第1課 自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象（課件）(共48張PPT) 高二物理（滬科版2023上海選擇性必修第二冊）

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§7.1自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象

知識回顧

法拉第電磁感應(yīng)定律

G

a

b

只有磁通量發(fā)生變化才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

磁場的變化往往是由于電流的變化引起的

I原

B原

B感

I感

Φ改變

控制

下面我們來觀察實驗

帶鐵芯線圈

無鐵芯線圈

我們常見的通電螺線管本質(zhì)上也是自感線圈

閉合開關(guān)時，A2正常發(fā)亮，A1逐漸變亮

斷開開關(guān)時，A2立即熄滅，A1逐漸熄滅

一、自感現(xiàn)象

請分析該實驗的原理

閉合開關(guān)時

L的電流I原增大

線圈的原磁通量Φ原迅速增大

根據(jù)楞次定律

B原↑

B感

為了阻礙增大的磁通量，產(chǎn)生反向的感應(yīng)磁場

根據(jù)右手螺旋定則

產(chǎn)生和原電流相反的感應(yīng)電流I感，阻礙增大

阻礙并不是阻止，原電流最終會穩(wěn)定

A1最終會正常發(fā)光，A2是對照組

一、自感現(xiàn)象

請分析該實驗的原理

閉合斷開時

L的電流I原減少

線圈的原磁通量Φ原迅速減少

根據(jù)楞次定律

B原↓

B感

為了阻礙減少的磁通量，產(chǎn)生同向的感應(yīng)磁場

根據(jù)右手螺旋定則

產(chǎn)生和原電流相同的感應(yīng)電流I感，阻礙減少

阻礙并不是阻止，原電流最終會歸零

A1最終會熄滅，A2是對照組

一、自感現(xiàn)象

2.自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為自感電動勢。

1.定義：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

一、自感現(xiàn)象

電感

分析：通過電感線圈I↑

Φ↑

電動勢，阻礙Φ增加

B原

B感

E感

通電自感

現(xiàn)象：在閉合開關(guān)Ｓ瞬間，燈A2立刻正常發(fā)光，A1卻緩慢發(fā)光，比A2遲一會兒才正常發(fā)光。

S

B

R

②預(yù)測一下實驗現(xiàn)象？

③如何改進實驗電路？

①線圈中電流增加時,會產(chǎn)生自感電動勢，那么線圈中電流減少時，又會怎么樣呢？

④如何解釋實驗現(xiàn)象？

思考與討論：

I

I

B原

E

I

B感

A

一、自感現(xiàn)象

思考：開關(guān)斷開后，通過燈泡的感應(yīng)電流是否有可能比原來的電流更大？為了使實驗的效果更明顯，對線圈L應(yīng)該有什么要求？

線圈L中的感應(yīng)電流要從穩(wěn)定時的值開始逐漸減小，所以線圈的直流電阻要小于燈泡的電阻。

實驗驗證：

斷電自感，

二、自感系數(shù)：

用傳感器研究自感現(xiàn)象

iA、iB

t

o

S

R

A

B

數(shù)據(jù)采

集感器

電流傳

感器A

電流傳

感器B

用電流傳感器顯示自感對電流的影響：

開關(guān)閉合時電流是逐漸增大的

去掉電感線圈

開關(guān)閉合時電流是瞬間增大

二、自感系數(shù)：

用傳感器研究自感現(xiàn)象

用電流傳感器顯示自感對電流的影響：

開關(guān)斷開前后通過電阻R的電流方向不同

二、自感系數(shù)：

用傳感器研究自感現(xiàn)象

自感電動勢的大?。?/p>

自感系數(shù)

L越大，E越大，對電流阻礙越大

二、自感系數(shù)：L

L小

L大

描述線圈產(chǎn)生自感電動勢本領(lǐng)大小的物理量

2.決定因素

線圈的圈數(shù)

是否有鐵芯

線圈的大小

線圈的形狀

亨利（H）

1.物理意義:

3.單位：

甲一條導(dǎo)線彎了幾匝的線圈

乙空芯線圈，

丙在鐵芯上繞了幾千匝的線圈，

二、自感系數(shù)：L

甲

乙

丙

約瑟夫·亨利

HenryJoseph

1797-1878

米國著名物理學(xué)家，1867年起，

任米國科學(xué)院第一任院長;

