高中物理自感现象涡流新人教版选修.pptx

目标导航目标导航1.了解什么是自感现象、自感系数和涡流，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知道影响自感系数大小的因素.(重点难点重点难点)2了解自感现象和涡流的利用及其危害的了解自感现象和涡流的利用及其危害的防止防止.(重点重点)3初步了解日光灯、电磁炉等家用电器的初步了解日光灯、电磁炉等家用电器的工作原理工作原理.新新知知初初探探自自学学导导引引一、自感现象一、自感现象1定义定义:由于导体回路中的电流发生变化而在由于导体回路中的电流发生变化而在自身回路引起的电磁感应现象称为自身回路引起的电磁感应现象称为_2本质：自身电流的变化，导致其自身产生本质：自身电流的变化，导致其自身产生的磁场发生变化，从而使通过自身的磁通量发的磁场发生变化，从而使通过自身的磁通量发生变化，最终产生电磁感应现象生变化，最终产生电磁感应现象自感现象自感现象3.通电自感：如图通电自感：如图361所示，开关闭合所示，开关闭合时我们观察到的现象是：灯泡时我们观察到的现象是：灯泡A1_,灯泡灯泡A2_，这是由于，这是由于_的影响的影响,由此可以判断线圈由此可以判断线圈L的自感电动势的自感电动势_电流的增加电流的增加逐渐变亮逐渐变亮立即变亮立即变亮线圈线圈L阻碍阻碍图图3614断电自感：如图断电自感：如图362所示，开关断开所示，开关断开时，灯泡时，灯泡A_熄灭，这是由于线圈熄灭，这是由于线圈的的_作用，说明自感电动势作用，说明自感电动势_线线圈中电流的减小圈中电流的减小5自感的作用：阻碍电路中自感的作用：阻碍电路中_的变化的变化电流电流图图362没有立即没有立即自感自感阻碍阻碍想一想想一想1断断电电自自感感现现象象中中，灯灯泡泡在在开开关关断断开开后后，仍然亮一会，是否违背能量守恒定律？仍然亮一会，是否违背能量守恒定律？提提示示：不不违违背背断断电电时时，储储存存在在线线圈圈内内的的磁磁场能转化为电能用以维持回路保持一定时间场能转化为电能用以维持回路保持一定时间的电流的电流二、电感器二、电感器1定义：电路中的定义：电路中的_叫做电感器叫做电感器2描述电感器性能的物理量：自感系数，描述电感器性能的物理量：自感系数，简称简称_3决定线圈自感系数的因素决定线圈自感系数的因素:线圈的线圈的_、_、_、线圈中是否有、线圈中是否有_线圈线圈自感自感形状形状长短长短匝数匝数铁芯铁芯线圈越粗、越长，匝数越多，它的自感系数线圈越粗、越长，匝数越多，它的自感系数就就_，另外有铁芯时的自感系数比没，另外有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大有铁芯时大4应用应用:自感现象在我们的生活中有利也有自感现象在我们的生活中有利也有弊弊,利用自感现象，如利用自感现象，如:_；需；需要克服自感现象，如：要克服自感现象，如：_越大越大日光灯镇流器日光灯镇流器断电时产生的电弧断电时产生的电弧三、涡流及其应用三、涡流及其应用1定义：只要空间有变化的磁通量，其中定义：只要空间有变化的磁通量，其中的导体中就会产生的导体中就会产生_，我们把这，我们把这种感应电流叫做涡流种感应电流叫做涡流2应用：涡流通过电阻时可以应用：涡流通过电阻时可以_，金，金属探测器和电磁炉就利用了涡流属探测器和电磁炉就利用了涡流但在电动但在电动机、变压器中涡流是有害的机、变压器中涡流是有害的感应电流感应电流生热生热想一想想一想2互互相相绝绝缘缘的的硅硅钢钢片片叠叠成成的的铁铁芯芯来来代代替替整整块硅钢铁芯就能减小涡流块硅钢铁芯就能减小涡流,请试着说出原因请试着说出原因提提示示：绝绝缘缘硅硅钢钢片片之之间间是是绝绝缘缘的的，能能增增大大回回路中的电阻，并阻断涡流的回路从而减小了路中的电阻，并阻断涡流的回路从而减小了涡流涡流要要点点探探究究讲讲练练互互动动 要点要点1 1自感现象的分析自感现象的分析学案导引学案导引1发生断电自感时，为什么灯泡有时会闪发生断电自感时，为什么灯泡有时会闪一下？