2.3 自感现象与涡流 课件-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

null来看一下我们书本的这个迷你实验室。书本的迷你实验室是一节干电池，正极跟错刀的金属压在这个车道上，跑线跟负极连接，然后导线的另外一端直接在车道上摩擦，这产生的电火花比较小。那我今天改成了螺线管，来看这个螺线管，这实验装置也是一样的，原理都一样。螺线管跟这是小的电池盒，这样连接有没有构成回路？没有，同样我把锉刀拿起来，把这个鳄鱼夹夹到锉刀的一端上，另一条导线在车道上摩擦垫子。有没有黑的黑的就有没看到电影，有有没看到。电影上就等我，我可以。那为什么有些时候刚刚的那个好暗，现在又好亮很大，这是网红。都是直播一年。 第二章 电磁感应及其应用 Physics 能用法拉第电磁感应定律分析通电、断电时自感现象的成因以及能量转化 知道自感现象，能用自感解释简单的电磁现象，了解自感现象在生活中的应用 02 01 03 知道涡流现象，能解释涡流的成因，知道涡流现象的应用和危害 重难点 01 自感现象的理解与应用 当电流通过线圈时，会在线圈的内外会激发出磁场 如果线圈中的电流发生 变化，会使穿过自身线圈的磁通量发生变化，则该线圈是否也能产生电磁感应？ 情境导入 按图连接电路，闭合开关，调节R0 ，使小灯泡A1 、小灯泡A2的亮度相同，然后断开开关。再次闭合开关，观察小灯泡1和小灯泡2发光情况有什么不同。 开关闭合时小灯泡发光的变化 实验现象：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。 ？ 观察与思考 线圈电流 I 增大 磁通量Φ增大 I感与原电流 I 反向 电流I 缓慢增大 楞次定律 增反减同 B原增大 B感 总结：通电时，线圈电流增加，产生感应电动势阻碍原电流增大 B原 E感 讨论与交流 开关断开时灯泡发光的变化 断开开关，观察小灯泡发光有什么变化。 实验现象： S断开时，A 灯突然闪亮一下才熄灭。 ？ 观察与思考 线圈电流 I 减小 磁通量Φ减小 I感与原电流 I 同向 电流I 缓慢减小 楞次定律 增反减同 开关断开 总结：断电时，线圈电流减小，产生感应电动势阻碍原电流减小 B原减小 E感 讨论与交流 自感现象和自感电动势 这种由线圈自身的电流变化所产生的电磁感应现象称为 自感现象 这种由线圈自身的电流变化所产生的感应电动势称为 自感电动势 自感电动势与电流变化有什么关系呢？ 自感电动势总是要阻碍导体自身的电流发生变化 核心知识 对特定线圈n、S是定值 自感电动势 自感电动势大小 E=n =nS B E E=L 电流变化率 比例系数， 称为自感系数 核心知识 自感系数 L：简称自感或电感 单位：亨利，简称亨，符号H，1H=103 mH =106μH E=L 自感系数L 线圈的自感与线圈的形状、横截面积、长短、匝数、有无铁芯等因素有关 线圈的横截面积越大，单位长度匝数越多，线圈越长，它的自感就越大。将铁芯插入线圈，会使线圈的自感大大增加。 收音机里的自感线圈 核心知识 生活、生产中的自感现象 插头从插座上插、拔时，会经常看到插头与插座之间有电火花产生 无轨当道路不平车身颠簸时，“辫子”瞬间脱离电网线，在“辫子”与电网线之间就会闪现出电火花 核心知识 自感现象的应用 煤气热水器点火器 燃气灶点火器 汽车发动机点火器 电焊 日光灯启动 收音机中的电磁振荡电路 核心知识 一节电池也能产生电火花 你观察到了什么现象？想想看，为什么会发生这一现象？ 自感的危害与防止 危害：电弧火花，烧蚀开关。 措施：油浸开关防止电火花产生 双线绕法，磁场可以互相抵消 核心知识 1.(多选)(2025·莆田市高二期末)如图所示，是研究自感通电实验的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合开关，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。重新闭合开关S，则 A.闭合瞬间，A1立刻变亮，A2逐渐变暗 B.闭合瞬间，A2立刻变亮，A1逐渐变亮 C.稳定后，L和R两端电势差一定相同 D.稳定后，A1和A2两端电势差不相同 √ √ 例题 闭合瞬间，通过线圈L的电流增大，线圈L中要产生自感电动势阻碍电流的增大，所以A1逐渐变亮，A2立刻变亮，故A错误，B正确； 稳定后，两个灯泡的亮度相同，都正常发光，说明两灯泡两端的电压相同，则L和R两端电势差一定相同，故D错误，C正确。 2.(2025·三明市高二期末)如图为研究自感现象的电路图。灯1、2完全相同，线圈L自感很大，稳定时其阻值与灯1、2相同。闭合开关，调节R0使灯1、2亮度相同。当开关断开时 A.灯1、2同时熄灭 B.流过灯1的电流方向向左 C.灯2先熄灭，灯1后熄灭 D.灯1闪亮后逐渐熄灭，灯2立即熄灭 √ 例题 当开关断开时，灯2立即熄灭，由于L中产生自感电动势阻碍电流的减小，则L相当电源，与灯1重新组成新的回路，使得灯1逐渐熄灭，此时通过灯1的电流方向向右；因为线圈L阻值与灯1、2相同，则稳定时通过线圈L的电流与通过灯1的电流相等，则当开关断开时灯1不会闪亮，故选C。 3.(多选)如图所示，用电流传感器研究自感现象。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值。t=0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机 分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图像。下列图像中可能正确的是 √ √ 例题 当t=0时刻闭合开关S的瞬间，电路中的电流突然增大，在L中要产生自感电动势阻碍电流的增加，所以L中的电流会逐渐增加到稳定值；而电阻R上，开始时由于L中的自感电动势很大，L相当于断路，所以流过R的电流会较大，然后随时间逐渐减小到稳定值。