高中物理 3.6 自感现象 涡流学案 新人教版选修1-1

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1、3.6自感现象涡流[学习目标定位] 1.了解什么是自感现象、自感系数和涡流,知道影响自感系数大小的因素.2.了解自感现象的利用及其危害的防止.3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器工作的自感原理.一、自感现象1.定义:由于线圈本身的电流发生变化引起的磁通量变化,也会在它自身激发感应电动势,这个电动势叫自感电动势.这种现象叫自感现象.2.作用:电路中自感的作用总是阻碍电流的变化.二、电感器1.自感:电路中的线圈叫做电感器,电感器的性能用自感系数表示,简称自感.2.影响自感的因素:线圈越大、匝数越多,它的自感系数越大;有铁芯比没有铁芯时自感系数大得多.3.电感器的作用:电感

2、器对交流有阻碍作用.三、涡流及其应用1.涡流:穿过导体的磁通量变化时,会在导体内部形成涡旋状的感应电流,叫做涡流.2.应用:电磁炉是利用涡流的热效应给物体加热的新型炉灶.金属探测器也是利用涡流工作的.3.防止:很多涡流是有害的,主要是产生热量,浪费电能.变压器的铁芯采用电阻率很大的硅钢片,且硅钢片彼此绝缘,就是为了减小变压器工作时铁芯中的涡流.一、自感现象[问题设计]1.利用已有的器材(直流电源、开关、滑动变阻器、两个相同的灯泡、自感线圈)按图1和图2分别连接好电路.  图1         图2(1)在图1中,先闭合开关,调整变阻器,使两个灯泡亮度相同,然后断开开关

3、.重新闭合开关,在开关闭合瞬间,灯泡A1的亮度变化情况是,灯泡A2的亮度变化情况是.(2)在图2中,先闭合开关,再断开开关时,观察灯泡A的亮度变化情况.答案 (1)逐渐亮起来 立刻正常发光 (2)灯泡A逐渐熄灭或者闪亮一下再逐渐熄灭.2.理论探究:为什么灯泡会出现逐渐变亮或逐渐变暗的现象?答案 图1中,电路接通时,电流由零开始增加,穿过线圈L的磁通量逐渐增加,L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反,阻碍L中电流增加,即推迟了电流达到正常值的时间.图2中,当S断开时,L中的电流突然减弱,穿过L的磁通量逐渐减少,L中产生感应电动势,方向与原电流方向相同,阻碍原电流

4、减小,L相当于一个电源,此时L与A构成闭合回路,故A中还有一段持续电流.若流过A的电流比原电流大,则灯A将闪亮一下再慢慢熄灭.[要点提炼]1.自感:通俗地说,就是“自我感应”.即由于通过导体自身的电流发生变化而引起磁通量变化时,导体自身产生感应电动势的现象.2.通电自感(1)实验现象:S闭合时,A2立即正常发光,A1逐渐亮起来.(2)现象分析:在接通的瞬间,电路中的电流增大,A2立刻亮起来;穿过线圈L的磁通量增加,线圈中产生感应电动势,这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大,不能使电流立即达到最大值,所以A1只能逐渐亮起来.3.断电自感(1)实验现象:断开S时,发现灯泡A

5、逐渐熄灭或者闪亮一下再逐渐熄灭.(2)现象分析:电路断开的瞬间,通电线圈的电流突然减小,穿过线圈的磁通量也很快地减少,线圈中产生了感应电动势,此感应电动势阻碍线圈L电流的减小.由于S断开后,L、A形成闭合回路,L中的电流从IL逐渐减小,流过A的电流突然变为IL,然后再从IL逐渐减小到零,所以若IL小于等于原先流过A的电流,则A逐渐熄灭;若IL大于原先流过A的电流,则A闪亮一下再逐渐熄灭.[延伸思考]如图3所示的电路,L为自感线圈,A是一个灯泡,E是电源,S闭合瞬间与S断开瞬间,通过灯泡的电流方向相同吗?你能解释其中的原因吗?图3答案 当S闭合瞬间通过灯泡的电流方向为a

6、→b,当S断开瞬间通过灯泡的电流方向为b→a.当S断开瞬间,由于电源提供给灯泡A及线圈的电流立即消失,因此线圈要产生一个和原电流方向相同的自感电动势来阻碍原电流减小,所以线圈此时相当于一个电源,产生的自感电流流经A时的方向是b→a.二、电感器[问题设计]自感现象中产生的自感电动势与线圈是否有关?可能与线圈的哪些因素有关?答案 有关,与线圈的长度、大小、匝数及有无铁芯都有关.[要点提炼]1.电感器线路中的线圈叫做电感器,电感器的性能用自感系数来描述,简称自感.2.自感系数线圈的自感系数是由线圈自身的性质决定的,线圈越长、截面越粗、匝数越多、绕制越密,其自感系数就越大;带

7、铁芯的线圈比没有铁芯的线圈自感系数要大得多.3.电感特点:通直流,阻交流.(填“交流”或“直流”)4.应用:日光灯镇流器.5.危害:由于自感现象,在电流很强或高压电路中,切断电源时开关两端会产生电弧,造成对人员、设备的损伤.应采用安全开关,防止产生电弧.三、涡流及其应用[问题设计]1.涡流是如何产生的?涡流的主要作用有哪些?2.电流频率的高低对涡流有什么影响?如何减小涡流?答案 1.涡流是由于导体中的磁通量发生变化而产生的感应电流,主要作用是热效应.2.电流频率越高,涡流越强;减小电流的频率或增大电阻可以减小涡流.[要点提炼]1.涡流:把块状金属放在

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