一下？2如何判断断电时自感电流的方向？如何判断断电时自感电流的方向？自感电动势总是要阻碍引起自感的电流的变自感电动势总是要阻碍引起自感的电流的变化，就好像感应电流的磁场总是要阻碍引起化，就好像感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化一样自感电动势感应电流的磁通量的变化一样自感电动势阻碍的对象是阻碍的对象是“电流的变化电流的变化”，而不是电流本，而不是电流本身如图身如图363所示，所示，图图363所所以以线线圈圈上上产产生生一一个个b端端为为正正、a端端为为负负的的自自感感电电动动势势，与与灯灯泡泡组组成成abcd回回路路，因因此此流流过过A的的电电流流大大小小由由I2变变成成I1，方方向向由由dc变变成成cd.可见通过可见通过A的电流大小与方向都发生了的电流大小与方向都发生了变化变化特特别别提提醒醒：发发生生断断电电自自感感时时，如如果果要要判判定定电电路路中中的的灯灯泡泡是是否否闪闪亮亮一一下下，方方法法是是判判断断灯灯泡泡中中的的电电流流是是突突然然变变大大，还还是是突突然然变变小小，为为此此要比较原电路中要比较原电路中I1、I2的大小，若的大小，若Rr，I1I2，灯灯泡泡会会闪闪亮亮一一下下再再熄熄灭灭；若若Rr，灯灯泡泡会会逐渐变暗至熄灭逐渐变暗至熄灭 (2012武汉二中高二检测武汉二中高二检测)在如图在如图364所示的电路中，所示的电路中，A1和和A2是完全相同的灯是完全相同的灯泡，线圈泡，线圈L的电阻可忽略，下列说法中正确的电阻可忽略，下列说法中正确的是的是()例例1图图364A合上开关合上开关S接通电路时，接通电路时，A2先亮，先亮，A1后后亮，最后一样亮亮，最后一样亮B.合上开关合上开关S接通电路时，接通电路时，A1和和A2始终一样始终一样亮亮C.断开开关断开开关S切断电路时，切断电路时，A1和和A2都要经过都要经过一会儿才熄灭一会儿才熄灭D.断开开关断开开关S切断电路时，切断电路时，A2立即熄灭，立即熄灭，A1过一会儿才熄灭过一会儿才熄灭【关关键键提提醒醒】分分析析自自感感现现象象的的核核心心问问题题就就是是明明确确自自感感电电动动势势的的作作用用(相相当当于于电电源源还还是是电电阻阻)，并且要弄清电路的整体结构，并且要弄清电路的整体结构【精精讲讲精精析析】要要判判断断灯灯泡泡的的发发光光情情况况，必必须须分分析析在在两两种种情情形形下下流流经经两两灯灯泡泡的的电电流流特特点点.而分析电流特点，首先必须抓住本题的关键而分析电流特点，首先必须抓住本题的关键所所在在，线线圈圈L在在S接接通通和和断断开开时时所所起起的的作作用用，即接通即接通S时，线圈时，线圈L要要“阻碍阻碍”它所在支路电它所在支路电流流的的增增大大，线线圈圈L要要阻阻碍碍电电流流流流过过灯灯泡泡A1，故故A2先先亮亮，A1后后亮亮；选选项项A正正确确，B错错误误；当当开开关关断断开开时时，线线圈圈L产产生生的的自自感感电电动动势势阻阻碍碍电电流流的的减减小小，使使A1所所在在支支路路中中电电流流不不能能立立刻刻减减为为零零，而而这这个个电电流流同同时时流流过过两两个个灯灯泡泡组组成的回路，故选项成的回路，故选项C正确，正确，D错误错误【答案答案】AC变式训练变式训练1.如图如图365所示的电路中，两个电流表所示的电路中，两个电流表G1和和G2的零点都在刻度盘中央，当电流从的零点都在刻度盘中央，当电流从“”接线柱流入时，指针向右摆，当电流从接线柱流入时，指针向右摆，当电流从“”接线柱流入时，指针向左摆，当电路接接线柱流入时，指针向左摆，当电路接通并达到稳定时再断开的瞬间，下列哪个说通并达到稳定时再断开的瞬间，下列哪个说法符合实际法符合实际()图图365AG1指针向左摆，指针向左摆，G2指针向右摆指针向右摆BG1指针向右摆，指针向右摆，G2指针向左摆指针向左摆CG1、G2的指针都向左摆的指针都向左摆DG1、G2的指针都向右摆的指针都向右摆解解析析：选选A.S断断开开的的瞬瞬间间，LRG2G1组组成成了了一一个个新新的的回回路路，新新回回路路的的电电源源是是L，L阻阻碍碍回回路路中中向向右右的的电电流流的的减减小小，所所以以回回路路中中还还有有顺顺时时针的电流针的电流.