知识讲解 互感和自感、涡流

互和感涡编稿：张金虎审：代洪【习标、知道什么是互感现象和自感现象。、知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。、能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因。、知道涡流是如何产生的，知道涡流对人类有利和有害的两方面，以及如何利用涡和防止涡流。【点理要一互现两个线圈之间没有导线相连当一个线圈中的电流变化时所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象称为互感，产生的感应电动势叫互感电动势。要诠：（1互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。（2）互感现象可以把能从一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。（3在子电路中互感现象有时会影响电的正常工作设法减小电路间的互感。要二自现．验如图甲所示首闭合后节使、12

亮度相同然断开开关再闭合S灯泡A立发光，而跟线圈L串联灯泡却逐渐亮起来的。2如图乙所示电路中，选择适当的灯泡

A

和线圈

L

，使灯泡

A

的电阻大于线圈

L

的直流电阻。断开

S

时，灯

A

并非立即熄灭，而是闪亮一下再逐渐熄灭。图甲实验叫通电自感。在闭合开关

S

的瞬间，通过线圈

L

的电流发生变化而引起穿过线圈

L

的磁通量发生变化，线圈

L

中产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，通过灯泡

1

的电流只能逐渐增大，所以

1

只能逐渐变亮。图乙实验叫断电自感。断开

S

的瞬间，通过线圈

L

的电流减弱，穿过线圈的磁通量很快减小线圈

L

中出现感应电动势虽电源断由于线圈

L

中有感应电动势且和

A组成闭合电路，使线圈中的电流反向流过灯

A

，并逐渐减弱由于

L

的直流电阻小于灯

A

的电阻，其原电流大于通过灯

A

的原电流，故灯闪亮一下后才逐渐熄灭。

．论由于通过线圈自身的电流发生变化时圈本身产生感应电动势的现象叫自感现象于自感而产生的感应电动热叫自感电动势。要诠：．感动的用总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。．感动的向自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化原来电流增大时感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。．感动大：自

，大小由电流变化的快慢和自感系数

L

决定。要三自系自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量自感或电感要诠：

L

表示。（1大小：线圈长度越长，线圈横截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大；线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。（2）物理意义：表征线产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在1内变lA时生的自感电动势的大小。（3）单位：亨利（符号

H

亨

103

毫亨=

微亨（

3mH

要四自现的用防．用电感线圈可以把电能转化为磁场能储存起来，也可以把储存的磁场能转化为电能；当自感系数很大时，可以产生自感电动势，增大电路的瞬时电压。电感线圈可以延续电流的变化时间到一定的稳定电流的作用交流电路中常用电感线圈来通直流阻交流低阻高频感线圈在各种电器设备和无线电技术中应用广泛，如日光灯电路中的镇流器、

LC

振荡电路等。．害防：切断自感系数很大、电流很强的电路的瞬间，会产生很高的自感电动势形电弧，危及工作人员设备安全这电路中应采用特别的开关；制作精密电阻时，采用双线绕法来消除自感现象。要五电和阻比．碍用电阻

对电流有阻碍作用，电感

L

对电流的变化有阻碍作用。．小素电阻越大对电流的阻碍越大生电势差越大感越大电流的阻碍作用越大，产生的自感电动势越大。．定素电阻

决定于导体长度、横截面积、材料电阻率；电感

L

决定于线圈长度、横截面积、匝数、有无铁芯等。．系电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量。

要六线对化流阻作与稳电的碍用的较．种碍用生原不线圈对稳定电流的阻碍作用由绕制线圈的导线的电阻决定稳电流阻碍作用的产生原因是属对定向运动电的阻碍作用线圈对变化电流的阻碍作用是由线圈的自感现象引起的当通过线圈中电流变化时过线圈的磁通量发生变化生自感电动势，阻碍线圈中电流变化。．种碍用生效不在通电线圈中，电流稳定值为

