自感现象与涡流PPT课件免费下载2023
展开一、【课程的主要内容】
一、自感现象和自感电动势1.自感现象：由线圈___________变化所产生的电磁感应现象。2.自感电动势：(1)定义：由线圈_________变化所产生的感应电动势。(2)特点：总是阻碍线圈中原电流的_____。
二、自感电动势与自感系数
三、涡流及其应用1.涡流定义：将整块金属放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量_________，金属块内部就会产生旋涡状的感应电流。2.涡流的应用——电磁炉：(1)工作原理：利用_____原理制成的。(2)优点：_______高；无烟火，无毒气、废气，被称为“_________”；只对铁质锅具加热，炉体本身不发热。
3.下列属于涡流的应用的是_______，属于涡流的防止的是_____。①电磁炉加热食物②变压器硅钢片的铁芯发热③真空冶炼炉高温加热④金属探测器探测金属⑤电动机、发电机的铁芯发热
一 对自感现象的理解1.自感现象的原理：当导体线圈中的电流发生变化时，电流产生的磁场也随之变化，引起线圈中磁通量发生变化，由法拉第电磁感应定律可知，线圈会产生阻碍自身电流变化的自感电动势。2.对自感电动势的理解：(1)作用：阻碍原电流的变化。阻碍不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。
(2)方向：总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化，有“增反减同”的特点。①当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反。②当原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同。(3)大小：由电流变化的快慢(即电流的变化率)和线圈的自身结构(自感系数)共同决定，即E=L 。
3.自感现象的三个状态：(1)通电瞬间状态：通电瞬间自感线圈相当于一个阻值无穷大的电阻，其所在的支路相当于断路。(2)通电稳定状态：电路中电流稳定后，自感线圈相当于一段理想导线或纯电阻。(3)断电瞬间状态：电路刚断开瞬间，自感线圈相当于一个电源，对能够与它组成闭合回路的用电器供电，并且刚断开电路的瞬间通过自感线圈的电流大小和方向与电路稳定时通过自感线圈的电流大小和方向相同。
【思考·讨论】如图所示，用导线制作精密仪器时，为防止自感现象的产生，往往采用双线绕法。 请分析这样做的原因是什么？(科学思维)
提示：如图所示，由于平行导线中的电流方向相反，产生的磁场相互抵消，从而使自感现象的影响减弱到可以忽略的程度。
【典例示范】在如图所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零刻度线在表盘中央的两个相同的电流表。当开关S闭合时，电流表G1、G2的指针都偏向右方，那么当断开开关S时，将出现的现象是( )
A.G1和G2的指针都立即回到零点B.G1的指针立即回到零点，而G2的指针缓慢地回到零点C.G1的指针缓慢地回到零点，而G2的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点D.G2的指针缓慢地回到零点，而G1的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点
【解题探究】(1)当开关S闭合时，电流表G1、G2的指针都偏向右方说明什么？提示：电流表指针向电流流进的方向偏转。(2)线圈中产生的自感电动势对原电流有什么作用？提示：阻碍与其串联的电路中的原电流的变化。
【解析】选D。当开关断开时，通过线圈的电流变小，导致线圈中产生瞬间感应电动势，从而阻碍电流的变小，所以使得G2的指针缓慢地回到零点，而G1的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点。故A、B、C错误，D正确。
【规律方法】判断电流表偏转方向的方法(1)根据题目判断电流表指针与电流流向之间的关系。(2)根据自感电动势的阻碍作用判断瞬时电源的正负极，进而判断电流表的偏转方向。
二、【基础巩固】
【素养训练】1.如图所示电路中，电源内阻和线圈L的电阻均不计，K合上前，电路中的电流I= 。合上K瞬间，线圈中的自感电动势( ) A.有阻碍电流的作用，最后电流总小于IB.有阻碍电流的作用，最后电流总小于2IC.有阻碍电流增大的作用，电流保持I不变D.有阻碍电流增大的作用，但最后电流还是要增大到2I
【解析】选D。当K闭合时，电阻R被短路，导致电流增大，线圈中出现自感电动势，从而阻碍电流的增大，因电阻减一半，根据闭合电路欧姆定律可知，电流要增大到2I，故A、B、C错误，D正确。
2.如图所示，灯泡A、B与定值电阻的阻值均为R，L是自感系数较大的线圈，当S1闭合、S2断开且电路稳定时，A、B两灯亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法正确的是( ) A.B灯立即熄灭B.A灯将比原来更亮一下后熄灭C.有电流通过B灯，方向为b→aD.有电流通过A灯，方向为c→d
【解析】选C。S1闭合、S2断开且电路稳定时两灯亮度相同，说明L的直流电阻亦为R。闭合S2后，L与B灯并联，R与A灯并联，它们的电流均相等。当断开S1后，L将阻碍自身电流的减小，即该电流还会维持一段时间，在这段时间里，因S2闭合，电流不可能经过A灯和R，A灯立即熄灭，只能通过B灯形成c→b→B→a→L→c的电流，由于自感形成的电流是在L原来电流的基础上逐渐减小的，并没有超过B灯原来电流，故B灯虽推迟一会熄灭，但不会比原来更亮，故C正确，A、B、D错误。
