2020_2021学年新教材高中物理第2章电磁感应及其应用3自感现象与涡流课件鲁科版选择性必修第二册202106262118.ppt
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1、第3节自感现象与涡流一、自感现象和自感电动势一、自感现象和自感电动势1.1.自感现象:由线圈自感现象:由线圈_变化所产生的电磁感应现象。变化所产生的电磁感应现象。2.2.自感电动势:自感电动势:(1)(1)定义:由线圈定义:由线圈_变化所产生的感应电动势。变化所产生的感应电动势。(2)(2)特点:总是阻碍线圈中原电流的特点:总是阻碍线圈中原电流的_。必备知识必备知识素养奠基素养奠基自身的电流自身的电流自身电流自身电流变化变化二、自感电动势与自感系数二、自感电动势与自感系数自感自感电动电动势势方向方向原原电电流增大流增大时时,与原,与原电电流方向流方向_;原;原电电流减小流减小时时,与原与原电电
2、流方向流方向_作用作用阻碍自身阻碍自身电电流流_大小大小E=L E=L ,与,与_成正比成正比自感自感系数系数物理物理意意义义表征表征产产生生_本本领领的大小的大小大小决大小决定因素定因素线线圈的形状、圈的形状、_、_、匝数等、匝数等单单位位(1)(1)亨亨(H)(H)、_、_(2)1 H=_(2)1 H=_(3)1 mH=_ H(3)1 mH=_ H1 1 H=_ HH=_ H相反相反相同相同发生变化发生变化电流变化率电流变化率自感电动势自感电动势横截面积横截面积长短长短毫亨毫亨(mH)(mH)微亨微亨(H)(H)1 Vs/A1 Vs/A1010-3-31010-6-6三、涡流及其应用三、涡
3、流及其应用1.1.涡流定义:将整块金属放在变化的磁场中,穿过金属块的磁通量涡流定义:将整块金属放在变化的磁场中,穿过金属块的磁通量_,金属块内部就会产生旋涡状的感应电流。金属块内部就会产生旋涡状的感应电流。2.2.涡流的应用涡流的应用电磁炉:电磁炉:(1)(1)工作原理:利用工作原理:利用_原理制成的。原理制成的。(2)(2)优点:优点:_高;无烟火,无毒气、废气,被称为高;无烟火,无毒气、废气,被称为“_”_”;只对铁;只对铁质锅具加热,炉体本身不发热。质锅具加热,炉体本身不发热。发生变化发生变化涡流涡流热效率热效率绿色炉具绿色炉具3.3.下列属于涡流的应用的是下列属于涡流的应用的是_,属于
4、涡流的防止的是,属于涡流的防止的是_。电磁炉加热食物电磁炉加热食物变压器硅钢片的铁芯发热变压器硅钢片的铁芯发热真空冶炼炉高温加热真空冶炼炉高温加热金属探测器探测金属金属探测器探测金属电动机、发电机的铁芯发热电动机、发电机的铁芯发热关键能力关键能力素养形成素养形成一对自感现象的理解一对自感现象的理解1.1.自感现象的原理:当导体线圈中的电流发生变化时,电流产生的磁场也随之自感现象的原理:当导体线圈中的电流发生变化时,电流产生的磁场也随之变化,引起线圈中磁通量发生变化,由法拉第电磁感应定律可知,线圈会产生变化,引起线圈中磁通量发生变化,由法拉第电磁感应定律可知,线圈会产生阻碍自身电流变化的自感电动
5、势。阻碍自身电流变化的自感电动势。2.2.对自感电动势的理解:对自感电动势的理解:(1)(1)作用:阻碍原电流的变化。阻碍不是阻止,原电流仍在变化,只是使原电流作用:阻碍原电流的变化。阻碍不是阻止,原电流仍在变化,只是使原电流的变化时间变长,即总是起着推迟电流变化的作用。的变化时间变长,即总是起着推迟电流变化的作用。(2)(2)方向:总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化,有方向:总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化,有“增反减同增反减同”的特的特点。点。当原电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反。当原电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反。当原电流减小时,自感电动势的方向与原电流方
