1. 自感现象和涡流现象（导学案）物理沪科版选择性必修第二册

该高中物理导学案围绕自感现象和涡流现象展开，通过知识回顾复习法拉第电磁感应定律，衔接自主预习的自感电动势表达式、涡流产生原理等内容，构建前后连贯的学习支架。 资料突出实验探究，设计电路实验、电磁阻尼实验等活动，结合金属探测器、仪表阻尼等生活应用，培养学生科学探究能力和科学态度与责任，习题针对性强，助力理解物理概念与实际应用。

第1节 自感现象和涡流现象 1.物理观念：知道自感现象是磁场能变化的一种表现，进一步通过涡流现象理解能量守恒，落实能量观。 2.科学思维：会从法拉第电磁感应定律的视角认识自然现象，知道感生电动势产生的原因，了解自感系数，体会推理分析的科学思维方法。 3.科学探究：通过实验了解自感现象、涡流现象，会用自感、涡流解释简单的电磁现象，知道它们的产生原理。 4.科学态度与责任：知道自感现象的防止和应用，了解涡流现象的利用和危害，认识到物理知识对社会发展的作用。 1.了解自感现象，理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用(重点)。 2.了解自感电动势的表达式，知道自感系数的决定因素，了解自感现象中的能量转化(重点)。 3.能够通过电磁感应的规律分析通电、断电自感现象的成因，理解电磁阻尼的原理，知道其在生产和生活中的应用(难点)。 【知识回顾】 第六章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律 一、感应电动势 1.感应电动势 (1)在电磁感应现象中产生的电动势叫作 ，产生感应电动势的那部分导体相当于 。 2.法拉第电磁感应定律 (1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的 成正比。 (2)公式：E＝n ，式中n为线圈匝数。 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是 ，感应电动势的单位是 。 二、导体切割磁感线运动时感应电动势的大小 1.动生电动势 由于导体 而产生的电动势叫动生电动势。切割磁感线的导体相当于一个 。 2.感应电动势的大小 (1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲所示，E＝ 。 (2)导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图乙所示，E＝ 。 三、导体棒转动切割时的感应电动势 (1)转轴位置位于端点时：Eab＝ (2)转轴位置位于中点时：Eab＝ (3)转轴位置位于任意位置时：Eab＝ 【自主预习】 第七章 电磁感应定律的应用 第1节 自感现象和涡流现象 一、自感现象 1.当一个线圈中的电流 时，它所产生的 的磁场在线圈 激发出感应电动势，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作 。 2.自感电动势 (1)表达式：E= 。 (2)理解：①公式中为电流的变化率，电流变化越快，电流变化率越大，自感电动势也越。 ②公式中L为线圈的 。 二、涡流和电磁阻尼 1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的 ，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 2.应用 (1)涡流 的应用：真空冶炼炉、电磁炉等。 (2)涡流 的应用：探雷器、安检门等。 3.防止 电动机、变压器等设备中为防止铁芯中 而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施： (1)增大铁芯材料的 ； (2)用互相绝缘的 叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。 4.电磁阻尼 (1)定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是 导体运动的现象。 (2)应用：电学仪表中利用 使指针很快地停下来，便于读数。 思考与讨论1 一、自感现象 1、按照如图所示电路图连接电路。 提问1：开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？ 提问2：根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。 2、按照如图所示电路图连接电路。 提问1：若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？ 提问2：开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？ 3、用电流传感器显示自感对电流的影响。 实验一： 请同学们注意观察实验一，能得出什么结论？ 实验二： 请同学们注意观察实验二，能得出什么结论？ 思考与讨论2 二、涡流和电磁阻尼 如图所示，将两条形磁体在同一高度释放，下方放有闭合线圈的磁体很快停止振动，而下方不放闭合线圈的磁体能振动较长时间，如何解释这个现象？ 课堂小结： 1.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 2.(多选)金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警。下列说法正确的是(　　) A.欲使待检测物内部产生“涡流”，探测器需在待检测物上方不停地晃动 B.探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生“涡流” C.若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D.若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少 3.如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关(　　) A.P与Q同时熄灭 B.P比Q先熄灭 C.Q闪亮后再熄灭 D.P闪亮后再熄灭 4.在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S待电路稳定后，调整R的滑片使L1和L2亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为I。在之后的t0时刻断开S，则在下面如图所示的图像中，能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是(　　) 5.某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是(　　) A.未接导线时，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 B.未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用 C.接上导线后，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 D.接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 自感现象和涡流现象 1.物理观念：知道自感现象是磁场能变化的一种表现，进一步通过涡流现象理解能量守恒，落实能量观。 2.科学思维：会从法拉第电磁感应定律的视角认识自然现象，知道感生电动势产生的原因，了解自感系数，体会推理分析的科学思维方法。 3.科学探究：通过实验了解自感现象、涡流现象，会用自感、涡流解释简单的电磁现象，知道它们的产生原理。 4.科学态度与责任：知道自感现象的防止和应用，了解涡流现象的利用和危害，认识到物理知识对社会发展的作用。 1.了解自感现象，理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用(重点)。 2.了解自感电动势的表达式，知道自感系数的决定因素，了解自感现象中的能量转化(重点)。 3.能够通过电磁感应的规律分析通电、断电自感现象的成因，理解电磁阻尼的原理，知道其在生产和生活中的应用(难点)。 【知识回顾】 第六章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律 一、感应电动势 1.感应电动势 (1)在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 2.法拉第电磁感应定律 (1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 (2)公式：E＝n，式中n为线圈匝数。 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，感应电动势的单位是伏特。 