RL

，由此可知，线圈的稳态电阻决定了电流的稳定值。

L

越大电由零增大到稳定值的间越长也就是说线圈对变化电流的阻碍作用越大，电流变化的越慢。总之，稳态电阻决定了电流所能达到的稳定值化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间。要七在电感，泡否亮下判方如图所示电路中开关断开后泡是否会闪亮一下？闪亮一下的条件是什么？设开关闭合时，电源路端电压为

U

，线圈的电阻为

L

，灯泡的电阻为

A

，则通过线圈的电流为

IL

UL

通灯泡的电流为

I

U

当关断开后线和灯泡组成的回路中的电流从

I

L

开始减弱。若

＞AL

，有

I＜A

L

，在断开开关的瞬间，通过灯泡的电流会瞬间增大，灯泡会闪亮一下。若

，有IALA

L

，断开开关后，通过灯泡的电流减小，灯泡不会闪亮一下。要八电中流小化判方在进行分析计算时，要注意：①如果电感线圈的直流电阻为零，那么电路稳定时可认为线圈短路；②在电流由零增大的瞬间可认为线圈断路。

如图所示，S闭稳定后，若不考虑线圈的直流电阻灯不亮流线圈的电流

I较大在断的间灯泡和线圈构成了闭合回路其线圈中电流的流向不变其小只能在原来大小的基础上减弱。要九涡当线圈中的电流随时间变化时圈附近的任何导体中都会产生感应电流流导体内自成闭合回路，很像水中的旋涡，把它叫做涡电流，简称涡流。要诠：．流生原:涡流是一种特殊的电磁感应现象把块状金属放在变化的磁场中者它在非均匀磁场中运动金属块内就产生感电流因金属块本身可自行构成闭合回路且块状金属导体的电阻一般情况下很小，所以产生的涡流通常是很强的。．流防:电动机、变压器的线圈中有变化的电流，因而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费了能量，还可能损坏电器，因此想办法减小涡流为达到减小涡流的目的，采用了电阻率大的硅钢做铁芯的材料，并把硅钢做成彼此绝缘的薄片，这样，就大大减小了涡流。．流利:用来冶炼合金钢的真空冶炼炉外有线圈线中通入反复变化的电流炉内的金属中就产生涡流流产生的热量使金属达到很高的温度并熔化用流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。要十电阻当导体在磁场中运动时如果导中出现涡流即感应电流则感应电流会使导体受到安培力作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象叫做电磁阻尼。要诠：电磁阻尼在实际中有很多应用本上讲的使电学仪表的指针很快的停下来是磁阻尼作用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。要十、磁动如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用叫做电磁驱动。电磁驱动的原因分析：如图所示，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量变化，线圈会跟着一起转动起来。要诠：（1线圈转动方向和磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁转速，即同向异步。（2）下一章要介绍的感电动机、家庭中用的电能表、汽车上用的电磁式速度表，就是利用这种电磁驱动。

【型题类一互现产的件例1．如图所示，在同一平面内的a、两圈，当开关

闭合和断开瞬间，

线圈中感应电流的方向如何？【答案】闭合瞬间，圈中产生顺时针方向的电流；断瞬间，圈中产生逆时针方向的电流【解析】本题考查楞次定律和互感现象的产生条件。当开关

闭合的瞬间，

线圈中有电流I通过，由安培定则可知其将在。线圈周围生磁场，该磁场从

线圈内垂直纸面穿出，使

线圈中的磁通量增大，由楞次定律可

线圈中将产生感应电流应电流的场方向应与线中电流产生的磁场方向相反即垂直纸面向里，再由安培定则可判定b中应电流方向应是顺时针方向。当开关断的瞬间流I所产生的磁场穿过线圈的磁通量减少，这线内将产生感应电流应电流的磁场方向与原磁场方向相同即垂直纸面向外由培定则可判定

中感应电流方向应是逆时针的。【总结升华感象是一种常的电磁感应现象不发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。举反【清堂法第磁应律例】【变式】关于自感现象，正确的说法是（）A感应电流不一定和原电流方向相反B线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大C．于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大D．于一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势也较大【答案A例2.如所示放的两条滑轨道上有可自由移动的金属棒