6、向相同。当原电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同。(3)(3)大小:由电流变化的快慢大小:由电流变化的快慢(即电流的变化率即电流的变化率)和线圈的自身结构和线圈的自身结构(自感系数自感系数)共同决定,即共同决定,即E=L E=L 。3.3.自感现象的三个状态:自感现象的三个状态:(1)(1)通电瞬间状态:通电瞬间自感线圈相当于一个阻值无穷大的电阻,其所在的通电瞬间状态:通电瞬间自感线圈相当于一个阻值无穷大的电阻,其所在的支路相当于断路。支路相当于断路。(2)(2)通电稳定状态:电路中电流稳定后,自感线圈相当于一段理想导线或纯电阻。通电稳定状态:电路中电流稳定后,自感线圈相当于一段理想导
7、线或纯电阻。(3)(3)断电瞬间状态:电路刚断开瞬间,自感线圈相当于一个电源,对能够与它组断电瞬间状态:电路刚断开瞬间,自感线圈相当于一个电源,对能够与它组成闭合回路的用电器供电,并且刚断开电路的瞬间通过自感线圈的电流大小和成闭合回路的用电器供电,并且刚断开电路的瞬间通过自感线圈的电流大小和方向与电路稳定时通过自感线圈的电流大小和方向相同。方向与电路稳定时通过自感线圈的电流大小和方向相同。4.4.自感现象的分析:自感现象的分析:与与线线圈串圈串联联的灯泡的灯泡与与线线圈并圈并联联的灯泡的灯泡电电路路图图 通通电时电时电电流逐流逐渐渐增大,灯泡逐增大,灯泡逐渐变渐变亮亮电电流突然流突然变变大,然
8、后逐大,然后逐渐渐减小达到减小达到稳稳定定断断电时电时电电流逐流逐渐渐减小减小灯泡逐灯泡逐渐变渐变暗暗电电流方向不流方向不变变电电路中路中稳态电稳态电流流为为I I1 1、I I2 2若若I I2 2II1 1,灯泡逐,灯泡逐渐变渐变暗暗若若I I2 2II1 1,灯炮,灯炮闪闪亮后逐亮后逐渐变渐变暗暗两种情况灯泡两种情况灯泡电电流方向均改流方向均改变变【思考思考讨论讨论】如图所示,用导线制作精密仪器时,为防止自感现象的产生,往往采用双线绕如图所示,用导线制作精密仪器时,为防止自感现象的产生,往往采用双线绕法。法。请分析这样做的原因是什么?请分析这样做的原因是什么?(科学思维科学思维)提示:提
9、示:如图所示,由于平行导线中的电流方向相反,产生的磁场相互抵消,从如图所示,由于平行导线中的电流方向相反,产生的磁场相互抵消,从而使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度。而使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度。【典例示范典例示范】在如图所示的电路中,在如图所示的电路中,L L为电阻很小的线圈,为电阻很小的线圈,G G1 1和和G G2 2为零刻度线在表盘中央的两为零刻度线在表盘中央的两个相同的电流表。当开关个相同的电流表。当开关S S闭合时,电流表闭合时,电流表G G1 1、G G2 2的指针都偏向右方,那么当断的指针都偏向右方,那么当断开开关开开关S S时,将出现的现象是时,将出现的现象是()
10、A.GA.G1 1和和G G2 2的指针都立即回到零点的指针都立即回到零点B.GB.G1 1的指针立即回到零点,而的指针立即回到零点,而G G2 2的指针缓慢地回到零点的指针缓慢地回到零点C.GC.G1 1的指针缓慢地回到零点,而的指针缓慢地回到零点,而G G2 2的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点点D.GD.G2 2的指针缓慢地回到零点,而的指针缓慢地回到零点,而G G1 1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点点【解题探究解题探究】(1)(1)当开关当开关S S闭合时,电流表闭合时,电流表G G1 1、G
