(讲义)第2章 第3节 自感现象与涡流-【提分教练】2023-2024学年新教材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 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，掌握分析通电自感和断电自感现象的方法。 3．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。 4．能体验自感现象和涡流现象在生产生活中的应用与防护。 知识点一　自感现象 1．实验探究：通电自感和断电自感 操作 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1立刻亮起来，灯泡2逐渐亮起来 阻碍灯泡2电流的增加 断电 自感 断开开关的瞬间，灯泡2立刻熄灭，灯泡1过一会儿后才熄灭。有时灯泡1会闪亮一下，然后逐渐变暗 阻碍灯泡1电流的减小 2．自感现象：由线圈自身的电流变化所产生的电磁感应现象。 　自感现象是电磁感应现象，遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)自感现象不属于电磁感应现象。 (×) (2)线圈自身的电流发生变化，一定有自感现象，也一定有自感电流。 (×) 知识点二　自感电动势 1．自感电动势：由线圈自身电流变化所产生的感应电动势。 2．自感电动势的方向：原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反，原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同。 3．自感电动势的作用：自感电动势总是要阻碍导体自身的电流发生变化。 4．自感系数 (1)物理意义：能表征线圈产生自感电动势本领的大小。 (2)大小决定因素：线圈的形状、横截面积、长短、匝数等。 (3)单位：国际单位是亨利，简称亨，符号是H。 5．自感电动势大小：E＝L，其中L为线圈的自感系数，简称自感或电感。 　根据法拉第电磁感应定律可知，自感电动势与穿过线圈的磁通量的变化率成正比。又因为对于同一线圈，磁通量正比于磁感应强度，而磁感应强度又与流过线圈的电流成正比，故自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比，可表示成E＝L，式中比例系数L就是自感。 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。 (√) (2)自感电动势的方向一定与原电流的方向相反。 (×) (3)通过线圈的电流增大的越来越快，则自感系数变大。 (×) 知识点三　涡流及其应用 1．概念：由于磁通量变化，在大块金属中形成的像旋涡一样的感应电流。 2．特点：金属块的电阻较小，涡流往往较大。 3．应用与防止 (1)涡流热效应的应用：如电磁炉。 (2)涡流的防止：电动机、变压器等设备中为防止铁芯中因涡流损失能量，常用增大铁芯材料的电阻率和用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯。 　涡流就是一种感应电流，同样是由于磁通量的变化产生的。 3．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)涡电流有热效应，但没有磁效应。 (×) (2)在硅钢中不能产生涡流。 (×) 4．填空 一个质量为m的正方体金属块以速度v1沿光滑水平轨道进入变化的磁场，并以大小为v2的速度从磁场中滑出来，求这一过程中金属块中产生的热量为：Q＝mv－mv。 如图所示，在演示断电自感实验时，有时灯泡D会闪亮一下，然后逐渐熄灭，你能说出是什么原因导致的吗？ 提示：若线圈L的阻值RL小于灯泡阻值R0时，断电前稳定状态下电流IL＞ID。断电后L与D构成回路，断电瞬间由于自感现象，IL将延迟减弱，则流过灯泡D的电流为IL大于原电流，所以会使灯泡闪亮一下后再逐渐熄灭。 考点1　自感现象的分析 1．对自感线圈阻碍作用的理解 (1)当电路刚闭合瞬间，自感线圈相当于一个阻值无穷大的电阻，其所在的支路相当于断路。 (2)当电路中的电流稳定后，自感线圈相当于一段理想导线或纯电阻。 (3)当电路刚断开瞬间，自感线圈相当于一个电源，对能够与它组成闭合回路的用电器供电，并且刚断开电路的瞬间通过自感线圈的电流大小和方向与电路稳定时通过自感线圈的电流大小和方向相同。 2．对通电自感和断电自感的比较 通电自感 断电自感 电 路 图 器材 要求 L1、L2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯)， RL≪RLA 现象 在S闭合瞬间，L2灯立即亮起来，L1灯逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开瞬间，LA灯突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到LA灯马上熄灭) 原因 开关闭合时，流过电感线圈的电流增大，使线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，使流过L1灯的电流比流过L2灯的电流增加得慢 断开开关S时，流过线圈L的电流减小，产生自感电动势，阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过灯LA，且由于RL≪RLA，使得流过LA灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使LA灯的发光功率突然变大 能量转 化情况 电能