的作用是使燈泡a1、a2亮度相同，r1的作用是使燈泡a1、a2均正常發(fā)光.(3)實驗現(xiàn)象：s合上時，a2立即正常發(fā)光，a1逐漸亮起來，穩(wěn)定后兩燈亮度相同.(4)現(xiàn)象分析：在接通的瞬間，電路的電流增大，a2立刻亮起來；穿過線圈l的磁通量增加，線圈中產(chǎn)生自感電動勢，這個自感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.2.斷電自感的分析(1)電路：如圖363所示.圖363(2)裝置要求：線圈l的電阻較小，目的是接通電路的燈泡正常發(fā)光時，通過線圈的電流il大于通過燈泡的電流ia，即ilia.(3)實驗現(xiàn)象：斷開s時，發(fā)現(xiàn)燈泡a先閃亮一下，過一會兒才熄滅.(4)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(yīng)電動勢，此感應(yīng)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a先閃亮一下，再逐漸熄滅.特別提醒燈泡的亮度由其電功率決定，功率越大，亮度越高.由于pi2r，故增加燈泡兩端的電壓或通電電流，燈泡都會變亮.例1如圖364所示為演示自感現(xiàn)象的實驗電路，下列說法正確的是( )圖364a.當(dāng)閉合開關(guān)s時a1先亮b.當(dāng)閉合開關(guān)s時a2先亮c.當(dāng)斷開開關(guān)s時a1先熄滅d.當(dāng)斷開開關(guān)s時a2先熄滅答案b解析閉合開關(guān)時，由于自感電動勢的阻礙作用，a1電路中的電流只能逐漸增大，所以a2先亮，選項a錯誤，b正確；當(dāng)斷開開關(guān)s時，l相當(dāng)于電源，a1、a2、l、r組成閉合回路，電流由支路a1中的電流逐漸減小，所以a1、a2一起逐漸熄滅，選項c、d錯誤.針對訓(xùn)練1如圖365所示的電路，當(dāng)開關(guān)閉合時，小燈泡將_(選填“逐漸”或“立刻”)變亮.當(dāng)開關(guān)斷開時，小燈泡將_(選填“逐漸”或“立刻”)熄滅.圖365答案逐漸立刻解析閉合開關(guān)時，由于電感器的自感電動勢的阻礙作用，a中的電流只能逐漸增大，即小燈泡逐漸變亮；當(dāng)開關(guān)斷開時，由于小燈泡無法與其它用電器構(gòu)成回路，雖然電感器中有自感電動勢，但是沒有自感電流，所以小燈泡立刻熄滅.二、渦流的利用及防止1.渦流的利用(1)渦流的熱效應(yīng).可以利用渦流來加熱，例如電磁爐和高頻感應(yīng)爐.(2)渦流的阻尼作用(稱為電磁阻尼)，例如在一些電學(xué)測量儀表中，利用電磁阻尼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)渦流探測，如探雷器等.2.渦流的防止要減小渦流，可采用的方法是把整塊鐵芯改成薄片疊壓的鐵芯，增大回路電阻.例如電動機和變壓器的鐵芯都不是整塊金屬.例2關(guān)于電磁爐，下列說法正確的是()a.電磁爐也利用了電磁感應(yīng)原理b.電磁爐可以用陶瓷鍋做飯c.電磁爐是利用渦流的典型例子d.電磁爐工作時，鍋與爐體是相互絕緣的答案acd解析電磁爐的工作原理是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦流的熱效應(yīng)，a正確；電磁爐的鍋應(yīng)是金屬材料，最好是鐵鍋.當(dāng)鐵鍋與爐體絕緣時，鐵鍋內(nèi)的渦流產(chǎn)生大量的熱量，從而加熱食物.b錯誤，c、d正確.針對訓(xùn)練2變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成，而不采用一塊整硅鋼，這是為了()a.增大渦流，提高變壓器的效率b.減小渦流，提高變壓器的效率c.增大渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量d.減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量答案bd解析渦流的主要效應(yīng)之一就是發(fā)熱，而變壓器的鐵芯發(fā)熱，是我們不希望出現(xiàn)的.