11、G2 2的指针都偏向右方说明什么?的指针都偏向右方说明什么?提示:提示:电流表指针向电流流进的方向偏转。电流表指针向电流流进的方向偏转。(2)(2)线圈中产生的自感电动势对原电流有什么作用?线圈中产生的自感电动势对原电流有什么作用?提示:提示:阻碍与其串联的电路中的原电流的变化。阻碍与其串联的电路中的原电流的变化。【解析解析】选选D D。当开关断开时,通过线圈的电流变小,导致线圈中产生瞬间感应。当开关断开时,通过线圈的电流变小,导致线圈中产生瞬间感应电动势,从而阻碍电流的变小,所以使得电动势,从而阻碍电流的变小,所以使得G G2 2的指针缓慢地回到零点,而的指针缓慢地回到零点,而G G1 1的
12、指的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点。故针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点。故A A、B B、C C错误,错误,D D正确。正确。【规律方法规律方法】判断电流表偏转方向的方法判断电流表偏转方向的方法(1)(1)根据题目判断电流表指针与电流流向之间的关系。根据题目判断电流表指针与电流流向之间的关系。(2)(2)根据自感电动势的阻碍作用判断瞬时电源的正负极,进而判断电流表的偏转根据自感电动势的阻碍作用判断瞬时电源的正负极,进而判断电流表的偏转方向。方向。【素养训练素养训练】1.1.如图所示电路中,电源内阻和线圈如图所示电路中,电源内阻和线圈L L的电阻均不计,的电阻均不计,K K合上前,电
13、路中的电流合上前,电路中的电流I=I=。合上。合上K K瞬间,线圈中的自感电动势瞬间,线圈中的自感电动势()A.A.有阻碍电流的作用,最后电流总小于有阻碍电流的作用,最后电流总小于I IB.B.有阻碍电流的作用,最后电流总小于有阻碍电流的作用,最后电流总小于2I2IC.C.有阻碍电流增大的作用,电流保持有阻碍电流增大的作用,电流保持I I不变不变D.D.有阻碍电流增大的作用,但最后电流还是要增大到有阻碍电流增大的作用,但最后电流还是要增大到2I2I【解析解析】选选D D。当。当K K闭合时,电阻闭合时,电阻R R被短路,导致电流增大,线圈中出现自感电动被短路,导致电流增大,线圈中出现自感电动势
14、,从而阻碍电流的增大,因电阻减一半,根据闭合电路欧姆定律可知,电流势,从而阻碍电流的增大,因电阻减一半,根据闭合电路欧姆定律可知,电流要增大到要增大到2I2I,故,故A A、B B、C C错误,错误,D D正确。正确。2.2.如图所示,灯泡如图所示,灯泡A A、B B与定值电阻的阻值均为与定值电阻的阻值均为R R,L L是自感系数较大的线圈,当是自感系数较大的线圈,当S S1 1闭合、闭合、S S2 2断开且电路稳定时,断开且电路稳定时,A A、B B两灯亮度相同,再闭合两灯亮度相同,再闭合S S2 2,待电路稳定后将,待电路稳定后将S S1 1断开,下列说法正确的是断开,下列说法正确的是()
15、A.BA.B灯立即熄灭灯立即熄灭B.AB.A灯将比原来更亮一下后熄灭灯将比原来更亮一下后熄灭C.C.有电流通过有电流通过B B灯,方向为灯,方向为babaD.D.有电流通过有电流通过A A灯,方向为灯,方向为cdcd【解析解析】选选C C。S S1 1闭合、闭合、S S2 2断开且电路稳定时两灯亮度相同,说明断开且电路稳定时两灯亮度相同,说明L L的直流电阻的直流电阻亦为亦为R R。闭合。闭合S S2 2后,后,L L与与B B灯并联,灯并联,R R与与A A灯并联,它们的电流均相等。当断开灯并联,它们的电流均相等。当断开S S1 1后,后,L L将阻碍自身电流的减小,即该电流还会维持一段时间