【补偿训练】 1.关于自感现象，下列说法正确的是( )A.线圈中产生的自感电动势较大，其自感系数一定较大B.对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈的自感系数也较大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越大D.对于同一线圈，当电流的变化率越大时，线圈中产生的自感电动势就越大
【解析】选D。线圈中产生的自感电动势E与两方面的因素有关：一是线圈中电流的变化率，二是线圈的自感系数，A项错误；对于同一线圈，其自感系数是一定的，与线圈中有无电流及电流变化的快慢没有关系，B项错误；在自感系数一定的情况下，自感电动势的大小只与线圈中电流的变化率成正比，而与电流的变化量的大小无关，C项错误，D项正确。
2.(多选)如图所示，L是一个纯电感线圈，R为一个灯泡，下列说法中正确的是( )A.开关S闭合瞬间和断开瞬间，灯泡中都有从a到b的电流通过B.开关S闭合瞬间，灯泡中有从a到b的电流通过，断开瞬间则为从b到aC.开关S闭合瞬间，灯泡中有从a到b的电流通过，断开瞬间则没有电流通过D.开关S闭合和断开瞬间，灯泡中都有电流通过
【解析】选B、D。开关S接通瞬间，L相当于断路，有电流通过灯泡，电流方向由a到b；而断开瞬间，L相当于电源，给灯泡供电，电流方向是从b到a，故A、C错误，B、D正确。
二 断电自感和通电自感1.断电自感：
【思考·讨论】电焊时，焊条和金属工件分别用导线通过电焊机与电源连接。先把焊条与被焊的工件短暂接触，然后迅速提起，与工件保持4～5 mm的距离，如图所示。焊接处就可以熔为一体了。
(1)焊条与被焊的工件短暂接触，然后迅速提起的原因是什么？(科学思维)提示：断电自感，产生瞬时高压。(2)焊条与工件的间距不能太大的原因是什么？(科学思维)提示：焊条和工件之间的间距太大，电场太弱不能产生电弧火花。
【典例示范】如图所示的电路中，两支路的电阻相等①，流过电流表A1的电流强度为I1，流过电流表A2的电流强度为I2，则在接通开关S和断开开关S的瞬间②，观察到的现象是( )A.接通S的瞬间，I1
【解析】选B。接通电路瞬间，由于电流表A1支路电感线圈的存在，阻碍电流的增大，所以I1缓慢变大到最大，而电流表A2的支路为纯电阻，所以I2立即达到最大；又因为两支路电阻相等，且是并联，电压相等，所以最大电流相等，可以得出接通瞬间I1
【解析】选C。接通开关S后，灯A立即亮，随后由于L中的电流增大，干路电流增大，电源的内电压增大，路端电压减小，则灯的亮度变暗，通过灯A的电流减小，故A错误，B错误；开关S闭合稳定状态时，当开关断开后灯泡中原电流立即完全消失，而线圈由于自感作用阻碍其自身电流的减小，线圈与灯泡组成回路，其电流IL逐渐减小，灯泡中由原来的电流I变为电流IL，即流过灯A的电流的方向向左；若要明显闪亮一下然后再逐渐熄灭，只要IL>I，即RL
【解析】选C。闭合开关S接通电路时，由于线圈的阻碍，灯泡A会迟一会亮，B灯立即变亮，最后一样亮，故A错误，B错误；断开开关S切断电路时，线圈中产生自感电动势，与灯泡A、B构成闭合回路放电，故两灯一起变暗，最后一起熄灭，该过程中电流的方向与线圈L中的电流的方向相同，所以电流从左向右流过灯泡A，从右向左流过灯泡B，P点电势比Q点电势低，故C正确，D错误。
【补偿训练】 (多选)在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则( ) A.在电路甲中，A将渐渐变亮B.在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗C.在电路乙中，A将渐渐变亮D.在电路乙中，A将先由亮渐渐变暗，然后熄灭
【解析】选A、D。在电路甲中，当接通开关S时，通过与灯泡相连的自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入灯泡的电流很小；后来由于电流的不断流入，通过自感线圈的电流变化逐渐变慢，所以自感线圈的阻碍作用逐渐减小；当流过线圈的电流最大时，自感线圈就没有阻碍作用，所以通过灯泡的电流只能慢慢增大，故选项A正确，B错误；在电路乙中，当接通开关S时，通过自感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感线圈就产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入线圈的电流很小(可认为是0)，电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的，以后自感线圈的阻碍作用逐渐减小，
通过自感线圈的电流逐渐增大，而通过灯泡的电流逐渐减小，直到流过线圈的电流最大时，自感线圈就没有阻碍作用，又因为自感线圈L的电阻值可认为是0，所以通过灯泡的电流可认为是0，故C错误，D正确。
三 对涡流的理解1.涡流产生的条件：(1)穿过金属块的磁通量发生变化。(2)金属块自身构成闭合回路。(3)金属块的电阻较小。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.涡流现象中的能量分析：伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能。(1)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。(2)如果是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，就会产生电热。
4.涡流的利用与防止：(1)利用。①利用涡流的热效应：a.电磁炉：金属块内产生涡流时将会产生电热，因此可以用涡流来加热物体。电磁炉就是利用了这一原理。b.真空冶炼：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入周期性变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度，由于整个过程是在真空中进行的，从而能有效防止空气中的杂质进入金属，所以可以冶炼高质量的合金。