所以不采用整塊硅鋼，而采用薄硅鋼片疊壓在一起，目的是減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量，進而提高變壓器的效率.故b、d正確.課堂練習(xí)： 對自感現(xiàn)象的理解1.下列說法中正確的是()a.電路中電流越大，自感電動勢越大b.電路中電流變化越大，自感電動勢越大c.線圈中電流均勻增大，線圈的自感系數(shù)也均勻增大d.線圈中的電流為零時，自感電動勢不一定為零答案d解析在自感一定的情況下，電流變化越快，自感電動勢越大，與電流的大小、電流變化的大小沒有必然的關(guān)系，a、b項錯誤；線圈的自感系數(shù)是由線圈本身的性質(zhì)決定的，與線圈的大小、形狀、匝數(shù)、有無鐵芯等有關(guān)，而與線圈的電流的變化率無關(guān)，c項錯誤；線圈中的電流為零時，自感電動勢不一定為零，d正確.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)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)，而且有鐵芯時比無鐵芯時自感系數(shù)要大.電感在電路中的作用3.如圖366所示，l為一純電感線圈(直流電阻不計)，a為一燈泡，下列說法正確的是()圖366a.開關(guān)s接通的瞬間，無電流通過燈泡b.開關(guān)s接通后，電路穩(wěn)定時，無電流通過燈泡c.開關(guān)s斷開的瞬間，無電流通過燈泡d.開關(guān)s接通的瞬間及接通后電路穩(wěn)定時，燈泡中均有從a到b的電流，而在開關(guān)斷開瞬間，燈泡中則有從b到a的電流答案b解析開關(guān)s接通的瞬間，燈泡中的電流從a到b；s接通的瞬間，線圈由于自感作用，通過它的電流逐漸增大.開關(guān)s接通后，電路穩(wěn)定時，純電感線圈對電流無阻礙作用，將燈泡短路，燈泡中無電流通過.開關(guān)s斷開的瞬間，由于線圈的自感作用，線圈中原有向右的電流將逐漸減小，該電流通過燈泡形成回路，故燈泡中有從b到a的瞬間電流.自感現(xiàn)象的應(yīng)用與防止4.日光燈電路主要由鎮(zhèn)流器、啟動器和燈管組成，在日光燈正常工作的情況下()a.燈管點燃發(fā)光后，啟動器中兩個觸片是分離的b.燈管點燃發(fā)光后，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用c.鎮(zhèn)流器起整流作用d.鎮(zhèn)流器給日光燈的開始點燃提供瞬間高壓答案abd解析日光燈在點燃時需要一個瞬時高壓，在啟動器的u形觸片冷卻收縮分離，使電路突然中斷的瞬間，因鎮(zhèn)流器的自感作用產(chǎn)生很高的自感電動勢加在燈絲兩端，使燈管中水銀蒸汽導(dǎo)通，日光燈點燃，當(dāng)日光燈正常發(fā)光時，啟動器中觸片是斷開的，由于交流電不斷通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢總是阻礙其電流的變化，這時鎮(zhèn)流器的作用是降壓、限流，以保證日光燈正常工作.作業(yè)： 題組一、對自感現(xiàn)象的理解1.關(guān)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，電動勢最大答案b解析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項正確；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項錯誤.2.如圖367所示，a、b為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度.兩個相同的磁性小球，同時從a、b管上端的管口無初速度釋放，穿過a管的小球比穿過b管的小球先落到地面.下面對于兩管的描述可能正確的是()圖367a.a管是用塑料制成的，b管是用銅制成的b.a管是用鋁制成的，b管是用膠木制成的c.a管是用膠木制成的，b管是用塑料制成的d.a管是用膠木制成的，b管是用鋁制成的答案ad解析磁性小球穿過金屬圓管過程中，將圓管看作由許多金屬圓環(huán)組成，小球的磁場使每個圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流阻礙磁性小球的下落，小球向下運動的加速度小于重力加速度；小球在塑料、膠木等非金屬材料圓管中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，小球仍然做自由落體運動，穿過塑料、膠木圓管的時間比穿過金屬圓管的時間少.3.