16、,在这段时间里,因将阻碍自身电流的减小,即该电流还会维持一段时间,在这段时间里,因S S2 2闭闭合,电流不可能经过合,电流不可能经过A A灯和灯和R R,A A灯立即熄灭,只能通过灯立即熄灭,只能通过B B灯形成灯形成cbBaLccbBaLc的电流,由于自感形成的电流是在的电流,由于自感形成的电流是在L L原来电流的基础上逐渐减原来电流的基础上逐渐减小的,并没有超过小的,并没有超过B B灯原来电流,故灯原来电流,故B B灯虽推迟一会熄灭,但不会比原来更亮,灯虽推迟一会熄灭,但不会比原来更亮,故故C C正确,正确,A A、B B、D D错误。错误。【补偿训练补偿训练】1.1.关于自感现象,下列
17、说法正确的是关于自感现象,下列说法正确的是()A.A.线圈中产生的自感电动势较大,其自感系数一定较大线圈中产生的自感电动势较大,其自感系数一定较大B.B.对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈的自感系数也较大对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈的自感系数也较大C.C.对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势越大对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势越大D.D.对于同一线圈,当电流的变化率越大时,线圈中产生的自感电动势就越大对于同一线圈,当电流的变化率越大时,线圈中产生的自感电动势就越大【解析解析】选选D D。线圈中产生的自感电动势。线圈中产生的自感电动势E E与两方
18、面的因素有关:一是线圈中电与两方面的因素有关:一是线圈中电流的变化率,二是线圈的自感系数,流的变化率,二是线圈的自感系数,A A项错误;对于同一线圈,其自感系数是一项错误;对于同一线圈,其自感系数是一定的,与线圈中有无电流及电流变化的快慢没有关系,定的,与线圈中有无电流及电流变化的快慢没有关系,B B项错误;在自感系数一项错误;在自感系数一定的情况下,自感电动势的大小只与线圈中电流的变化率成正比,而与电流的定的情况下,自感电动势的大小只与线圈中电流的变化率成正比,而与电流的变化量的大小无关,变化量的大小无关,C C项错误,项错误,D D项正确。项正确。2.(2.(多选多选)如图所示,如图所示,
19、L L是一个纯电感线圈,是一个纯电感线圈,R R为一个灯泡,为一个灯泡,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.A.开关开关S S闭合瞬间和断开瞬间,灯泡中都有从闭合瞬间和断开瞬间,灯泡中都有从a a到到b b的电流的电流通过通过B.B.开关开关S S闭合瞬间,灯泡中有从闭合瞬间,灯泡中有从a a到到b b的电流通过,断开瞬间则为从的电流通过,断开瞬间则为从b b到到a aC.C.开关开关S S闭合瞬间,灯泡中有从闭合瞬间,灯泡中有从a a到到b b的电流通过,断开瞬间则没有电流通过的电流通过,断开瞬间则没有电流通过D.D.开关开关S S闭合和断开瞬间,灯泡中都有电流通过闭合和断开瞬间,灯
20、泡中都有电流通过【解析解析】选选B B、D D。开关。开关S S接通瞬间,接通瞬间,L L相当于断路,有电流通过灯泡,电流方向相当于断路,有电流通过灯泡,电流方向由由a a到到b b;而断开瞬间,;而断开瞬间,L L相当于电源,给灯泡供电,电流方向是从相当于电源,给灯泡供电,电流方向是从b b到到a a,故,故A A、C C错误,错误,B B、D D正确。正确。二断电自感和通电自感二断电自感和通电自感1.1.断电自感:断电自感:实验电实验电路路 实验实验要求要求电电路路稳稳定定时时L L1 1、L L2 2亮度相同亮度相同 I IL L L L1 1猛然亮一下再逐猛然亮一下再逐渐渐熄熄灭灭L