二、导体切割磁感线运动时感应电动势的大小 1.动生电动势 由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。切割磁感线的导体相当于一个电源。 2.感应电动势的大小 (1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲所示，E＝Blv。 (2)导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图乙所示，E＝Blvsin θ。 三、导体棒转动切割时的感应电动势 (1)转轴位置位于端点时：Eab＝Bl2ω (2)转轴位置位于中点时：Eab＝0 (3)转轴位置位于任意位置时：Eab＝Blω－Blω 【自主预习】 第七章 电磁感应定律的应用 第1节 自感现象和涡流现象 一、自感现象 1.当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 2.自感电动势 (1)表达式：E=L。 (2)理解：①公式中为电流的变化率，电流变化越快，电流变化率越大，自感电动势也越大。 ②公式中L为线圈的自感系数。 二、涡流和电磁阻尼 1.定义：在变化的磁场中的导体内产生的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 2.应用 (1)涡流热效应的应用：真空冶炼炉、电磁炉等。 (2)涡流磁效应的应用：探雷器、安检门等。 3.防止 电动机、变压器等设备中为防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器，应采取如下措施： (1)增大铁芯材料的电阻率； (2)用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。 4.电磁阻尼 (1)定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体运动的现象。 (2)应用：电学仪表中利用电磁阻尼使指针很快地停下来，便于读数。 思考与讨论1 一、自感现象 1、按照如图所示电路图连接电路。 提问1：开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？ 答案 灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。 提问2：根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。 答案 接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。 2、按照如图所示电路图连接电路。 提问1：若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？ 答案 灯泡逐渐熄灭。开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡逐渐熄灭。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。 提问2：开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？ 答案 开关闭合时，流过灯泡的电流方向向左，开关断开瞬间，流过灯泡中的电流方向向右，所以开关断开前后，流过灯泡的电流方向相反。 3、用电流传感器显示自感对电流的影响。 实验一： 请同学们注意观察实验一，能得出什么结论？ 答案 含自感线圈的电路中，开关闭合时电流是逐渐增大的；不含自感线圈的电路中，开关闭合时电流是瞬间增大。 实验二： 请同学们注意观察实验二，能得出什么结论？ 答案 开关断开前后通过电阻R的电流方向不同。 思考与讨论2 二、涡流和电磁阻尼 如图所示，将两条形磁体在同一高度释放，下方放有闭合线圈的磁体很快停止振动，而下方不放闭合线圈的磁体能振动较长时间，如何解释这个现象？ 答案 下方放有闭合线圈的磁体振动时除了受空气阻力外，还受到线圈的磁场阻力，所以很快停下来。 课堂小结： 1.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 答案　D 解析　当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，不产生自感电动势，但是线圈自感系数不为零，选项A错误；线圈中电流变化越快，产生的自感电动势越大，但线圈的自感系数与电流变化快慢无关，选项B错误；根据楞次定律，当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，自感电动势方向与原电流方向相反；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向与原电流方向相同，选项C错误；对于确定的线圈，自感系数L一定，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比，选项D正确。 2.(多选)金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警。下列说法正确的是(　　) A.欲使待检测物内部产生“涡流”，探测器需在待检测物上方不停地晃动 B.探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生“涡流” C.若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D.若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少 答案　BD 解析　因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生快速变化的磁场，故即使探测器静止在待检测物的上方，待检测物中依然有感应电流产生，A错误，B正确；因为塑料制品近乎于绝缘体，导电性能极差，所以检测区域中并非没有磁通量变化，而是因为塑料内部没有可自由移动的带电粒子或极少，而使得待检测物中无感应电流或电流太小不能引起报警，C错误，D正确。 3.如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关(　　) A.P与Q同时熄灭 B.P比Q先熄灭 C.Q闪亮后再熄灭 D.P闪亮后再熄灭 答案　D 解析　由题意知，开关S闭合时，由于线圈L的电阻很小，P灯微亮，Q灯正常发光，则断开开关前通过线圈L的电流远大于通过P灯的电流；断开开关时，Q所在电路中电流立即为零，Q灯立即熄灭，由于自感作用，L中产生感应电动势，与P灯组成闭合回路，通过P灯的电流大于S闭合情况下的电流，故P灯闪亮后再熄灭，D正确。 4.在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S待电路稳定后，调整R的滑片使L1和L2亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为I。在之后的t0时刻断开S，则在下面如图所示的图像中，能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是(　　) 答案　A 解析　开关断开瞬间，通过电感线圈的电流减小，根据楞次定律可知，为了阻碍电感线圈中的电流减小，感应电流的方向与原电流方向相同，如图所示。随着原电流的减小，感应电流也逐渐减小，所以通过小灯泡L1的电流方向不变且逐渐减小，故A正确，B错误；断开开关后感应电流通过小灯泡L2的方向与原电流方向相反，电流逐渐减小，故C、D错误。 5.某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是(　　) A.未接导线时，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 B.未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用 C.接上导线后，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 D.接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用 答案　D 解析　未接导线时，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势，但不构成闭合回路，故不产生感应电流，不受安培力作用，A、B错误；接上导线后，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势，在闭合回路中产生感应电流，受到安培力的作用，是电磁阻尼的表现，C错误，D正确。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $