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(共48张PPT)
§7.1 自感现象和涡流现象　
知识回顾
法拉第电磁感应定律
G
a
b
只有磁通量发生变化才会产生感应电动势
磁场的变化往往是由于电流的变化引起的
I原
B原
B感
I感
Φ改变
控制
下面我们来观察实验
带铁芯线圈
无铁芯线圈
我们常见的通电螺线管本质上也是自感线圈
闭合开关时，A2正常发亮，A1逐渐变亮
断开开关时，A2立即熄灭，A1逐渐熄灭
一、自感现象
请分析该实验的原理
闭合开关时
L的电流I原增大
线圈的原磁通量Φ原迅速增大
根据楞次定律
B原↑
B感
为了阻碍增大的磁通量，产生反向的感应磁场
根据右手螺旋定则
产生和原电流相反的感应电流I感，阻碍增大
阻碍并不是阻止，原电流最终会稳定
A1最终会正常发光，A2是对照组
一、自感现象
请分析该实验的原理
闭合断开时
L的电流I原减少
线圈的原磁通量Φ原迅速减少
根据楞次定律
B原↓
B感
为了阻碍减少的磁通量，产生同向的感应磁场
根据右手螺旋定则
产生和原电流相同的感应电流I感，阻碍减少
阻碍并不是阻止，原电流最终会归零
A1最终会熄灭，A2是对照组
一、自感现象
2.自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。
1.定义：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。
一、自感现象
电感
分析：通过电感线圈　I　↑
Φ　↑
电动势，阻碍Φ增加
B原
B感
E感
通电自感
现象：在闭合开关Ｓ瞬间，灯A2立刻正常发光，A1却缓慢发光，比A2迟一会儿才正常发光。
S
B
R
②预测一下实验现象？
③如何改进实验电路？
①线圈中电流增加时,会产生自感电动势，那么线圈中电流减少时，又会怎么样呢？
④如何解释实验现象？
思考与讨论：
I
I
B原
E
I
B感
A
一、自感现象
思考：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？
线圈L中的感应电流要从稳定时的值开始逐渐减小，所以线圈的直流电阻要小于灯泡的电阻。
实验验证：
断电自感，
二、自感系数：
用传感器研究自感现象
iA、 iB
t
o
S
R
A
B
数据采
集感器
电流传
感器A
电流传
感器B
用电流传感器显示自感对电流的影响：
开关闭合时电流是逐渐增大的
去掉电感线圈
开关闭合时电流是瞬间增大
二、自感系数：
用传感器研究自感现象
用电流传感器显示自感对电流的影响：
开关断开前后通过电阻R的电流方向不同
二、自感系数：
用传感器研究自感现象
自感电动势的大小：
自感系数
L　越大，E　越大，对电流阻碍越大
二、自感系数：L
L 小
L 大
描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量
2.决定因素
线圈的圈数
是否有铁芯
线圈的大小
线圈的形状
亨利（H）
1.物理意义:
3.单位：
甲 一条导线弯了几匝的线圈
乙 空芯线圈，
丙 在铁芯上绕了几千匝的线圈，
二、自感系数：L
甲
乙
丙
约瑟夫·亨利
Henry Joseph
1797-1878
美国著名物理学家，1867年起，
任美国科学院第一任院长;
1829年制成了能提起一吨重铁块的电磁铁；
1830年发现电磁感应现象，比法拉第早一年；
1832年发现了电流的自感现象；
……
从来不申请专利 无偿贡献给社会
二、自感系数
◆名称:
擦出电火花！
◆器材:
干电池一节、小线圈一只、导线若干。
◆要求:
①构建电路，能看到电火花的闪现；
②能体会到轻微的电击感。
◆电路:
b
a
二、自感系数：
体验自感
二、自感系数：
4.自感现象的应用
二、自感系数：
5.自感现象的防止
二、自感系数：
L很大
5.自感现象的防止
油浸开关
双线绕法
高铁上方的受电弓从接触线获取电能
当受电弓与高压接触线之间瞬间脱离时，内部有带铁芯的线圈的电动机就会产生很大的自感电动势，甚至出现电火花。
二、自感系数：
5.自感现象的防止
　思考判断
(1)自感现象中，感应电流方向一定和原电流方向相反。( )
(2)线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大。( )
(3)对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大。( )
(4)一个线圈中的电流均匀增大，自感电动势也均匀增大。( )
×
×
√
×
问 题
？
在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
①如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象
请思考:
②变成方盘呢？
N
S
G
乙
S
N
B原↑
B原↑
B原↑
线圈会感应电流
线圈两端会累积电荷
感生电场(涡旋电场)
定义:变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场)。
感生电场
方向:就是感生电流的方向，用楞次定律判断。
思考：涡流产生原因？
思考：涡流产生原因？
变化的电流
产生变化的磁场
闭合导体
形成涡流
电流磁效应
根据麦克斯韦电磁场理论
电场对导体内自由电荷有力的作用（非静电力）
激发感生电场
空间存在
三、涡流：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时产生的在金属块内自成闭合回路的感应电流，叫涡电流，简称涡流。
①涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。
②由于整块金属的电阻通常很小，故涡流常常很大。
B增大
I
观察与分析
四、应用:
1、涡流的热效应：真空冶炼炉
冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化。
抽真空
2、涡流的热效应：电磁炉
电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，
①当通上交替
变化极快的交流电时，
②在台板与铁锅底之间产生强大的交变
的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，
③当涡流受材
料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。
四、应用:
I
B
B
I’
I’
I
B
B
I’
I’
2、涡流的热效应：电磁炉
四、应用:
AC
电阻率低
具铁磁性
3、涡流的磁效应：探雷器
这种探雷器可以用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
四、应用:
报警器
变化电流
报警器
变化电流
3、涡流的磁效应：金属探测器、安检门等
涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。
四、应用:
怎样减少涡流损耗？
交变电流
交变电流
整块铁心
彼此绝缘的薄片
四、危害与防止
1、危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流:
2、防止：
①使铁芯发热，
②浪费了能量，
③还可能损坏电器。
用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施
1.增大铁芯的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。
2.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
变压器
I入
I出
Q
一种交流感应电动机的结构
【易错辨析】
(1)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。
( )
(2)涡流有热效应,但没有磁效应。 ( )
(3)在硅钢中不能产生涡流。 ( )
√
×
×
(4)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象,都遵循楞次定律和法拉第电磁感应
定律。 ( )
(5)电磁阻尼是由电磁感应中安培力阻碍导体与磁场的相对运动产生的,而电磁
驱动是由于电磁感应现象中安培力增强磁场与导体间的相对运动产生的。( )
√
×
例题
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】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组成部分产生交变磁场，当用含铁质锅具底部放置于炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生涡流，使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的，A错误，B正确．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金属导体，不能产生感应电流，C错误．由于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，D错误．
B
铝管实验
涡流的
热效应
利用：电磁炉、真空冶炼
防止：用层叠硅钢片制作铁芯
自感现象
自感线圈具有阻碍电流变化的特点
即对电流的变化起延迟作用
课堂小结
自感现象
涡流现象
自感线圈具有阻碍电流变化的特点
即对电流的变化起延迟作用
热效应
机械效应
磁效应
防止涡流
应用涡流
1．某同学用如图所示的电路研究断电自感现象。闭合开关S，小灯泡发光；再断开S，小灯泡渐渐熄灭。重复多次，仍未见老师演示断电时出现的小灯泡闪亮现象，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　　）
A．线圈电阻较大
B．小灯泡电阻较大
C．电源的电动势较小
D．线圈的自感系数较大
A
小试牛刀
2．关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是（　　）
A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零
B．线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大
C．自感电动势与原电流方向相反
D．对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
D
小试牛刀
3．电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象，在如题图所示的实验电路中，电源电动势为E，内阻是r，L是自感线圈，其自感系数足够大，直流电阻值大于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计，在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开开关，在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图象中，可能正确的是（　　）
C
小试牛刀
4．在如图a、b所示电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯S的电阻，接通开关K，使电路达到稳定，灯泡S发光，则（　　）
A．在电路a中，闭合K时，S将立即变亮发光
B．在电路a中，断开K后，S将先变得更亮，后才变暗
C．在电路b中，闭合K时，S将逐渐变亮发光
D．在电路b中，断开K后，S将先变得更亮，然后渐暗
D
小试牛刀
5.下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ）
A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上
C、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成
D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
CD
小试牛刀
6.高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝融化焊接，要使焊接处产生的热量较大，下列措施不可采用是（　　）
A．减小焊接缝的接触电阻
B．增大焊接缝的接触电阻
C．增大交变电流的电压
D．增大交变电流的频率
A
小试牛刀
7.涡流会使金属发热,人们利用这个原理制成了电磁灶。关于电磁灶,下列说法正确的是(　　)。
A.电磁灶都是用高频交流电工作的
B.高频电磁灶有加热线圈,可以通过热传导将热能传导给锅体及锅内食物
C.电磁灶和微波炉是一个道理,工作原理是一样的
D.无论哪种电磁灶,都是利用涡流原理工作的
D
小试牛刀
（1）为使通电自感实验的效果更明显（能比较明显地看到灯有一个逐渐变亮的过程），你有什么可行的方法？
（2）为使断电自感实验的效果更明显（能比较明显地看到灯的熄灭有一个延时过程，甚至出现闪亮），你有什么可行的方法？
（3）如何设计电路来测量线圈的自感系数和探究自感系数的决定因素？
（4）互感与自感都是常见的电磁感应现象，请大家课后自学教材里的相关内容，或查阅相关资料:了解其能量的转化关系以及它们在实际生活与生产中的应用和防止。
　　　　　　　　　自感系数
课后思考与讨论：

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