21、L2 2立立刻熄刻熄灭灭R R0 0为纯电为纯电阻,不阻,不产产生自感生自感现现象,象,L L2 2立即熄立即熄灭灭。L L为为自感系数自感系数较较大大的的线线圈,断开圈,断开S S后,后,L L中中产产生自感生自感电动势电动势,与,与L L1 1组组成成闭闭合回路,合回路,线线圈中的圈中的电电流在原来流在原来电电流流值值基基础础上上逐逐渐渐减小减小 I IL L=L L1 1由原来亮度逐由原来亮度逐渐渐熄熄灭灭 I IL L L L1 1先立即先立即变变暗一些再逐暗一些再逐渐渐熄熄灭灭2.2.通电自感:通电自感:实验电实验电路路 实验实验要求要求电电路路稳稳定定时时L L1 1、L L2 2
22、亮度相同亮度相同S S闭闭合的瞬合的瞬间间L L1 1先亮先亮由于由于L L1 1支路支路为纯电为纯电阻阻电电路,不路,不产产生自感生自感现现象象L L2 2逐逐渐变渐变亮,最后与亮,最后与L L1 1一一样样亮亮由于由于L L的自感作用阻碍的自感作用阻碍L L2 2支路支路电电流流增大,出增大,出现现“延延迟迟”现现象象【思考思考讨论讨论】电焊时,焊条和金属工件分别用导线通过电焊机与电源连接。先把焊条与被焊电焊时,焊条和金属工件分别用导线通过电焊机与电源连接。先把焊条与被焊的工件短暂接触,然后迅速提起,与工件保持的工件短暂接触,然后迅速提起,与工件保持4 45 mm5 mm的距离,如图所示。
23、焊接的距离,如图所示。焊接处就可以熔为一体了。处就可以熔为一体了。(1)(1)焊条与被焊的工件短暂接触,然后迅速提起的原因是什么?焊条与被焊的工件短暂接触,然后迅速提起的原因是什么?(科学思维科学思维)提示:提示:断电自感,产生瞬时高压断电自感,产生瞬时高压。(2)(2)焊条与工件的间距不能太大的原因是什么?焊条与工件的间距不能太大的原因是什么?(科学思维科学思维)提示:提示:焊条和工件之间的间距太大,电场太弱不能产生电弧火花。焊条和工件之间的间距太大,电场太弱不能产生电弧火花。【典例示范典例示范】如图所示的电路中,如图所示的电路中,两支路的电阻相等两支路的电阻相等,流过电流表,流过电流表A
24、A1 1的电流强度为的电流强度为I I1 1,流过,流过电流表电流表A A2 2的电流强度为的电流强度为I I2 2,则在,则在接通开关接通开关S S和断开开关和断开开关S S的瞬间的瞬间,观察到的现象,观察到的现象是是()()A.A.接通接通S S的瞬间,的瞬间,I I1 1III2 2B.B.接通接通S S的瞬间,的瞬间,I I1 1II2 2;断开;断开S S的瞬间,的瞬间,I I1 1=I=I2 2C.C.接通接通S S的瞬间,的瞬间,I I1 1=I=I2 2;断开;断开S S的瞬间,的瞬间,I I1 1III2 2;断开;断开S S的瞬间,的瞬间,I I1 1=I=I2 2【审题关
25、键审题关键】序号序号信息提取信息提取电电路路稳稳定之后两支路的定之后两支路的电电流相等流相等自感自感现现象阻碍象阻碍电电流的流的变变化化【解析解析】选选B B。接通电路瞬间,由于电流表。接通电路瞬间,由于电流表A A1 1支路电感线圈的存在,阻碍电流的支路电感线圈的存在,阻碍电流的增大,所以增大,所以I I1 1缓慢变大到最大,而电流表缓慢变大到最大,而电流表A A2 2的支路为纯电阻,所以的支路为纯电阻,所以I I2 2立即达到最立即达到最大;又因为两支路电阻相等,且是并联,电压相等,所以最大电流相等,可以大;又因为两支路电阻相等,且是并联,电压相等,所以最大电流相等,可以得出接通瞬间得出接
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