②利用涡流的磁效应：电磁阻尼和电磁驱动。(2)防止：电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上。线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。(3)减小涡流的方法：①增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大。②用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少。
【思考·讨论】某手持式考试金属探测器如图所示，它能检查出考生违规携带的电子通信储存设备。工作时，探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报。
(1)被测金属物中产生的是恒定电流吗？(物理观念) 提示：不是，是变化的电流。(2)探测器与被测金属物相对静止时为什么也能发出警报？(科学思维)提示：探测环中的发射线圈通以正弦式电流，被测金属物中的磁通量也是变化的，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报。
【典例示范】高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图所示为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炼金属中，因此适于冶炼特种金属。该炉的加热原理是( )A.利用线圈中电流产生的焦耳热B.利用红外线C.利用交变电流的磁场在冶炼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场
【解题探究】(1)高频感应炉利用了什么原理？提示：电磁感应现象。(2)金属熔化的原因是什么？提示：金属内部产生的涡流转化成的热量。
【解析】选C。线圈中的电流做周期性的变化，线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生强涡流，从而在金属中产生大量的热，而交流电的频率越大，产生的热量越多。故C正确，A、B、D错误。
【误区警示】关于涡流的两点提醒(1)线圈通入高频交流电是为了让金属内部产生涡流，而不是直接通入到金属内部。(2)加热是来自金属内部的涡流导致，而不是直接由外部线圈发热导致。
【素养训练】1.电磁炉的热效率高，“火力”强劲，安全可靠。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是( ) A.电磁炉的工作原理是利用了电磁感应现象B.电磁炉接直流电源时可以正常工作C.在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用D.不能使用陶瓷锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
【解析】选A。电磁炉工作原理是电磁感应现象中的涡流现象，故A正确。电磁炉通电时，交变电流通过线圈产生交变磁场，从而使金属锅自身产生无数小涡流直接加热锅内的食物。当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，穿过锅底的磁通量不发生变化，不能产生涡流，所以没有加热效果，故B错误。在锅和电磁炉中间放一纸板，不会影响电磁感应的产生，不会影响电磁炉的加热作用，故C错误。金属锅自身产生无数小涡流而加热食物，陶瓷锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，无法加热食物，故D错误。
2.(多选)在大型用电系统中，都配有变压器，通过互感可以把交变电流进行升压和降压。如图所示，变压器的线圈中都有铁芯，铁芯往往都是用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样做的目的是( )
A.硅钢电阻率大，用薄硅钢片叠压成铁芯，使铁芯电阻增大，减少变压器工作时产生的热量B.硅钢电阻率小，用薄硅钢片叠压成铁芯，使铁芯电阻减小，减少变压器工作时产生的热量C.增大涡流发热，提高变压器的效率D.减少涡流发热，提高变压器的效率
【解析】选A、D。硅钢材料的电阻率大，且采用薄硅钢片，增大了铁芯中的电阻，阻断了涡流回路，变压器工作时产生的涡流的发热量大大减少，减少了电能损失，提高了变压器的效率，所以A、D正确。
【补偿训练】1.如图甲、乙所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是( ) A.恒定直流、小铁锅 B.恒定直流、玻璃杯C.变化的电流、小铁锅D.变化的电流、玻璃杯
【解析】选C。通入恒定电流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，铁锅是导体，在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高。涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温，故C正确。
2.如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦)，现让铜盘转动。下面对观察到的现象描述及解释正确的是( ) A.铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去B.铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去C.铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下D.铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快
