2023届高考物理一轮复习导学案：13.4 自感和涡流

13.4 自感和涡流 年级 班级： 姓名： 小组号： 一、学习目标 1.能说出互感现象和自感现象，说出自感系数及决定其大小的因素； 2.明确通电断电自感中U和I随t变化规律并画出对应图像，指出能量转化； 3.知道涡流，电磁阻尼，电磁驱动现象，明确其原理； 二、课堂任务 （一）自感 1．自感现象：由于通过导体自身的 发生变化而产生的电磁感应现象。 2．自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。E＝ 。 3. 自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数以及是否有 等因素有关，单位为亨利(H)。 例1：线圈自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是相同的灯泡，且不会烧毁，R2大于R1，判断： ①闭合S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮 ②闭合S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮 ③断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭 ④断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭 思考：①若电阻R2阻值小于R1，试分析开关闭合、断开瞬间灯泡的现象。 ②开关闭合、断开瞬间流过R2的电流方向是否发生改变。 例2：如图,A、B为相同的灯泡,C为电容器,L为电感线圈(其直流电阻小于灯泡电阻)，判断： ①闭合开关，B立即发光。 ②闭合开关，电路稳定后，A中没有电流 ③电路稳定后，断开开关，B变得更亮后再熄灭 ④电路稳定后，断开开关，A中电流立即为零。 总结：自感线圈通电时视为 ；断电时视为 ；稳定时视为 或 。 （二）涡流：当线圈中的电流发生变化时，在它附近的导体中产生的像水中的旋涡一样的 。 辨析：①涡流是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。 ②涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。 ③涡流有热效应，但没有磁效应 ④在硅钢中不能产生涡流。 ⑤家用微波炉和家用电磁炉的工作原理都与涡流有关。 ⑥电磁驱动是使电能转化为动能。 例3：圆柱形区域内存在向下、大小为B的匀强磁场，在此区域内沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管，环心O在区域中心。一质量为m、带电量为q（q>0）的小球，在管内沿逆时针方向（从上向下看）做圆周运动。已知B与t的关系如图，其中T=2πm/qB0。 (1)在t=0到t=T0这段时间内，小球不受细管侧壁的作用力，求小球的速度大小V0； (2)在B增大过程中产生涡旋电场，电场线是一系列逆时针同心圆，同一电场线上场强大小相等。求t=T0-1.5T0内：①细管内涡旋电场的场强大小E；②电场力对小球做的功W。 （三）互感：当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。 三、随堂练习 1. 某小组制作了一种磁悬浮列车模型，原理如图，PQ和MN是固定在水平地面上的两根足够长的平直导轨，导轨间分布着竖直（垂直纸面）方向等间距的匀强磁场B1和B2，二者方向相反。矩形金属框固定在实验车底部（车厢与金属框绝缘）。其中ad边宽度与磁场间隔相等，当磁场B1和B2同时以速度v0=10m/s沿导轨向右匀速运动时，金属框受到磁场力，并带动实验车沿导轨运动。已知金属框垂直导轨的ab边长L=0.1m、总电阻R=0.8Ω，列车与线框的总质量m=4kg，B1和B2=2T，悬浮状态下，实验车运动时受到恒定的阻力f=0.4N。 （1）求实验车所能达到的最大速率； （2）实验车达到的最大速率后,某时刻让磁场立即停止运动,实验车运动20s之后也停止运动，求实验车在这20s内的通过的距离； （3）假设两磁场由静止开始向右做匀加速运动,当时间为t=24s时,发现车正在向右做匀加速直线运动,此时实验车的速度为v=2m/s,求由两磁场开始运动到实验车开始运动所需要的时间。 思考：在(1)的情况下，当金属框达到最大速度时，为维持它的运动，磁场必须提供的功率． 四、课堂总结 一、互感现象： 1、当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。 2、应用：变压器、磁性天线 二、自感现象 1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 2、① 通电自感：产生的感应电动势阻碍自身电流的增大 ② 断电自感：产生的感应电动势阻碍自身电流的减小 3、自感电动势 ①自感电动势的大小： ②自感系数L：与线圈大小、形状、圈数、有无铁芯有关 三、电磁阻尼与电磁驱动的区别与联系 电磁阻尼是导体运动(或者速度较大)时，安培力的方向与导体的运动方向相反，阻碍导体的运动。 电磁驱动是磁场运动，导体静止(或者速度较小)时，安培力对导体提供