1829年制成了能提起一噸重鐵塊的電磁鐵；

1830年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，比法拉第早一年；

1832年發(fā)現(xiàn)了電流的自感現(xiàn)象；

……

從來不申請專利無償貢獻(xiàn)給社會

二、自感系數(shù)

◆名稱:

擦出電火花！

◆器材:

干電池一節(jié)、小線圈一只、導(dǎo)線若干。

◆要求:

①構(gòu)建電路，能看到電火花的閃現(xiàn)；

②能體會到輕微的電擊感。

◆電路:

b

a

二、自感系數(shù)：

體驗自感

二、自感系數(shù)：

4.自感現(xiàn)象的應(yīng)用

二、自感系數(shù)：

5.自感現(xiàn)象的防止

二、自感系數(shù)：

L很大

5.自感現(xiàn)象的防止

油浸開關(guān)

雙線繞法

高鐵上方的受電弓從接觸線獲取電能

當(dāng)受電弓與高壓接觸線之間瞬間脫離時，內(nèi)部有帶鐵芯的線圈的電動機就會產(chǎn)生很大的自感電動勢，甚至出現(xiàn)電火花。

二、自感系數(shù)：

5.自感現(xiàn)象的防止

思考判斷

(1)自感現(xiàn)象中，感應(yīng)電流方向一定和原電流方向相反。()

(2)線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大時，其自感系數(shù)一定較大。()

(3)對于同一線圈，當(dāng)電流變化較快時，線圈中的自感電動勢較大。()

(4)一個線圈中的電流均勻增大，自感電動勢也均勻增大。()

×

×

√

×

問題

？

在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發(fā)熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發(fā)熱。你知道這是為什么嗎

①如果環(huán)不斷增粗直到變成一圓盤又會發(fā)生什么現(xiàn)象

請思考:

②變成方盤呢？

N

S

G

乙

S

N

B原↑

B原↑

B原↑

線圈會感應(yīng)電流

線圈兩端會累積電荷

感生電場(渦旋電場)

定義:變化的磁場在周圍空間激發(fā)的電場叫感生電場(渦旋電場)。

感生電場

方向:就是感生電流的方向，用楞次定律判斷。

思考：渦流產(chǎn)生原因？

思考：渦流產(chǎn)生原因？

變化的電流

產(chǎn)生變化的磁場

閉合導(dǎo)體

形成渦流

電流磁效應(yīng)

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論

電場對導(dǎo)體內(nèi)自由電荷有力的作用（非靜電力）

激發(fā)感生電場

空間存在

三、渦流：塊狀金屬在變化的磁場中或在磁場中運動時產(chǎn)生的在金屬塊內(nèi)自成閉合回路的感應(yīng)電流，叫渦電流，簡稱渦流。

①渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律。

②由于整塊金屬的電阻通常很小，故渦流常常很大。

B增大

I

觀察與分析

四、應(yīng)用:

1、渦流的熱效應(yīng)：真空冶煉爐

冶煉金屬的高頻感應(yīng)電爐就是利用高頻交流電，通過線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。

抽真空

2、渦流的熱效應(yīng)：電磁爐

電磁爐的臺面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，

①當(dāng)通上交替

變化極快的交流電時，

②在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強大的交變

的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強渦流，

③當(dāng)渦流受材

料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。

四、應(yīng)用:

I

B

B

I’

I’

I

B

B

I’

I’

2、渦流的熱效應(yīng)：電磁爐

四、應(yīng)用:

AC

電阻率低

具鐵磁性

3、渦流的磁效應(yīng)：探雷器

這種探雷器可以用來探測金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。

四、應(yīng)用:

報警器

變化電流

報警器

變化電流

3、渦流的磁效應(yīng)：金屬探測器、安檢門等

渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。

四、應(yīng)用:

怎樣減少渦流損耗？

交變電流

交變電流

整塊鐵心

彼此絕緣的薄片

四、危害與防止

1、危害：線圈中流過變化的電流，在鐵芯中產(chǎn)生的渦流:

2、防止：

①使鐵芯發(fā)熱，

②浪費了能量，

③還可能損壞電器。

用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。

變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施

1.增大鐵芯的電阻率，常用的鐵芯材料是硅鋼。

2.用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。

變壓器

I入

I出

Q

一種交流感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)

【易錯辨析】

(1)渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣,都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的。

()

(2)渦流有熱效應(yīng),但沒有磁效應(yīng)。()