学案导引学案导引1涡流产生的原因是什么？涡流产生的原因是什么？2高频感应炉是利用的涡流的什么效应？高频感应炉是利用的涡流的什么效应？要点要点2 2对涡流的进一步理解对涡流的进一步理解1涡流的产生涡流的产生把块状金属放在变化的磁场中，或者让它在把块状金属放在变化的磁场中，或者让它在非均匀磁场中运动，金属块内就会产生感应非均匀磁场中运动，金属块内就会产生感应电流，因为金属块本身可自行构成闭合回路电流，因为金属块本身可自行构成闭合回路,且整块金属导体的电阻一般情况下很小，所且整块金属导体的电阻一般情况下很小，所以产生的涡流通常是很强的以产生的涡流通常是很强的2涡流的应用涡流的应用(1)利用涡流的热效应：应用涡流在回路中产利用涡流的热效应：应用涡流在回路中产生的热量冶炼金属的高频感应炉生的热量冶炼金属的高频感应炉(2)利用涡流的磁效应利用涡流的磁效应:电磁阻尼和电磁驱动电磁阻尼和电磁驱动.(3)利用涡流现象的小型装置：在车站、机场利用涡流现象的小型装置：在车站、机场进行安检的探测器，用来探测旅客是否带有进行安检的探测器，用来探测旅客是否带有金属制品，像刀、枪之类的危险物品等金属制品，像刀、枪之类的危险物品等3涡流的危害与防止涡流的危害与防止(1)在各种电机、变压器中，涡流是非常有害在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的，首先它会使铁芯的温度升高，从而危及的，首先它会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废;其次涡流发热要消耗额外的能量，使电机、其次涡流发热要消耗额外的能量，使电机、变压器的效率降低变压器的效率降低(2)为了减小涡流，变压器、电机里的铁芯不为了减小涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成一方面硅钢片的电阻率比一般钢叠合而成一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大，从而减少损耗；另一方面，每层铁的要大，从而减少损耗；另一方面，每层硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路,进一步地减少了涡流的发热进一步地减少了涡流的发热 (2012绍兴一中高二检测绍兴一中高二检测)如图如图366所示是高频焊接原理示意图线圈中通以所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是是()例例2图图366A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快高得越快B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快高得越快C工件上只有焊缝处温度升得很高是因为工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小焊缝处的电阻小D工件上只有焊缝处温度升得很高是因为工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大焊缝处的电阻大【思思路路点点拨拨】由由电电磁磁感感应应现现象象判判断断电电流流频频率率高高低低对对电电流流大大小小的的影影响响，由由焊焊缝缝处处和和工工件件其其它它部部分分串串联联电电流流一一样样，判判断断焊焊缝缝处处的的电电阻阻的大小的大小【精讲精析精讲精析】线圈中通以高频变化的电流线圈中通以高频变化的