高中物理 4.6 自感和互感 4.7涡流学案新人教版选修

高中物理 4.6 自感和互感 4.7涡流学案新人教

版选修

4、6 互感和自感学案

【学习目标】

1、了解互感和自感现象。

2、了解自感现象产生的原因。

3、知道自感现象中的一个重要概念自感系数，了解它的单位及影响其大小的因素。

【学习重点和难点】

重点：自感现象产生的原因及特点。

难点：通、断电自感演示实验现象的解释。

【自主学习】

问题：在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？

（一）互感现象两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做，这种感应电动势叫做。利用互感现象可以把由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。

(二)自感现象实验1：演示通电自感现象。实验电路如图。开关接通时，可以看到。问：为什么会出现这种现象呢？实验2：断电自感现象。实验电路如图所示。接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关，可以看到。问：为什么会出现这种现象呢？（结合课本第23页“思考与讨论”分析）归纳总结：上述现象属于一种特殊的电磁感应现象，发生电磁感应的原因是由于通过导体的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称

为。

1、自感现象：由于发生变化而产生的电磁感应现象。

2、自感电动势：在现象中产生的感应电动势。在自感现象中，自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的，而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。

3、特点：自感电动势总是导体中原来电流的的。具体而言：① 如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大。即：I原↑，则ε自(I自)与I原相反。② 如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小。即：

I原↓，则ε自(I自)与I原相同思考与讨论：

1、在实验中，若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等，则电键断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为图，通过灯泡的电流随时间的变化图像为图；若RL远小于RA，则电键断

开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为图，通过灯泡的电流图像为图。ItItItIt A B C D

2、实验中，当电键闭合后，通过灯泡1的电流随时间变化的图像为图；通过灯泡2的电流随时间变ItItItIt化的图像为图。A B C D

4、自感系数思考：感应电动势的大小跟什么因素有关？自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样，跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。理论分析表明：

E= 。L称为线圈的自感系数，简称自感或。自感表示线圈产生本领大小的物理量。L的大小跟线圈的、、、有无有关。单位：亨利(H)

1H= mH= μH(三)自感现象的应用日光灯的原理日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽，灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时，灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子，这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线，涂在灯管内的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光，根据不同的需要充以不同的气体，并在管的内壁上涂上不同的荧光物质，就可制造出不同颜色的日光灯了。日光灯的电路图如图所示：其中：启动器的作用是当开关闭合时电源把电压加在启动器两极间，使氖气放电发出辉光，

辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长接触静片而电路导通，于是镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过，电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，电路断开，镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压，这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端，使水银蒸汽开始放电导通，使日光灯发光。在启动器两触片间还并联了一个电容，它的作用是在动静触片分离时避免产生火花而烧毁，没有电容器，启动器也能正常工作，日光灯启动后，启动器就不需要了。镇流器就是一个自感系数很大的线圈，在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，利用自感现象起降压限流的作用。(四)磁场的能量

1、磁场能量：自感现象中，线圈中电流从无到有，磁场从无到有，电源把能量输送给线圈，储存在线圈中，电流减小时，磁场中的能量释放出来转换为电能、

2、电的“惯性”：自感电动势阻碍线圈中电流变化的性质、

【精讲点拨】

1、在断电自感中，灯泡的亮度变化自感电动势(的方向)总是要阻碍引起自感电流的变化，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、自感电动势阻碍的对象是“电流的变化”，而不是电流本身、如图所示。当电路处于稳定状态时，流过L的电流I1＝(电源内阻不计)，方向由a→b；流过灯泡A的电流I2＝、断开S的瞬间，I2立即消失，而由于线圈的

自感，I1不会马上消失，线圈总力图维持I1的存在，所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，由此流过A的电流由I2变成I1，方向由d→c变成c→d、可见通过A的电流大小与方向都发生了变化、至于灯泡中的电流是突然变大还是变小(也就是说灯泡是否突然变得更亮一下)，就取决于I2与I1谁大谁小，也就是取决于R和r谁大谁小的问题、(1)如果R＞r，就有I1＞I2，灯泡会先更亮一下才熄灭、(2)如果R＝r，灯泡会由原亮度渐渐熄灭、(3)如果R＜r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭、

【典例剖析】

例

1、如上图所示(a)、(b)中，自感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是( )

A、在电路(a)中，断开S，A将逐渐变暗

B、在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗

C、在电路(b)中，断开S，A将逐渐变暗

D、在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗例

2、如图所示，对于原来闭合的开关S突然断开的瞬间，会看到灯A更亮的闪一下再熄灭，设S闭合时，灯中电流为I灯，线圈L中电流为IL，开关断开的瞬间灯A中电流为I灯′，线圈L 中电流为I L′，则(

)

A、I灯＜I灯′，IL≥I L′

B、I灯＝I灯′，IL≤I L′

C、I灯＜I灯′，IL＜I L′

D、I灯＞I灯′，IL≤I L′

【巩固拓展训练】

1、关于自感现象，正确的说法是：

A、感应电流一定和原电流方向相反；

B、线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大；

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也越大；

D、自感电动总是阻碍原来电流变化的。

2、如图所示的电路中，L是一带铁芯的线圈，R为电阻。两条支路的直流电阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间，两电流表的读数I

1、I2的大小关系是：

A、接通时I1I2；

B、接通时I1

C、接通时I1>I2，断开时I1

D、接通时I1=I2，断开时I1

3、在图所示电路中，L是自感系数足够大的线圈(直流电阻不计)，

A、B为两只相同的灯泡、下列说法中正确的是(

)

A、在S刚闭合时，A灯逐渐变亮，B灯立即变亮

B、在S刚闭合时，两灯同时亮，然后A灯熄灭，B灯更亮

C、S闭合一段时间后，再将S断开，

A、B两灯同时熄灭

D、S闭合一段时间后，再将S断开，A灯亮一会熄灭，B灯立即熄灭

4、如图所示电路中，自感系数较大的线圈L的直流电阻不计，下列操作中能使电容器C的A板带正电的是(

)

A、S闭合的瞬间

B、S断开的瞬间

C、S闭合电路稳定后

D、S闭合、向左移动变阻器触头

4、7 涡流电磁阻尼和电磁驱动学案

【学习目标】

1、知道涡流是如何产生的。

2、知道涡流的利弊及如何利用和防止。

3、知道电磁阻尼和电磁驱动。

【重点难点】

重点：

1、涡流的概念及其应用。

难点：电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。

【自主学习】

1、涡流概念:

2、涡流的利用：

(1)涡流热效应的应用，如、 (2)涡流磁效应的应用，如、

3、涡流的防止：电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导致浪费能量，损坏电器、(1)途径一：增大铁芯材料的、(2)途径二：用相互绝缘的叠成的铁芯代替铁芯、

4、电磁阻尼：

5、电磁驱动：

【精讲点拨】

一、对涡流的成因及涡流中的能量转化

1、涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化、并且金属块本身可自行构成闭合回路、同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的漩涡、

2、产生涡流的两种情况：(1)把块状金属放在变化的磁场中、(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动、

3、能量变化：伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能并最终在金属块中转化为内能、如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功、金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能、二、电磁阻尼与电磁驱动的区别电磁阻尼

电磁驱动区别产生电流的原因由于导体在磁场中运动由于磁场相对于导体运动，导体中产生感应电流安培力方向安培力方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动导体受安培力方向与导体运动方向相同，推动导体运动本质联系都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是阻碍导体与磁场间发生相对运动

【典型例题】

【例1】

如图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产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分发热很少，以下说法正确的是(

)

A、交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快

B、交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快

C、工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小

D、工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大

【例2】

所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕OO′轴转动，线圈的运动情况是(

)

A、俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同

B、俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同

C、线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速

D、线圈静止不动

【例3】

如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则( )

A、线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反

B、线框进入磁场区域后，越靠近OO′线时速度越大，因而产生的感应电流也越大

C、线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小

D、线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，铝框自成闭合回路，因此是涡流，该感应电流的出现，阻碍线圈的转动，这样设计的目的是使线圈偏转后尽快停下来，所以说,这样做的目的是利用涡流，并且是电磁阻尼、一般是探测金属物体，金属物体进入安检门探测范围后，会改变安检门发出的电磁场分布，安检门内的处理电路检测到这种改变，从而发出报警信号。

有的高档安检门(如边检专用查毒安检门)，采用的是x射线探测原理。不过由于x射线对人体存在一定伤害，这种安检门很少见，只是用在对高怀疑对象的抽检上。安检门工作原理安检门是一种检测人员有无携带金属物品的探测装置，又称金属探测门。主要应用在机场，车站，大型会议等人流较大的公共场所用来检查人身体上隐藏的金属物品，如枪支，管制刀具等。当被检查人员从安检门通过，人身体上所携带的金属超过根据重量、数量或形状预先设定好的参数值时，安检门即刻报警，并显示造成报警的金属所在区位，让安检人员及时发现该人所随身携带的金属物品。安检门工作原理由晶振产生

3、5-

4、95M的正弦振荡，由分频器分频为

7、8K左右正弦波，经三极管与线圈进行功率放大后输入门板(7区)大线圈进行电磁波发射，由门内1-6区线圈分别进行接收。接收后，将接收到的信号与基准信号进行了比较，发现变化后，改变采集卡输出电平，CPU在300毫秒内对6个区位采集卡数据进行扫描，判断金属所在区位并输出显示。