(3)在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流。()

√

×

×

(4)電磁阻尼、電磁驅(qū)動都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,都遵循楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)

定律。()

(5)電磁阻尼是由電磁感應(yīng)中安培力阻礙導(dǎo)體與磁場的相對運動產(chǎn)生的,而電磁

驅(qū)動是由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中安培力增強磁場與導(dǎo)體間的相對運動產(chǎn)生的。()

√

×

例題

電磁爐熱效率高達(dá)90%，爐面無明火，無煙無廢氣，電磁“火力”強勁，安全可靠．如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是()

A．當(dāng)恒定電流通過線圈時，會產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場越強，電磁爐加熱效果越好B．電磁爐通電線圈加交流電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱工作C．電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導(dǎo)熱性能較差D．在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐不能起到加熱作用

【解析】電磁爐就是采用渦流感應(yīng)加熱原理，其內(nèi)部通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置于爐面時，鍋具即切割交變磁感線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運動，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，用來加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的，A錯誤，B正確．電磁爐工作時需要在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋不屬于金屬導(dǎo)體，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，C錯誤．由于線圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達(dá)鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用電流的熱效應(yīng)起到加熱作用，D錯誤．

B

鋁管實驗

渦流的

熱效應(yīng)

利用：電磁爐、真空冶煉

防止：用層疊硅鋼片制作鐵芯

自感現(xiàn)象

自感線圈具有阻礙電流變化的特點

即對電流的變化起延遲作用

課堂小結(jié)

自感現(xiàn)象

渦流現(xiàn)象

自感線圈具有阻礙電流變化的特點

即對電流的變化起延遲作用

熱效應(yīng)

機械效應(yīng)

磁效應(yīng)

防止渦流

應(yīng)用渦流

1．某同學(xué)用如圖所示的電路研究斷電自感現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，小燈泡發(fā)光；再斷開S，小燈泡漸漸熄滅。重復(fù)多次，仍未見老師演示斷電時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，你認(rèn)為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是（）

A．線圈電阻較大

B．小燈泡電阻較大

C．電源的電動勢較小

D．線圈的自感系數(shù)較大

A

小試牛刀

2．關(guān)于自感現(xiàn)象、自感系數(shù)、自感電動勢，下列說法正確的是（）

A．當(dāng)線圈中通恒定電流時，線圈中沒有自感現(xiàn)象，線圈自感系數(shù)為零

B．線圈中電流變化越快，線圈的自感系數(shù)越大

C．自感電動勢與原電流方向相反

D．對于確定的線圈，其產(chǎn)生的自感電動勢與其電流變化率成正比

D

小試牛刀

3．電流傳感器在電路中相當(dāng)于電流表，可以用來研究自感現(xiàn)象，在如題圖所示的實驗電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻是r，L是自感線圈，其自感系數(shù)足夠大，直流電阻值大于燈泡D的阻值，電流傳感器的電阻可以忽略不計，在t=0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在t=t1時刻斷開開關(guān)，在下列表示電流傳感器記錄的電流隨時間變化情況的圖象中，可能正確的是（）

C

小試牛刀

4．在如圖a、b所示電路中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，且小于燈S的電阻，接通開關(guān)K，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡S發(fā)光，則（）

A．在電路a中，閉合K時，S將立即變亮發(fā)光

B．在電路a中，斷開K后，S將先變得更亮，后才變暗

C．在電路b中，閉合K時，S將逐漸變亮發(fā)光

D．在電路b中，斷開K后，S將先變得更亮，然后漸暗

D

小試牛刀

5.下列哪些措施是為了防止渦流的危害（）

A、電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋

B、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上

C、變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成

D、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層

CD

小試牛刀

6.高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫融化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大，下列措施不可采用是（）

A．減小焊接縫的接觸電阻

B．增大焊接縫的接觸電阻

C．增大交變電流的電壓

D．增大交變電流的頻率

A

小試牛刀

7.渦流會使金屬發(fā)熱,人們利用這個原理制成了電磁灶。關(guān)于電磁灶,下列說法正確的是()。

A.電磁灶都是用高頻交流電工作的

B.高頻電磁灶有加熱線圈,可以通過熱傳導(dǎo)將熱能傳導(dǎo)給鍋體及鍋內(nèi)食物

C.電磁灶和微波爐是一個道理,工作原理是一樣的

D.無論哪種電磁灶,都是利用渦流原理工