PQ

在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，所的运动可能是（）

A向右匀加速运动C．右匀减速运动【答案BC

B向左匀加速运动D向左匀减速运动【解析】这是一道涉及互感现象的问题，当

MN

棒中有感应电流，受安培力的作用而向右运动时，由左手定则可判断出MN中流的方向是M流N此电流在中产生1的磁场的方向是向上的。若

棒向右运动，由右手定则及安培定则可知

2

产生的磁场的方向也是向上的。由于L产的磁场方向与L产的磁场方向相同知产生的场的磁通量是减少的12

棒做的是向右的匀减速运动。C项是可能的。若

棒向左运动，则它产生的感应电流在

2

中产生的磁场是向下的，与

1

产生的磁场方向是相反的次定律可知如中的磁场是增强的棒的是向左的匀加速运动。B选是可能的。【总结升华】该题综合应用了左手定则手定则安定则和楞次定律。用手判别方向时务必分清使用左右手。【清堂法第磁应律例】【变式】如图所示，闭合金属环从高环初速为零，摩擦不计，则（）

的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，设闭合A

．若是匀强磁场，环滚上的高度小于

B

．若是匀强磁场，环上的高等于

CD

．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于

【答案BD

类二断自现例3．如图所示（a两个电路中，电阻R和自感线圈L的阻值都小，且小于灯泡

A

的电阻，接通开关

，使电路达到稳定，灯泡

A

发光，则（）A在电（

a

），断开

后，

A

将逐渐变暗B在电（a，开S，将先变得更亮，然后逐渐变暗C．电（b，断开后将逐渐变暗D．电（b中断开后A先变得更亮，然后逐渐变暗【答案AD【解析】本题考查了对断电时产生的自感电动势的阻碍作用的理解。在电路断开时感线圈的自感电动势阻碍原电流的减小时电感线圈在电路中相当于一个电源表现在两个方面一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致是在断电瞬间感动势所对应电流大小与原电流的大小相等后以此电流开始缓慢减小到零。（

a

）图中，灯

A

与电感线圈

L

在同一个支路中，流过的电流相同，当断开开关

时，灯

A

将逐渐变暗

）中，断开

时，

A

中的电流立即为零，但由于自感，电感线圈L中将维持本身的电流不变，且

I＞L

A

，所以灯亮一下才逐渐熄灭，综上述选A、。【总结升华在自感现象中断开关之后灯泡是立即熄灭还是过一会儿再熄灭看断开开关后电灯是否能与其他元件组成回路电路变成不闭合的电路灯一定立即熄灭。灯泡能否会闪一下，也要看题中的条件，若灯与电感线圈L原串联，电流大小相等，断开开关之后灯泡中的电流只能逐渐变小可出现闪一下情况灯泡与电感线圈

L

原来并联，且电路稳定时感中的电流远大于灯泡中的电流这断开开关后，灯泡中的电流有一个突然增大的瞬间，灯泡才会闪一下。举反【清堂法第磁应律例】【变式】图为一演示实验电路图，图中

L

是一带铁心的线圈，

A

是一灯泡，电键

K

处于闭合状态，电路是接通的．现将电键

K

打开，则在电路切断的瞬间，通过灯泡

A

的电流方向是从______端到________．这个实验是用来演_________现象的．

AA【答案】a，b，自感类三通自现例．如图所示，灯L、L完全相同，带铁芯的线圈L的阻可忽略。则（）AA

闭合的瞬间，

A

、

L

同时发光，接着

A

变暗，

L

更亮，最后

A

熄灭B

闭合瞬间，L不，L立亮ABC．S合瞬间，L、L都不立即亮ABD．定再断开

的瞬间，

L

熄灭，

A

比

L

（原先亮度）更亮【答案A【解析题考查通电自感现象分析键要知道纯电感线圈在电流稳定时相当于一根短路导线。

接通的瞬间，L支中电流从无到有发生变化，因此，L中生的自感电动势阻碍电流增加由有铁芯自感系数较大对电流的阻碍作用也就很强所接通的瞬

L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过

A

。所以

A

、

L

会同时亮。又由于三中电流很快稳定，感应电动势很快消失，

L

的阻值因为很小，所以对L起“短路”作用，因此便灭。这里电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，AL