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答案ac解析線圈中電流不變時，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.題組二、電感在電路中的作用4.如圖368所示，l為自感系數(shù)很大的線圈，其自身的電阻忽略不計，a、b是完全相同的兩個小燈泡.在t0時刻閉合開關(guān)s，經(jīng)過一段時間t1斷開s.下列表示a、b兩燈泡中電流i隨時間t變化的圖象中，正確的是()圖368答案bd解析電鍵閉合時，由于電感線圈的阻礙作用，流過電感的電流慢慢增大，所以ib慢慢增大，ia慢慢減小，最后穩(wěn)定時電感相當(dāng)于一根導(dǎo)線，ia為0，ib最大；斷開電鍵，原來通過b的電流立即消失，由于電感線圈阻礙自身電流變化，產(chǎn)生與原電流同方向的感應(yīng)電流，此時電感線圈和燈泡a形成回路，流過燈泡a中的電流方向與原來流過燈泡a中的電流方向相反，且電流ia慢慢減小，最后為0，故a、c錯誤，b、d正確.5.如圖369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369a.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(guān)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，b錯誤；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(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c錯誤，d正確.6.如圖3610所示，開關(guān)s閉合且電路達到穩(wěn)定時，小燈泡能正常發(fā)光，則()圖3610a.當(dāng)s閉合瞬間，小燈泡將慢慢變亮b.當(dāng)s閉合瞬間，小燈泡立即變亮c.當(dāng)s斷開瞬間，小燈泡慢慢熄滅d.當(dāng)s斷開瞬間，小燈泡先閃亮一下，再慢慢熄滅答案a解析當(dāng)s閉合瞬間，通過l的電流增大，自感電動勢的方向與原電流方向相反，阻礙電流的增大，故a慢慢變亮；當(dāng)s斷開瞬間，a將立即熄滅，因為s斷開，再無電流回路.7.如圖3611所示，燈la、lb完全相同，帶鐵芯的線圈l的電阻可忽略.則()圖3611a.s閉合瞬間、la、lb同時發(fā)光，接著la變暗，lb更亮，最后la熄滅b.s閉合瞬間，la不亮，lb立即亮c.s閉合瞬間，la、lb都不立即亮d.穩(wěn)定后再斷開s的瞬間，lb熄滅，la比lb(斷開s前)更亮答案a解析s接通的瞬間，l支路中電流從無到有發(fā)生變化，因此，l中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流增加.由于有鐵芯，自感系數(shù)較大，對電流的阻礙作用也就很強，所以s接通的瞬間l中的電流非常小，即干路中的電流幾乎全部流過la.所以la、lb會同時亮.又由于l中電流很快穩(wěn)定，感應(yīng)電動勢很快消失，l的阻值因為很小，所以對la起到“短路”作用，因此，la便熄滅.這里電路的總電阻比剛接通時小，lb會比以前更亮，a正確，b、c錯誤；穩(wěn)定后斷開s瞬間，lb熄滅，la與lb熄滅前一樣亮，d錯誤.8.如圖3612所示，是測定自感系數(shù)很大的線圈l直流電阻的電路，l兩端并聯(lián)一只電壓表，用來測量自感線圈的直流電壓，在測量完畢后，將電路解體時應(yīng)()圖3612a.先斷開s1 b.先斷開s2c.先拆除電流表 d.先拆除電阻r答案b解析s1斷開瞬間，l中產(chǎn)生很大的自感電動勢，若此時s2閉合，則可能將電壓表燒壞，故應(yīng)先斷開s2.題組三、渦流的應(yīng)用及防止9.如圖3613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