【解析】选C。铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故C正确，A、B、D错误。
【拓展例题】考查内容：自感现象的图像问题【典例】某兴趣小组探究断电自感现象的电路如图所示。闭合开关S，待电路稳定后，通过电阻R的电流为I1，通过电感L的电流为I2。t1时刻断开开关S，下列图像中能正确描述通过电阻R的电流IR和通过电感L的电流IL的是( )
【解析】选A。S断开后，电感线圈产生的电流与R构成回路，在较短的时间内R电流反向，大小与线圈L上的电流是相等的，并逐渐减小，故A正确，B错误；闭合开关，电感L中的电流从0逐渐增加到I2，然后断开S，R与线圈串联，流过线圈的电流减小，电感线圈产生同向的感应电动势，并慢慢变小，则电流方向不变，大小逐渐变小，变小得越来越慢，故C错误，D错误。
1.下列说法正确的是( )A.感应电流的磁场总是与原磁场方向相反B.线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流C.当穿过线圈的磁通量为0时，感应电动势一定为0D.自感电动势阻碍原电流的变化
【解析】选D。当磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场相同。即感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁通量是增加还是减小，故A错误；线圈的自感作用是阻碍通过线圈的电流的变化，不是阻碍电流，故B错误；线圈的感应电动势的大小与磁通量的大小无关，与磁通量的变化率有关，故C错误；根据线圈自感的特点可知，自感电动势阻碍原电流的变化，故D正确。
【补偿训练】 关于线圈的自感系数大小的下列说法中，正确的是( )A.通过线圈的电流越大，自感系数也越大B.线圈中的电流变化越快，自感系数也越大C.插有铁芯时线圈的自感系数会变大D.线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关
【解析】选C。线圈的自感系数大小由线圈自身决定，与电流大小、电流变化快慢均无关，故A、B错误；同一线圈，插有铁芯时线圈的自感系数会变大，故C正确；线圈的自感系数与线圈的长度、匝数以及是否有铁芯等都有关，与电流的大小、电流变化的快慢无关，故D错误。
2.如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同的高度处由静止释放，并落至底部。则小磁块( ) A.在P和Q中都做自由落体运动B.在两个下落过程中的机械能都守恒C.在P中的下落时间比在Q中的短D.落至底部时在P中的速度比在Q中的小
【解析】选D。当小磁块在光滑的铜管P中下落时，由于穿过铜管的磁通量变化，导致铜管产生感应电流，小磁块将受到阻碍作用，而对于塑料管内小磁块没有任何阻碍，在做自由落体运动，故A错误；由A选项分析可知，在铜管P中的小磁块机械能不守恒，而在塑料管中的小磁块机械能守恒，故B错误；在铜管中小磁块受到安培阻力，故在P中的下落时间比在Q中的长，故C错误；根据动能定理可知，因安培阻力，导致产生热能，则至底部时在P中的速度比在Q中的小，故D正确。
3.如图所示的电路中，D1、D2是完全相同的灯泡，线圈L的自感系数较大，直流电阻不计。先闭合开关S，电路稳定后再断开开关S，此时( ) A.D1立刻熄灭B.D2立刻熄灭C.D1闪亮一下逐渐熄灭D.D2闪亮一下逐渐熄灭
【解析】选D。由于线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，流过灯D1电流较大，断开开关S时，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与D1、D2和电阻R构成闭合回路放电，因流过灯D1电流较大，则D2要闪亮一下，且两灯都过一会儿熄灭，故A、B、C错误，D正确。
4.一个质量为m的正方体金属块以速度v1沿光滑水平轨道进入变化的磁场，并以大小为v2的速度从磁场中滑出来，求这一过程中金属块中产生的热量。【解析】由于产生涡流，金属块损失的机械能转化为电热，产生的电热大小：Q= 答案：
【新思维·新考向】情境：目前，我国正在大力推行ETC系统，这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍，如图甲所示，在收费站自动栏杆前、后的地面各自铺设完全相同的线圈A、B，两线圈各自接入相同的电路，如图乙所示，电路a、b端与电压有效值恒定的交变电源连接，回路中流过交变电流，当汽车接近或远离线圈时，线圈的自感系数发生变化，线圈对交变电流的阻碍作用发生变化，使得定值电阻R的c、d两端电压就会有所变化，这一变化的电压输入控制系统，控制系统就能做出抬杆或落杆的动作。
问题：当汽车接近或远离线圈时，线圈的自感系数为什么会发生变化？
高中物理沪科技版（2020）选修第二册第一节 自感现象和涡流现象完整版课件ppt： 这是一份高中物理沪科技版（2020）选修第二册<a href="/wl/tb_c4027726_t3/?tag_id=26" target="_blank">第一节 自感现象和涡流现象完整版课件ppt</a>，文件包含第1课+自感现象和涡流现象课件pptx、第1课自感现象和涡流现象练习原卷版docx、第1课自感现象和涡流现象练习解析版docx等3份课件配套教学资源，其中PPT共48页， 欢迎下载使用。
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