第2章 第3节 自感现象与涡流（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第3节　自感现象与涡流 核心素养导学 物理观念 (1)知道自感现象和自感系数的概念。 (2)了解涡流现象，知道涡流的产生、利用和危害。 科学思维 (1)会从法拉第电磁感应定律的视角认识自感现象。 (2)通过独立思考和合作讨论的方式，形成归纳总结和质疑创新的思维。 科学探究 能完成探究自感现象的物理实验，并能分析现象得到实验结论，能根据实验中的问题提出改进措施。 科学态度与责任 能体会自感现象和涡流现象在生产生活中的应用与防护。 一、自感现象 1．定义：由线圈自身的电流变化所产生的电磁感应现象。 2．通电自感和断电自感 比较项目 电　路 现　象 自感电动势的作用 通电自感 接通电源的瞬间，灯泡A1逐渐地亮起来 阻碍电流的增加 断电自感 断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗，直至熄灭 阻碍电流的减小 二、自感电动势 1．定义：由线圈自身电流变化所产生的感应电动势。 2．意义：自感电动势总是阻碍导体自身的电流发生变化。 3．自感系数 物理意义 表征产生自感电动势本领的大小 大小决定 因素 线圈的形状、横截面积、长短、匝数、铁芯等 单位 亨(H)、毫亨(mH)、微亨(μH) 4．拓展一步 自感电动势公式：E＝L。其中L为线圈的自感，为电流变化率。 (1)根据楞次定律可推断，线圈中电流增大时，自感电动势和原电流方向相反。 (2)自感系数只由线圈本身的因素决定。　　 三、涡流及其应用 1．定义 由于电磁感应，在导体中产生的像旋涡一样的感应电流。 2．特点 若金属的电阻率小，涡流往往很强，产生的热量很多。 3．应用 (1)涡流热效应：如真空冶炼炉、电磁炉。 (2)涡流磁效应：如探雷器、安检门。 4．防止 电动机、变压器和发电机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：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯。 1.让几位同学“串联”在电路中，电源只需1节干电池。闭合开关S前，学生的体验——“无感觉”；闭合开关S后，学生的体验——“无感觉”；断开开关S瞬间，同学突然受到电击——“迅速收回双手”。这是为什么呢？ 提示：断开开关S，线圈中电流变小，线圈L中产生自感电流阻碍电路中原电流的减小，所以人会受到电击。 2．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。 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？ 解析：汽车上有很多钢铁，当汽车接近线圈时，相当于给线圈增加了铁芯，所以线圈的自感系数增大，汽车远离线圈时，相当于给线圈抽去了铁芯，所以线圈的自感系数又减小。 答案：见解析 3.如图是用涡电流金属探测器探测地下金属物的示意图。判断下列说法的正误。 (1)探测器内的探测线圈会产生交变磁场。(√) (2)探测器只能探测到有磁性的金属物。(×) (3)探测器能探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡电流。(×) 新知学习(一)|自感现象的理解与分析 [典例体验] [典例]　(多选)如图所示，L是自感很大、电阻不计的线圈，当合上或断开开关S1和S2后，下列情况可能发生的是(　 ) A．S2断开，S1合上瞬间，Q灯逐渐亮起来 B．合上S1、S2稳定后，P灯是暗的 C．保持S2闭合，断开S1瞬间，Q灯立即熄灭，P灯闪亮一下再熄灭 D．保持S2闭合，断开S1瞬间，P灯和Q灯都是过一会才熄灭 [解析]　自感作用延缓了电路中电流的变化，使得在通电瞬间含线圈的电路相当于断路，而断电时线圈相当于一个电源，通过放电回路将贮存的能量释放出来。而一般的纯电阻电路可以认为通电时立即有电流，断电时电流立即消失。S2断开，S1合上瞬间，由于线圈的自感作用，流过Q灯的电流将逐渐增大，A正确(注意，P灯是立即就亮)；合上S1、S2，稳定后，由于RL为零，P灯被短路，故P灯是暗的，B正确；保持S2闭合，断开S1瞬间，线圈L和P灯构成放电回路，由于自感作用，L中的电流值将由原来稳定值逐渐减小，而原来IL＞IP，所以P灯将亮一下再熄灭，而跟Q灯并联的是电阻，故Q灯立即熄灭，故C正确，D错误。 [答案]　ABC /方法技巧/ (1)断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于电路稳定时两支路中电流的大小关系，即由两支路中电阻的大小关系