电流时时，待待焊焊接接的的金金属属工工件件中中就就产产生生感感应应电电流流，感感应应电电流流的的大大小小与与感感应应电电动动势势有有关关，电电流流变变化化的的频频率率越越高高，电电流流变变化化得得越越快快，感感应应电电动动势势就就越越大大A选选项项正正确确工工件件上上焊焊缝缝处处相相对对于其他位置而言电阻大，电流产生的热量就于其他位置而言电阻大，电流产生的热量就多，多，D选项也正确选项也正确【答案答案】AD变式训练变式训练2下列哪些做法是减少涡流的产生下列哪些做法是减少涡流的产生()A在电动机、变压器的线圈中加入铁芯在电动机、变压器的线圈中加入铁芯B电电动动机机、变变压压器器内内部部铁铁芯芯都都是是由由相相互互绝绝缘的硅钢片组成缘的硅钢片组成C在电磁冶金中，把交变电流改成直流电在电磁冶金中，把交变电流改成直流电D一些大型用电器采用特制的安全开关一些大型用电器采用特制的安全开关解析：选解析：选B.在电动机、变压器中，为增强磁在电动机、变压器中，为增强磁场，把绕组都绕在铁芯上，以增强磁场，但场，把绕组都绕在铁芯上，以增强磁场，但铁芯中会产生很强的涡流，为了减少涡流，铁芯中会产生很强的涡流，为了减少涡流，铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠成，将硅钢铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠成，将硅钢片表面进行处理，生成不导电的氧化层，相片表面进行处理，生成不导电的氧化层，相互绝缘，可进一步减少涡流，所以互绝缘，可进一步减少涡流，所以A不正确不正确,B正确；正确；电磁冶金是利用产生的涡流，而只有当空间电磁冶金是利用产生的涡流，而只有当空间中磁通量变化的时候，才会有涡流产生，直中磁通量变化的时候，才会有涡流产生，直流电电流稳定，产生的磁场也是稳定的，是流电电流稳定，产生的磁场也是稳定的，是不会引起涡流的；不会引起涡流的；D与涡流无关，是为了防与涡流无关，是为了防止自感止自感热热点点示示例例创创新新拓拓展展能量守恒在涡流中的应用能量守恒在涡流中的应用经典案例经典案例 如图如图367所示，闭合金属环所示，闭合金属环从曲面上从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则磁场中，则()图图367A若是匀强磁场，环滚上的高度小于若是匀强磁场，环滚上的高度小于hB若是匀强磁场，环滚上的高度等于若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC若是非匀强磁场，环滚上的高度等于若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD若是非匀强磁场，环滚上的高度小于若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h【思思路路点点拨拨】本本题题应应从从涡涡流流的的产产生生及及能能量量守恒的角度考虑守恒的角度考虑【解解题题样样板板】若若是是匀匀强强磁磁场场，滚滚动动过过程程中中金属环的磁通量不变，没有电磁感应现象发金属环的磁通量不变，没有电磁感应现象发生生，机机械械能能守守恒恒，环环滚滚上上的的高高度度等等于于h；若若是是非非匀匀强强磁磁场场，滚滚动动过过程程中中金金属属环环的的磁磁通通量量变化，有感应电流产生，线圈克服安培力做变化，有感应电流产生，线圈克服安培力做功，消耗机械能，环滚上的高度小于功，消耗机械能，环滚上的高度小于 h.【答案答案】BD【借题发挥借题发挥】(1)涡流产生是电磁感应现象涡流产生是电磁感应现象中的一种，当通过导体的磁通量变化时才会中的一种，当通过导体的磁通量变化时才会发生发生(2)判断题目中共涉及几种形式的能量，各种判断题目中共涉及几种形式的能量，各种能量之间是如何转化的是应用能量守恒的前能量之间是如何转化的是应用能量守恒的前提提