会比以前更亮。【总结升华】分析自感现象时要抓住两点：一是线圈在电路中的位置二电路中原有电流的变化规律，如电流方向、电流突然变化的情况等。

类四正理自电势例．如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后灯泡正常发光，当断开开关

的瞬间会有（）A灯B灯

AA

立即熄灭慢慢熄灭C．A突闪亮一下再慢慢熄灭D．突然闪亮一下再突然熄灭【答案A【解析】本题考查对自感电动势的正确理解键看到断开开关，电路断路，线圈中虽然产生感应电动势，但不能形成感应电流，故灯

A

立即熄灭，故选。【总结升华】该题易和自感现象演示实验中的现象（灯闪亮一下再熄灭）相混淆成。自感现象中要形成感应流，电路必须是通路。举反【清堂法第磁应律例】【变式图示电路圈

L

电阻不计）A

闭合瞬间，

A

板带正电，

B

板带负电BS保闭合，A板正电，板负电C．S断瞬间，板正电，板带负电D．于圈电阻不计，电容器被短路，上述三种情况电容器两板都不带电【答案AC类五自现在路的用例6．图甲所示电路，开关S

闭合。流过电感线圈

L

的电流为

i1

，流过灯泡

A

的电流为i2

，且

i＞i1

。在时刻

t1

将

S

断开，流过灯泡

A

的电流随时间变化的图象可能是图乙中的

（）【答案D【解析】自感现象中的电流问题，既要考虑到电流的大小，又要考虑到电流的方向。断电自感现象中流过电感线圈的电流是瞬时不变的，这里的“不变”包括电流的大小和方向。由图甲所示知，在闭合的时候，流过灯泡、圈L的流方向都是自左向右的。在

断开的瞬间，流过

L

的电流大小仍为

i1

，方向仍是从左向右的，它与灯泡

A

构成串联回路，故流过灯泡

A

的电流大小变成i，方向变成右向左，与原来方向相反。1综合上述分析可知，本题的正确选项为D。【总结升华要住自感现象线圈中电流瞬时不变要既考虑电流大小又考虑电流方向。举反【清堂法第磁应律例】【变式】在如图所示的电路中，两个相同的小灯和L分串联一个带铁芯的电感1线圈

L

和一个滑动变阻器

。闭合开关

后，调整

，使

1

和

2

发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开

。若

t

'

时刻再闭合

，则在

t

'

前后的一小段时间内，正确反映流过

1

的

电流

i1

、流过

2

的电流

i2

随时间

t

变化的图像是（）【答案B类六自现的用防例．在如图所示的个日光灯的接线图中，为启动器，为关，L镇流器。1能使日光灯正常发光的是（）【答案AC【解析光工作时流过镇流器丝和启动器构成回路启器发出辉光，相当于启动器短路接通同电加热灯丝灯丝发射电子镇流器起控制电流的作用，之后启动器断开瞬间镇器产生大的自感电动势现一个高电压加在灯管两端灯管中的气体放电光时动器已无作用以动器可用手动的开关来代实操作时，因启动器丢失或损坏时，可手持带绝缘皮的导线短接启动后再断开，D图错误是灯管的灯丝短路。【总结升华光电路是自感象在实际中的主要应用生自感电动势的电路原件是镇流器。举反【清堂法第磁应律例】【变式】如图所示是一种延时开关，当

1

闭合时，电磁铁

将衔铁

D

吸下，

C

线路接通。当断开时，由于电磁感应作用，D将迟一段时间才被释放。对于这个延时开关1的工作情况，下列说法中正确的是（）

A

A

线圈的电磁感应作用生时释放

D

的作用B于

B

线圈的电磁感应作用生时释放

D

的作用C．果断开

B

线圈的电键

2

，无延时作用D．果开

B

线圈的电键

2

，延时将变长【答案BC例．在制作精密电阻时为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示。其原理是（）A当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消B当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消C