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鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2章 电磁感应及其应用第3节 自感现象与涡流公开课ppt课件
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2章 电磁感应及其应用第3节 自感现象与涡流公开课ppt课件，共24页。PPT课件主要包含了学习目标，自感现象，自感电动势，本课小结，当堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.了解自感现象,认识自感电动势对电路中电流的影响。2.了解自感系数的意义和决定因素。3.了解自感现象在生产生活中的应用。4.了解涡流的成因,了解涡流现象的利用和危害。5.了解涡流现象在生活和生产中的应用。
问题：当电流通过线圈时，会在线圈内外激发出磁场。如果线圈中的电流发生变化，会使穿过自身线圈的磁通量发生变化，则该线圈是否也能产生感应电流？
由线圈自身的电流变化所产生的电磁感应现象
2. 开关闭合时小灯泡发光的变化
在右图电路中，两个小灯泡 1和2 的规格相同，小灯泡1与可调电阻R 串联后接到电源上，小灯泡2 与线圈L 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，再调节可调电阻R0，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的发光情况。
3. 开关断开时灯泡发光的变化
按图连接电路。先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度。思考下列问题。1. 电源断开时，通过线圈L 的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L 中的电流减小得更快些还是更慢些？2. 产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么路径流动？
3. 开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致？4. 开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验的效果更明显，对线圈L 应该有什么要求？
4. 对通电自感的理解
5. 对断电自感的理解
如图所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流为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，此时流过A的电流则由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否增大一下再减小(也就是灯泡是否闪亮一下再熄灭) ，取决于 I2 与 I1 谁大谁小，也就是取决于 R 和 r 谁大谁小。（1）如果 R＞r，就有 I1＞I2，灯泡会先更亮一下再渐渐熄灭。（2）如果 R＝r，灯泡会由原来亮度渐渐熄灭。（3）如果 R＜r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭。
例. 如图所示，线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻的阻值均为R ，开始时开关 S 断开，此时电路中电流为 I0。现将开关S闭合，线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是( )A．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终由 I0 减小到零B．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终小于 I0C．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流将保持 I0 不变D．自感电动势有阻碍电流增大的作用，但电路中电流最终还要增大到 2I0
解析：当开关S闭合时，通过线圈的电流增大，在线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的增大，但“阻碍”不是“阻止”，“阻碍”实质上是“延缓”，电路中的电流不会立刻变为2I0，但最终仍会增大到2I0。选项D正确。
2. 自感电动势的大小
其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号为H。常用的单位还有毫亨（mH）、微亨（μH）。
（1）决定线圈自感系数的因素：
（2）自感系数的单位：亨利，简称亨，符号是 H。常用单位：毫亨（m H） 微亨（μH）
实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
3.自感物理意义：描述线圈产生自感电动势的能力
1.自感电动势由线圈自身的电流变化所产生的感应电动势。
如图所示,电流在金属块内形成闭合回路,就像旋涡一样。我们把这种感应电流称为涡电流,简称涡流。
若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。
（1）涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉。（2）真空冶炼炉原理：金属块中的涡流会产生热量。用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（如图），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
（3）电磁炉原理：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的（如图所示）。
（4）涡流磁效应：探雷器，安检门。（5）探雷器原理：士兵手持一个长柄线圈在地面扫过（如图），线圈中有变化着的电流。如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。这种探雷器可以用来探测有金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。（1）途径一：增大铁芯材料的电阻率。（2）途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。如图所示。
用硅钢片做变压器的铁芯
答案：金属探测器的探测线圈中通有交流电，当靠近隐藏的金属物品时，会在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。
高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒，使用时监考教师手持探测器，在考生前后左右和容易藏东西的部位划过，如藏有金属物品，即便是一粒金属纽扣，探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么？
例. 如图所示，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：通入恒定直流时，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，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，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。
1.某电磁冲击钻的原理图如图所示，若突然发现钻头M向右运动，则可能是（ ）A.开关S闭合瞬间B.开关S由闭合到断开的瞬间C.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动D.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动
