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六、自感现象涡流六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引学习目标1.知道什么是自感现象,了解自感系数与涡流.能说出影响自感系数大小的因素.2.能说出利用自感现象和涡流的实例,知道自感现象与涡流危害的避免方法.3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器的工作原理.重点难点重点:通电自感和断电自感实验现象分析.难点:自感现象与涡流的应用.六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引一、自感现象与电感器1.由于流过线圈的电流发生变化而引起的电磁感应现象叫作自感现象,产生的电动势叫作自感电动势.2.电路中自感的作用是阻碍电流的变化.3.电路中的线圈叫作电感器,其性能用自感系数来描述,简称自感.线圈越大、匝数越多,它的自感系数越大.给线圈中加入铁芯,自感系数变大.4.交流是不断变化的电流,交流通过电感器时由于线圈中的自感电动势总是阻碍电流的变化,所以电感器对交流有阻碍作用.六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引预习交流1李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻,以判断它是否断路.刘伟为了使李辉操作方便,用两手分别握住线圈的两端让李辉测量.测量后李辉确认线圈没有断路,因为多用电表的表盘显示线圈具有一定的电阻.正当李辉把多用电表的表笔与被测线圈脱离时,刘伟突然惊叫起来,觉得有电击感(如图).李辉很奇怪,用手摸线圈两端,没有什么感觉,再摸摸多用电表的两个表笔,也没有什么感觉.为什么刘伟有被电击的感觉?而李辉却没有被电击的感觉?六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引答案:因为变压器线圈匝数很多,又套在铁芯上,故自感系数很大,用多用电表测线圈时,电表内部干电池使线圈内产生电流,因线圈电阻较小,故有一较大的电流.突然切断表笔与线圈的连接时,线圈产生一较大的阻碍电流减小的电动势,所以刘伟会有电击感,而李辉再摸线圈时,自感电动势已消失,故无感觉,摸两表笔,因电压只有1.5V(内部干电池的电动势),也不会产生电击感.六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引二、涡流及其应用只要空间有变化的磁通量,其中的导体就会产生感应电流,这种感应电流称为涡流.电磁炉就是利用涡流的热效应制成的.六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU预习交流2在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅,如图所示,锅内放少许水,给线圈通入交流电一段时间,再用玻璃杯代替小铁锅,通电时间相同.试探究铁锅和玻璃杯中的水温有何不同.为什么?答案:通电后铁锅内的水逐渐变热,而玻璃杯中的水温没有变化,原因是:当交变电流通过导线时,穿过铁锅的磁通量发生变化,铁锅中产生像旋涡一样的感应电流,小铁锅的电阻很小,感应电流较大,产生焦耳热,足以使水温升高,而玻璃杯是绝缘体,电阻很大,不产生感应电流.目标导航预习导引六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测一、自感现象与电感器活动与探究准备两个规格相同的灯泡,按如图所示电路做实验:把灯泡A1与线圈L串联后接到电源上,A2与可变电阻R串联后接到电源上.先闭合开关S,调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,再调节可变电阻R1,使它们都正常发光,然后断开开关S.重新接通电路.注意观察,在开关闭合的时候两个灯泡能够同时亮起来吗?试讨论产生这种现象的原因.六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU答案:不能.重新接通电路,在S闭合的瞬间,我们观察到两个灯泡并不是同时亮起的,A2先亮,A1逐渐亮起,最后达到相同的亮度.原因是在接通电路的瞬间,线圈L中的电流从无到有,发生了巨大的变化,由于自感现象,产生的自感电动势要阻碍原电流的变化.阻碍并不是阻止,该电流还是增大,最后达到稳定;而A2支路是纯电阻电路,不会产生自感现象,所以刚开始是灯泡A2比A1先亮.问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移与应用例1如图甲、乙所示电路中,电阻R和自感线圈L的电阻都很小.接通S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则()A.在电路甲中,断开S,A将渐渐变暗B.在电路甲中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗C.在电路乙中,断开S,A将渐渐变暗D.在电路乙中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗[思路点拨]本题考查同学们对断电时产生的自感电动势的阻碍作用的理解.点击查看题图关闭问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU解析:电路断开时,电感线圈的自感电动势阻碍电流的减小.此时电感线圈在电路中相当于一个电源,表现为两个方面:一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致;二是在断电瞬间,自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等,以后以此电流开始缓慢减小到零.甲图中,电灯A与电感线圈L在同一个支路中,流过的电流相同.断开开关S时,线圈L中的自感电动势要维持原电流不变,所以,开关断开的瞬间,电灯A中的电流不变,以后电流渐渐变小.因此,电灯渐渐变暗.乙图中,电灯A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小),断开开关S时,电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小,电感线圈中的瞬间电流不变,电感线圈相当于一个电源给灯A供电.因此,反向流过A的电流瞬间要变大,然后渐渐变小,所以电灯要先亮一下,然后渐渐变暗.