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第二章 电磁感应及其应用
3. 自感现象与涡流
教学目标
CONTENT
01
02
03
了解涡流现象及其应用
学会分析通电和断电自感现象
了解互感现象及其应用
新课引入
当电流通过线圈时，会在线圈的内外激发出磁场。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电磁感应？
i
B
实验与探究：
开关闭合时小灯泡发光的变化
自感现象
一
原因：由于线圈L自身的磁通量增加，而产生了感应电动势，这个感应电动势总是阻碍磁通量的变化，即阻碍线圈中电流的变化，故通过A1的电流不能立即增大，灯A1的亮度只能慢慢增加，最终与A2相同。
自感现象：由线圈自身的电流变化所产生的电磁感应现象。
现象：A1灯泡
A2灯泡
立即亮起来
逐渐变亮，最终一样亮
R1
S
A1
A2
R
L
B原
IA1
IA2
B感
I感
线圈L电流变化
磁通量变化
自身产生感应电动势
感应电流
自感
现象
阻碍电流（磁通量）变化：“增反减同”
（1） I原增加，I原与I感方向相反 （2）I原减小，I原与I感方向相同
通电自感的解释
实验与探究：
开关断开时小灯泡发光的变化
原因：由于线圈L自身的磁通量减小，而产生了感应电动势，这个感应电动势总是阻碍磁通量的减小，即阻碍线圈中电流的减小，故通过A的电流不能立即为零，灯A逐渐熄灭。
E自
i自
自感电动势
二
1. 自感电动势
由线圈自身电流变化所产生的感应电动势叫作自感电动势。
知能提升
2.自感电动势总是要阻碍导体自身的电流发生变化
当线圈中的电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，自感电动势方向与原电流方向相反;
当线圈中的电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，自感电动势方向与原电流方向相同。
物理学中，用自感系数来表示线圈的这些特性。
3.自感电动势的大小与线圈本身的一些特性密切相关
自感系数简称自感( self-inductance)或电感，是线圈的重要参数。
亨利（H）
4.自感系数单位：
描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量
6.决定因素：
线圈的圈数
是否有铁芯
线圈的大小
线圈的形状
5.物理意义:
甲 在铁芯上绕了几千匝的线圈，乙 空芯线圈，丙 一条导线弯了几匝的线圈
7.自感现象的应用:
（1）广播电台和电视台用它和电容器组成振荡电路发射电磁波。
（2）收音机和电视机中用振荡电路接收电磁波。
（3）电焊
拓展一步:
2.L在数值上等于电流变化率为1A/s时产生的自感电动势的大小。
如果通过线圈的电流在1s内改变1A，产生的自感电动势是1V,那么这个线圈的自感就是1H。
自感电动势的公式
1.实验表明，磁场的强弱正比于电流的强弱，也就是说，磁通量的变化正比于电流的变化。因此，自感电动势正比于电流的变化率。
L 自感系数简称自感或电感
3.自感L的大小还表示线圈对电流变化阻碍作用的大小,它反映了线圈对电流变化延时作用的强弱。
迷你实验室：体验自感
用多用电表欧姆档测量变压器线圈的电阻
电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？
迷你实验室：涡流加热
如图，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅，锅内放少许水，给线圈通入一段时间(通电时间不能过长)的交变电流;再用玻璃杯代替小铁锅,通入相同时间的交变电流。铁锅和玻璃杯中的水温变化有什么不同 为什么
铁锅里的水水温升高，玻璃杯中的水温度几乎不变，因为铁锅底部产生的感应电流，电流的热效应使水升温。
涡流及其应用
三
知能提升
1. 定义
由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。如图中的虚线所示。
2. 特点
若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。
导体中产生涡流
3. 应用
（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。
真空冶炼炉
（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。
电磁炉加热食物
探雷
4. 防止
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
典例精析
例.如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是( )
A.合上开关S接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮
B.合上开关S接通电路时,A2和A1始终一样亮
C.断开开关S切断电路时,A2立刻熄灭,A1过一会儿才熄灭
D.断开开关S切断电路时,A2和A1都要过一会儿才熄灭
S
A1
A2
L
解析：开关S闭合时,流过L的电流变大,L中磁通量变大,L中产生自感电动势,阻碍电流增大,等电流稳定后,L中自感电动势消失,A2先亮,A1后亮,最后一样亮。A正确
口诀：通电瞬间，L相当于开路
典例精析
例.如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是( )
A.合上开关S接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮
B.合上开关S接通电路时,A2和A1始终一样亮
C.断开开关S切断电路时,A2立刻熄灭,A1过一会儿才熄灭
D.断开开关S切断电路时,A2和A1都要过一会儿才熄灭
AD
S
A1
A2
L
解析：断开S时，流过L的电流变小，L中磁通量变小，L中产生自感电动势，阻碍电流减小，等电流稳定后，L中自感电动势消失， A2和A1都要过一会儿才熄灭
口诀：断电瞬间，L相当于电源
课堂小结
一. 自感现象
二.自感电动势
三.涡流及其应用
1. 通电自感
2. 断电自感
导体中产生涡流
1．如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是(　　)
A．t1时刻，两环作用力最大
B．t2和t3时刻，两环相互吸引
C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻
两环相互排斥
D．t3和t4时刻，两环相互吸引
跟踪练习
解析：t1时刻感应电流为零，故两环作用力为零，则A错误
t2和t3时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，B正确、C错误;
t4时刻A中电流为零，两环无相互作用，D错误
B
解析：甲图中,断开S时,流过L的电流变小,L中磁通量变小,L中产生自感电动势及自感电流,自感电流在原有基础上减小,A将逐渐熄灭,AB错误。
2. 如图所示甲、乙中，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．在电路甲中，断开S，A将立即熄灭
B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
解析：乙图中,断开S时,流过L的电流变小,L中磁通量变小,L中产生自感电动势及自感电流,自感电流在原有基础上减小,iL>iA,A将变的更亮,再逐渐熄灭。
D
2. 如图所示甲、乙中，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．在电路甲中，断开S，A将立即熄灭
B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
3.关于线圈的自感系数，下面说法正确的是(　　)
A．线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大
B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零
C．线圈中电流变化越快，自感系数越大
D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，D正确。
解析：自感电动势的大小与自感系数有关，还与电流的变化率有关。
D
解析：t=0闭合S时，由于电源内阻不计，灯泡D两端的电压始终为电源电动势，所以亮度不变，C错误；
A.
B.
C.
D.
4、某同学利用如图所示电路研究自感现象。电源的电动势为E，内阻不计，电感线圈L的电阻不计。在t=0时刻闭合开关S，电路稳定后，在t=t1时刻断开S，发现灯泡L闪亮一下后逐渐熄灭。若取由A到B的电流方向为电流的正方向，则下列图中表示通过灯泡D的电流随时间t变化的图像中正确的是（　　）
A.
B.
C.
D.
A
解析：断开开关前，流过D中电流从A到B，t= t1断开S时，流过L的电流变小，L中磁通量变小，L中产生自感电动势和自感电流，阻碍电流减小，流过D中电流从B到A，并逐渐减小为零。A正确。
4、某同学利用如图所示电路研究自感现象。电源的电动势为E，内阻不计，电感线圈L的电阻不计。在t=0时刻闭合开关S，电路稳定后，在t=t1时刻断开S，发现灯泡L闪亮一下后逐渐熄灭。若取由A到B的电流方向为电流的正方向，则下列图中表示通过灯泡D的电流随时间t变化的图像中正确的是（　　）
5.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
解析：交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越快，工件电流相同，即电阻大，温度高，放热多 ，AD正确
AD
本节内容结束

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