解析：当一个线圈的电流发生变化时，由于互感作用，相邻线圈中产生感应电流。当含有电源的线圈中电流增大时，线圈M中产生感应电流且受斥力作用而向右运动。
2.［多选］如图所示，A、B是相同规格的白炽灯，L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈。下列说法正确的是（ ）A. 闭合开关S时，A、B灯同时亮B. 闭合开关S时，B灯比A灯先亮，最后一样亮C. 闭合开关S时，A灯比B灯先亮，最后一样亮D. 断开开关S时，A灯与B灯同时慢慢熄灭
解析：B对，A、C错：开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，B灯立即发光。由于自感线圈的自感电动势阻碍电流增大，A灯逐渐变亮，由于线圈的电阻可以忽略，最后两灯一样亮。D对：断开开关S的瞬间，流过自感线圈的电流将要减小，产生自感电动势，自感线圈与两灯构成闭合回路，两灯逐渐同时熄灭，由于开始时两灯的电流相同，断开开关S的瞬间，通过两灯的电流不变，则两灯不会出现闪亮，而是慢慢熄灭。
3.如图所示的电路，开关原先闭合，电路处于稳定状态，规定向左流过电阻R1的电流方向为正方向，在某一时刻突然断开开关S，则通过电阻R1的电流I1在开关断开前后随时间变化的图线可能是（ ）
【解析】S断开前I1方向向左，为正方向；断开后，由于线圈的自感现象，使R1中的电流方向向右，大小可能比原I1大或小或相等，然后逐渐减小到0。
4.下列关于涡流的说法中，正确的是（ ）A.涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B.涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C.涡流有热效应，但没有磁效应D.在硅钢片中不能产生涡流
【解析】 涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，又有磁效应。硅钢片中能产生涡流，但电流较小。
5. 电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“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. 当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好B. 电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C. 电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差D. 在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用
解析：A错，B对：电磁炉就是采用涡流感应加热原理，其内部通过电子线路板产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，在锅具底部金属部分产生涡流，用电流热效应来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。C错：电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于导体，不能产生感应电流。D错：线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用。
6.如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO'转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（ ）A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小C.线圈转动时将产生交变电流D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
解析：A错，B对：由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。C对，D错：当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生交变电流。
1.了解自感现象,认识自感电动势对电路中电流的影响。2.了解自感系数的意义和决定因素。3.了解自感现象在生产生活中的应用。4.了解涡流的成因,了解涡流现象的利用和危害。5.了解涡流现象在生活和生产中的应用。
问题：当电流通过线圈时，会在线圈内外激发出磁场。如果线圈中的电流发生变化，会使穿过自身线圈的磁通量发生变化，则该线圈是否也能产生感应电流？
由线圈自身的电流变化所产生的电磁感应现象
2. 开关闭合时小灯泡发光的变化
在右图电路中，两个小灯泡 1和2 的规格相同，小灯泡1与可调电阻R 串联后接到电源上，小灯泡2 与线圈L 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，再调节可调电阻R0，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的发光情况。
3. 开关断开时灯泡发光的变化
按图连接电路。先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度。思考下列问题。1. 电源断开时，通过线圈L 的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L 中的电流减小得更快些还是更慢些？2. 产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么路径流动？
3. 开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致？4. 开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验的效果更明显，对线圈L 应该有什么要求？
4. 对通电自感的理解
5. 对断电自感的理解
如图所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流为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，此时流过A的电流则由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否增大一下再减小(也就是灯泡是否闪亮一下再熄灭) ，取决于 I2 与 I1 谁大谁小，也就是取决于 R 和 r 谁大谁小。（1）如果 R＞r，就有 I1＞I2，灯泡会先更亮一下再渐渐熄灭。（2）如果 R＝r，灯泡会由原来亮度渐渐熄灭。（3）如果 R＜r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭。
例. 如图所示，线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻的阻值均为R ，开始时开关 S 断开，此时电路中电流为 I0。现将开关S闭合，线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是( )A．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终由 I0 减小到零B．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终小于 I0C．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流将保持 I0 不变D．自感电动势有阻碍电流增大的作用，但电路中电流最终还要增大到 2I0
解析：当开关S闭合时，通过线圈的电流增大，在线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的增大，但“阻碍”不是“阻止”，“阻碍”实质上是“延缓”，电路中的电流不会立刻变为2I0，但最终仍会增大到2I0。选项D正确。
2. 自感电动势的大小
其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号为H。常用的单位还有毫亨（mH）、微亨（μH）。
（1）决定线圈自感系数的因素：
（2）自感系数的单位：亨利，简称亨，符号是 H。常用单位：毫亨（m H） 微亨（μH）
实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
3.自感物理意义：描述线圈产生自感电动势的能力
1.自感电动势由线圈自身的电流变化所产生的感应电动势。
如图所示,电流在金属块内形成闭合回路,就像旋涡一样。我们把这种感应电流称为涡电流,简称涡流。
若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。
（1）涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉。（2）真空冶炼炉原理：金属块中的涡流会产生热量。用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（如图），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是，整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。
（3）电磁炉原理：迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的（如图所示）。
（4）涡流磁效应：探雷器，安检门。（5）探雷器原理：士兵手持一个长柄线圈在地面扫过（如图），线圈中有变化着的电流。如果地下埋着金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。这种探雷器可以用来探测有金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。（1）途径一：增大铁芯材料的电阻率。（2）途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。如图所示。
用硅钢片做变压器的铁芯
答案：金属探测器的探测线圈中通有交流电，当靠近隐藏的金属物品时，会在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。
高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒，使用时监考教师手持探测器，在考生前后左右和容易藏东西的部位划过，如藏有金属物品，即便是一粒金属纽扣，探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么？
例. 如图所示，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：通入恒定直流时，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，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，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。
1.某电磁冲击钻的原理图如图所示，若突然发现钻头M向右运动，则可能是（ ）A.开关S闭合瞬间B.开关S由闭合到断开的瞬间C.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动D.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动
解析：当一个线圈的电流发生变化时，由于互感作用，相邻线圈中产生感应电流。当含有电源的线圈中电流增大时，线圈M中产生感应电流且受斥力作用而向右运动。
2.［多选］如图所示，A、B是相同规格的白炽灯，L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈。下列说法正确的是（ ）A. 闭合开关S时，A、B灯同时亮B. 闭合开关S时，B灯比A灯先亮，最后一样亮C. 闭合开关S时，A灯比B灯先亮，最后一样亮D. 断开开关S时，A灯与B灯同时慢慢熄灭
解析：B对，A、C错：开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，B灯立即发光。由于自感线圈的自感电动势阻碍电流增大，A灯逐渐变亮，由于线圈的电阻可以忽略，最后两灯一样亮。D对：断开开关S的瞬间，流过自感线圈的电流将要减小，产生自感电动势，自感线圈与两灯构成闭合回路，两灯逐渐同时熄灭，由于开始时两灯的电流相同，断开开关S的瞬间，通过两灯的电流不变，则两灯不会出现闪亮，而是慢慢熄灭。
3.如图所示的电路，开关原先闭合，电路处于稳定状态，规定向左流过电阻R1的电流方向为正方向，在某一时刻突然断开开关S，则通过电阻R1的电流I1在开关断开前后随时间变化的图线可能是（ ）
【解析】S断开前I1方向向左，为正方向；断开后，由于线圈的自感现象，使R1中的电流方向向右，大小可能比原I1大或小或相等，然后逐渐减小到0。
4.下列关于涡流的说法中，正确的是（ ）A.涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B.涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C.涡流有热效应，但没有磁效应D.在硅钢片中不能产生涡流
【解析】 涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，又有磁效应。硅钢片中能产生涡流，但电流较小。
5. 电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“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. 当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好B. 电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C. 电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差D. 在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用
解析：A错，B对：电磁炉就是采用涡流感应加热原理，其内部通过电子线路板产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，在锅具底部金属部分产生涡流，用电流热效应来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。C错：电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于导体，不能产生感应电流。D错：线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用。
6.如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO'转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（ ）A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小C.线圈转动时将产生交变电流D.线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
解析：A错，B对：由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。C对，D错：当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生交变电流。
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