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1、六、自感現象渦流學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道什么是自感現象，了解自感系數與渦流(重點)2理解影響自感系數大小的因素(重點)3知道利用自感現象和渦流的實例，知道自感現象與渦流危害的避免方法(難點)4了解日光燈、電磁爐等家用電器的工作原理(難點)一、自感現象及電感器1自感現象線圈中通交流時，由于線圈自身電流的變化，引起磁通量的變化，也會在它自身激發(fā)感應電動勢，這個電動勢叫做自感電動勢，這種現象叫做自感現象2自感的作用阻礙電路中電流的變化3電感器：電路中的線圈叫做電感器4描述電感器性能的物理量：自感系數，簡稱自感決定線圈自感系數的因素：線圈的大小、匝數、線圈中是否有鐵芯有鐵芯時的自感系數比沒
2、有鐵芯時大得多5電感器的電路作用：由于線圈中的自感電動勢總是阻礙電流的變化因此，電感器對交流有阻礙作用二、渦流及其應用1定義：只要在空間有變化的磁通量，其中的導體就會產生感應電流，我們把這種感應電流叫做渦流2應用：渦流通過電阻時可以生熱，金屬探測器和電磁爐就利用了渦流但在電動機、變壓器中渦流是有害的1思考判斷(1)線圈中電流增大時，線圈的自感系數增大()(2)線圈中電流減小時，自感現象阻礙電流的減小()(3)線圈匝數越多，對電流變化的阻礙作用就越大()(4)渦流是可以利用的()(5)變壓器中的渦流是有害的()(6)冶煉金屬中的渦流也是有害的()2關于線圈的自感系數大小的下列說法中，正確的是()
3、A通過線圈的電流越大，自感系數也越大B線圈中的電流變化越快，自感系數也越大C插有鐵芯時線圈的自感系數會變大D線圈的自感系數與電流的大小、電流變化的快慢、是否有鐵芯等都無關C自感系數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，而且有鐵芯時比無鐵芯時自感系數要大3以下器件利用渦流的有()A電飯鍋B電熱水器C電磁爐D微波爐C電飯鍋與電熱水器利用電流的熱效應加熱，微波爐是利用微波在食物中引起水分子振動加熱，只有C項中電磁爐利用渦流4(多選)如圖所示的電路中，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中正確的是()A合上開關S接通電路時，A2先亮，A1后亮，最后一樣亮B合
4、上開關S接通電路時，A1和A2始終一樣亮C斷開開關S切斷電路時，A1立即熄滅，A2過一會兒才熄滅D斷開開關S切斷電路時，A1和A2都要過一會兒才熄滅AD合上開關S，A2支路電流立即達到最大，而A1支路由于自感線圈對電流的變化起阻礙作用，所以電流只能逐漸增大，穩(wěn)定后，由于L無電阻，所以最后兩燈同樣亮，A正確；斷開時，L為電源，兩燈串聯(lián)，所以A1、A2都要過一會兒才熄滅，D正確自感現象的理解和電感器的特點1.電感器的特點由于恒定直流的大小不變，通過電感器的磁通量不變，無自感電動勢因此，電感器對恒定直流無阻礙作用，故電感器有“通直流，阻交流”的特點2自感現象的實質自感現象遵循法拉第電磁感應定律自感是
5、由自身電流變化而產生的電磁感應現象而前面所學變壓器是由于另外線圈中電流變化，進而磁場、磁通量變化而在該線圈回路中產生電磁感應的現象，因此又叫互感現象3自感的作用阻礙電流的變化，應理解為自感僅僅是減緩了原電流的變化，而不會阻止原電流的變化或逆轉原電流的變化4通電自感和斷電自感通電自感斷電自感電路圖電路準備燈A1、A2規(guī)格完全相同，閉合S，調節(jié)R使A1、A2亮度相同，再斷開S線圈L的自感較大，閉合S，使燈A發(fā)光實驗現象S重新閉合，燈A2立刻正常發(fā)光，燈A1逐漸亮起來S斷開時，燈A過一會兒才熄滅原因S閉合時，電流從零開始增加，穿過L的磁通量逐漸增加，產生的感應電動勢與L中原電流方向相反，阻礙L中電流
6、增加，推遲了電流達正常值的時間S斷開時，L中電流突然減弱，穿過L的磁通量減少，L中產生與原電流方向相同的感應電動勢，阻礙電流的減小，這時，L與A構成閉合回路，燈A會閃亮一下后再緩慢熄滅(線圈L的電阻小于燈泡A的電阻)【例1】(多選)如圖所示，電路甲、乙中電阻R和自感線圈L的電阻都很小閉合開關S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則()A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，然后漸漸變暗思路點撥：解此題的關鍵有兩點：自感線圈在電路中的位置及作用燈泡瞬間變更亮的條件AD甲圖中，燈A與線圈L
7、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的自感作用，回路中電流在IL的基礎上減小，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D正確(1)對通電自感要注意電感線圈對電流由無到有的阻礙作用；(2)對斷電自感要注意分析斷開開關后由包括電感線圈(相當于一個電源)所形成的新的閉合回路以及由于線圈自感作用所產生的感應電流的方向與原來電流方向的關系；(3)斷電時燈泡是否閃亮，決定于原電流大
