自感现象 涡流(导)学案

6．自感现象涡流

学习目标

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．

自主学习

【问题1】产生感应电动势的条件是磁通量发生变化，如果通过线圈本身的电流有变化，使通过线圈的磁通量改变，线圈还能不能产生电动势？

答案：能产生电动势

【问题2】认识自感现象与自感电动势

①自感现象：；

②自感电动势：．

答案：①导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象②自感现象中产生的电动势【问题3】自感现象对电路有什么影响？自感线圈中的电动势对电路又有什么影响？答案：电路中自感的作用是阻碍电流的变化，自感线圈的电动势是阻碍线圈中电流的变化

【问题4】从电视机或充电器等电器的电路板中找出电路中的线圈，也可以从日光灯电子镇流器中找到一些线圈，比较一下各线圈的长短、大小、粗细等方面的区别．这些线圈即电感器的性能可以用什么来表示？该性能与哪些因素有关？

答案：自感系数线圈越大、匝数越多、线圈中加入铁芯，自感系数越大

【问题5】举例说明自感现象的危害与应用？涡流是怎样产生的？试举例说明涡流在生产与生活中的应用？

①危害：；

②应用：．

③涡流：；

④涡流的应用：．

答案：①切断高压电路时产生有害的电弧②在电视机、电磁炉等的应用③当空间有变化的磁通量，处于其中的导体将产生感应电流，这种感应电流即涡流④真空冶炼炉、金属探测器、机场“安全门”

合作探究

【问题1】实验探究：通电自感与断电自感

（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5.6-1和图5.6-2分别连接好电路．

①在图5.6-1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．重新闭合开关，在开关闭合瞬间，灯泡

A1的亮度变化情况是，灯光A2的亮度变

化情况是．

②在图5.6-2中，先闭合开关，再断开开关时，观察灯泡A

的亮度变化情况．

（2）理论探究（讨论交流）：为什么灯泡会出现逐渐变亮或逐渐变暗的现象？

图

答案：（1）①逐渐亮起来，立刻正常发光 ②灯泡A 逐渐熄灭或者出现闪亮一下再熄灭

（2）图5.6-1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5.6-2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

【问题2】探究自感现象中的电流

（1）如图5.6-3所示的电路，L 为自感线圈，A 是一个灯泡，E 是电

源，当S 闭合瞬间，通过电灯的电流方向是 ．当S 切断瞬间，

通过电灯的电源方向是 ． （2）理论探究（讨论交流）：为什么前、后通过灯泡的电流方向会相

反呢？ 答案：（1）a →b b →a

（2）当S 切断瞬间，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 ．

【问题3】探究影响自感系数的因素

（1）在“问题1”的两个探究性实验中，分别改用不同长度、大小及匝数的线圈，以及在线圈中插有铁芯和抽去铁芯的情况下再重做以上实验，观察实验结果有何异同？

（2）理论探究：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？自感系数的单位： ，1mH = H ，1μH = H ．

答案：（1）可以观察到利用不同的线圈做实验时，灯泡亮暗的程度以及时间上有差别．（2）有关 与线圈的长度、大小、匝数及有无铁芯都有关．H 10-3 10-6

【问题4】探究自感现象的危害与应用

（1）讨论：由无轨电车转弯时，弓形拾电器与电线接触的位置打出火花的现象，展开讨论哪些现象中要避免自感带来的危害？在哪些现象中需要应用自感现象？

（2）小发明：设想一些应用自感现象的方案

答案：（1）例如：防高压放电开关的设计 日光灯中应用自感现象的高压，启动日光灯正确工作．

【问题5】涡流及应用

（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）涡流是因为由于导体中的磁通量发生变化而产生的感应电流，主要作用有热效应．

（2）电流频率越高，涡流越强 减小电流的频率或增大电阻

课堂检测

1．线圈的自感系数大小的下列说法中，正确的是 （ ）

A ．线圈越长，而其他条件相同时，自感系数越小

图

B ．线圈匝数越多，而其他条件相同时，自感系数越大

C ．同一线圈，插有铁芯时线圈的自感系数会变小

D ．线圈的自感系数与线圈的长度、匝数以及是否有铁芯等都无关

2．当线圈中电流改变时，线圈中会产生自感电动势，自感电动势方向与原电流方向( )

A ．总是相反

B ．总是相同

C ．电流增大时，两者方向相同

D ．电流减小时，两者方向相同

3．如图5.6-4所示，开关S 闭合且达到稳定时，小灯泡能正常发光．则当闭合S 和断开S 的瞬间能观察到的现象分别是( ) A ．小灯泡慢慢亮；小灯泡立即熄灭

B ．小灯泡立即亮；小灯泡立即熄灭

C ．小灯泡慢慢亮；小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭

D ．小灯泡立即亮；小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭 4．日光灯的电子镇流器是利用 工作的；而电磁炉

和金属探测器是利用_ 工作的．

B

5．制做精密电阻时，为了消除在使用中由于电流的变化引起的自感现象，用电阻丝绕制电阻时采用如图5.6-5所示的双线绕法，其道理是 （ ）

A ．电路电流变化时，两根导线中产生的自感电动势相互抵消

B ．电路电流变化时，两根导线中产生的自感电流相互抵消

C ．电路电流变化时，两个线圈中的磁通量相互抵消

D ．以上说法都不正确

6．电磁炉是利用涡流加热的，它利用交变电流通过线圈产生变化磁场，当磁场内的磁感线通过锅底时，即会产生无数小涡流，使锅体本身高速发热，从而达到烹饪食物的目的．因此，下列的锅类或容器中，不适用于电磁炉的是 （ ）

A ．煮中药的瓦罐

B ．不锈钢锅

C ．平底铸铁炒锅

D ．塑料盆

7．如图5.6-6所示，A 和B 是电阻为R 的电灯，L 是自感系数较大的线圈，当S 1闭合、S 2断开且电路稳定时，A 、B 亮度相同，再闭合S 2，待电路稳定后将S 1断开，下列说法中正确的是 （ ）

A ．

B 灯立即熄灭 B ．A 灯将比原来更亮一些后再熄灭

C ．有电流通过B 灯，方向为c →d

D ．有电流通过A 灯，方向为a →b

答案：

1．B 2．D 3．A 4．自感现象 涡流 5．C 6．AD 7．A

E S A L 图 图 5.6-5 b c R L S S 2 A B 图 5.6-6 a