由于L的直流电阻小于电阻R的阻值，所以稳定时电阻R中的电流小于L中的电流，两者方向相同，都是从左向右；当t1时刻断开S时，R中原来的电流立即减小到零，但是L中由于自感电动势阻碍电流的减小，所以此电流会在L和R中形成回路，然后逐渐减到零，其流过R的电流方向与原来方向相反，故A、D正确，B、C错误。 1.自感现象的“三种状态”“一个特点” (1)三种状态 ①线圈通电瞬间可把自感线圈看成断路。(可以理解为线圈电阻从无穷大逐渐减小) ②断电时自感线圈相当于电源(电流方向与原来线圈中方向相同)。 ③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈的电阻为0，相当于短路。 (2)一个特点 在发生自感现象时，线圈中电流不发生“突变”。 总结提升 2.并非所有断电自感现象均会出现灯泡“闪亮”的现象，是否出 现“闪亮”的现象取决于电路稳定时，与线圈并联的小灯泡所在支路电流的大小和通过线圈的电流的大小二者的关系，若线圈电流大，则会出现灯泡“闪亮”现象，否则不会出现“闪亮”现象。 3.断电自感现象中，在断开开关后，灯泡仍然会亮一会儿，并不违背能量守恒定律，本质是储存在线圈的磁场能转化为电能。 总结提升 02 涡流及其应用 神奇的加热现象 情境导入 当一金属块放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就会产生感应电流。这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像漩涡一样。我们把这种感应电流称为涡电流，简称涡流。 涡流 B i ~ 核心知识 涡流的应用 　电磁炉内的铜线线圈 涡流的热效应：金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。 电磁炉 高频感应炉 核心知识 金属探测仪 B1 B2 涡流i2 涡流的应用 探雷器 涡流的磁效应：涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。 ~ i1 感应电流i2′ 核心知识 涡流的防止 电动机、变压器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。 途径一：选电阻率高的硅钢作为铁芯材料。 途径二：硅钢片涂以绝缘材料，再如图所示叠放在一起，形成铁芯，减小导电面积 核心知识 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？ 答案　电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上变化极快的电流时，在线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使锅底产生涡流，铁锅迅速发热。 讨论与交流 (1)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。 (　　) (2)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。(　　) (3)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。(　　) (4)涡流有热效应，但没有磁效应。(　　) × √ × × 辨析 4.(多选)(2024·泉州市第七中学高二检测)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有 A.增加线圈的匝数 B.提高交流电源的频率 C.将金属杯换为瓷杯 D.取走线圈中的铁芯 √ √ 例题 当线圈中通以交变电流时，在金属杯中将产生感应电动势和感应电流， 根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势E=N=NS，增加线圈的 匝数可以提高交流电产生的感应电动势，则感应电流的功率增大，使杯内的水沸腾所需的时间缩短；提高交流电源的频率，磁感应强度的变化率变大，感应电动势变大，感应电流的功率增大，A、B正确； 将金属杯换为瓷杯后，由于陶瓷不是导体，因此瓷杯中不能产生感应电流，无法给水加热，C错误； 取走线圈中的铁芯，使得线圈周围的磁场变弱，磁感应强度变化率减小，感应电动势变小，从而使杯内的水沸腾所需的时间延长，D错误。 自感现象与涡流 自感现象的理解及应用 自感电动势 自感现象的应用 涡流及其应用 自身线圈的电磁感应现象 金属块的电磁感应现象 电磁感应现象 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $null充电之后放进去的金属被瞬间加热，但对人体却起不到任何作用，这就是神奇的电磁感应加热现象。事实上这是一种应用电磁感应加热导体材料的方法，在这个系统中涉及的组件是交流电源、感应线圈和带加热部件。当高频交流电通过线圈时会产生围绕线圈的交变磁场，然后将工件放置在线圈内。由于工件也是一个导体，磁场穿过线圈中的工件产生感应电流，形成一个闭合回路，被称为涡流。当涡流在材料表面流动时，让金属内部电子非常活跃，相互碰撞摩擦，这样就会导致材料升温，这就是线圈内导电材料被加热的原因。我们日常中用的家用电磁炉应用的也是感应加热原理，但只有导电的材料才能应用感应加热。感应加热器的最大优点是效率，高热量，可以非常高效率的传递，传递效率可以高达60%，而不是像我们传统燃气加热器那样，仅在火焰和材料之间的接触点传递。在加热材料的过程中，感应器与零架之间没有接触，也没有任何燃烧气体，可以用于粘合、硬化和软化金属或其他导电材料，甚至可以用来加热锈蚀的螺丝，你们说这样的感应加热器可以用电磁炉改装一个吗？