故答案为A、D.答案:AD问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移训练1如图所示,电感线圈电阻r远小于灯泡A的电阻R.将电路连接好,先闭合开关使灯泡亮起来,然后将开关断开,会发现灯泡闪亮一下后熄灭.试解释闪亮一下的原因.问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU答案:断开电路的瞬间,通过线圈L的电流要发生从有到无的巨大变化.由于自感现象,产生自感电动势来阻碍这种变化,此时由电源对灯泡A提供的电流已经消失,自感电动势来给灯泡供电,使灯泡不立即熄灭.设S断开前,流过电感线圈的电流为I1,流过灯泡A的电流为I2,且I1方向由a→b,I2方向由d→c.当S断开时,I2立即消失,而I1因为线圈自感,并不立即消失.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的电流大小由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.由于r≪R,所以断电前I1I2,断电后,I1逐渐减小,并通过灯泡A,所以灯泡A会闪亮一下再逐渐熄灭.问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU在自感现象中,由于流过线圈的电流发生变化,导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势.1.自感电动势的作用:总是阻碍导体中原电流的变化,即总是起着延迟电流变化的作用.具体表现当电流增大时,阻碍电流增大当电流减小时,阻碍电流减小注意:自感电动势只是延长了电流变化的过程,但不会阻止电流的变化.问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU2.自感电动势的大小由电流变化的快慢(电流变化率𝛥I𝛥t)和自感系数决定,在自感系数一定的情况下,电流变化越快,自感电动势越大.3.线圈的自感系数是由线圈自身的性质决定的,如线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯等;实验表明,线圈越长、截面越粗、匝数越多、绕制越密,其自感系数就越大;实验还表明,带铁芯的线圈比空心线圈自感系数要大得多,这在实践中用途很大.问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU二、涡流平面电磁灶问题导学当堂检测活动与探究电磁灶是现代家庭烹饪食物的一种新型灶具,它以其加热快、效率高、省时省力、安全卫生和使用方便而被越来越多的人所接受.为什么将铁锅放到电磁灶的绝缘板上,接通电源之后,铁锅的温度会很快升高,这是什么原因吗?六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU答案:利用涡流加热.电磁灶是利用电磁感应引起涡流加热的原理来工作的,它主要由感应加热线圈、灶台板和烹饪锅等组成.如图所示,电磁灶的台面下布满了线圈,当通上中频交流电时,在台板与铁锅之间产生交变磁场,磁感线穿过锅体,产生感应电流——涡流,这种感应电流在金属锅体中产生热效应,从而达到加热和烹饪食物之目的.电磁灶产生的交变磁场,不但会产生涡流热,而且会使金属锅体的分子运动并互相碰撞,造成分子间摩擦生热.这两种热是直接发生在锅体本身的,其热能的损耗很小,所以电磁灶的热效率可达80%,约比煤气灶高一倍,而且加热均匀、烹调迅速、节电省力.问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移与应用例2如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图.冶炼炉内装入被冶炼的金属,线圈通入高频交变电流,这时被冶炼的金属就能被熔化.这种冶炼方法速度快,温度容易控制,并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中,因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理()A.利用线圈中电流产生的焦耳热B.利用红外线C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D.利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波点击查看题图关闭问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU解析:该题是电磁感应与生产相结合的一道综合题.它是利用交变电流产生的交变磁场在引起炉内金属截面的磁通量变化时,在金属中产生感应电流,因金属的电阻相当小,所以感应电流很强,它在金属内自成回路流动时,形成漩涡状的电流,即涡流,涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高,金属熔化,故选C.当然线圈中也因有交变电流会产生一定的焦耳热,但它是相当少的,根本不可能使炉内温度高到使金属熔化的程度,故A不可能.答案:C问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移训练2如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频交变电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流.由于焊接缝处的接触电阻很大,产生的焦耳热很多,致使温度升得很高,将金属熔化,从而焊接在一起.我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的.试定性说明:为什么交变电流的频率越高,焊接缝处产生的热量越多?问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU答案:交变电流的频率越高,它产生的磁场的变化率就越大,根据法拉第电磁感应定律,在待焊接工件中产生的感应电动势就越大,感应电流就越大.而放出的热量与电流的二次方成正比,所以交变电流的频率越高,焊接处放出的热量越大.问题导学当堂检测六、自感现象涡流课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU1.把块状金属放在变化的磁场中,或者让它在磁场中运动时,金属块内将产生感应电流,这种电流在金属块内自成闭合回路,很像水的漩涡,因此叫作涡流.整块金属电阻