8、小與自感電流大小的關系1(多選)下列說法正確的是()A當線圈中電流不變時，線圈中沒有自感電動勢B當線圈中電流不變時，線圈中自感電動勢的方向不變C當線圈中電流增大時，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AC線圈中電流不變時，自身電流產生的磁場的磁通量不變，線圈中不可能產生自感電動勢，選項A正確，選項B錯誤；當線圈中電流增大時，電流產生的磁場的磁通量增大，根據楞次定律和右手定則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錯誤對渦流的理解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時，金屬塊內將
9、產生感應電流，這種電流在金屬塊內自成閉合回路，很像水的漩渦，故叫渦電流，簡稱渦流渦流常常很強2渦流的減小方法在各種電機和變壓器中，為了減少渦流的損失，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3渦流的利用冶煉金屬的高頻感應爐就是利用強大的渦流使金屬盡快熔化電學測量儀表的指針快速停止擺動也是利用鋁框在磁場中轉動產生的渦流【例2】(多選)如圖所示為高頻焊接原理示意圖，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產生大量焦耳熱，將焊縫熔化焊接，要使焊接處產生的熱量較大可采用()A增大交變電流的電壓B增大交變電流的頻率C增大焊接縫的接觸電阻D減小焊接縫的接觸電阻ABC交變電流頻率越高、電壓越大
10、，產生的磁場變化越快在工件中引起的感應電動勢越大，感應電流就越大，產生的熱量越大，A、B正確焊接縫接觸電阻越大，相同電流下，在此處產生的熱量越大，越容易熔化焊接(1)渦流是整塊導體發(fā)生的電磁感應現象，同樣遵循法拉第電磁感應定律(2)磁場變化越快(越大)，導體的截面積S越大，導體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大2如圖所示是冶煉金屬的高頻感應爐的示意圖冶煉爐內裝入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這時被冶煉的金屬就能被熔化這種冶煉方法速度快，溫度容易控制，并能避免有害雜質混入被冶煉的金屬中，因此適于冶煉特種金屬，該爐的加熱原理()A利用線圈中電流產生的焦耳熱B利用紅外線C利用交變電流的交變磁場
11、在爐內金屬中產生的渦流D利用交變電流的交變磁場所激發(fā)的電磁波C利用交變電流產生的交變磁場在引起爐內金屬截面的磁通量變化時，使金屬中產生感應電流，因整塊金屬的電阻相當小，所以感應電流很強，它在金屬內自成回路流動時，形成漩渦狀的電流，即渦流，渦流產生大量的焦耳熱使爐內溫度升高，金屬熔化，故選C.當然線圈中也因有交變電流會產生一定的焦耳熱，但它是相當少的，根本不可能使爐內溫度高到使金屬熔化的程度，故A錯誤1金屬探測器已經廣泛應用于安檢場所，關于金屬探測器的論述正確的是()A金屬探測器可用于食品生產，防止細小的砂石顆?；烊胧称分蠦金屬探測器探測地雷時，探測器的線圈中產生渦流C金屬探測器探測金屬時，被測
12、金屬中感應出渦流D探測過程中金屬探測器與被測物體相對靜止與相對運動探測效果相同C金屬探測器只能探測金屬，不能用于食品生產，防止細小的砂石顆?；烊胧称分?，故A錯誤；金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應出渦流，故B錯誤，C正確；探測過程中金屬探測器應與被測物體相對運動，相對靜止時無法得出探測效果，故D錯誤2如圖所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一底鐵鍋水和一玻璃杯水給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是()A恒定電流、小鐵鍋B恒定電流、玻璃杯C變化的電流、小鐵鍋D變化的電流、玻璃杯C通入恒定電流時，所產生的磁場不變，不會產生感應電流，通入變化的電流，所
13、產生的磁場發(fā)生變化，鐵鍋是導體，在導體內產生渦流，電能轉化為內能，使水溫升高；渦流是由變化的磁通量在導體內產生的，所以玻璃杯中的水不會升溫3如圖所示，L為自感系數較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光，當斷開開關S的瞬間會有()A燈A立即熄滅B燈A慢慢熄滅C燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅D無法判定A當開關S斷開時，由于通過電感線圈的電流從有變到零，線圈將產生自感電動勢，但由于線圈L與燈A串聯(lián)，在S斷開后，不能形成閉合回路，因此燈A在開關斷開后，電源供給的電流為零，燈立即熄滅因此正確選項為A.4如圖所示，電感線圈L的直流電阻為RL、小燈泡的電阻為R，小量程電流表G1、G2的內阻不計，當開關S閉合且穩(wěn)定
14、后，G1、G2的指針均向右偏(電流表的零刻度在表盤中央)，則當開關S斷開時，下列說法正確的是()AG1、G2的指針都立即回到零點BG1緩慢回到零點，G2立即左偏，然后緩慢回到零點CG1立即回到零點，G2緩慢回到零點DG2立即回到零點，G1緩慢回到零點BS閉合且穩(wěn)定時，通過含電流表G1、G2的兩條支路的電流均由左向右，斷開S，L中產生自感電動勢，由“增反減同”可知，自感電動勢E自的方向一定與原電流方向相同，顯然，斷開S后，在E自的作用下，題圖回路中將繼續(xù)形成沿順時針方向的電流，這時流經含有電流表G2支路的電流方向已變?yōu)橛捎蚁蜃罅擞捎谶@段時間E自是逐漸減小的，故電流也是逐漸減小的，綜上所述選B.- 8 -
2019-2020學年高中物理 第3章 6 自感現象 渦流學案 新人教版選修1-1
