2022届高三物理一轮复习疑难突破-电磁感应的应用实例（如自感等）

一.必备知识

1.互感现象

两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场

会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互

感电动势。

2.自感现象

(1)定义：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。

(2)自感电动势

①定义：由于自感而产生的感应电动势。

②表达式：E=L^O

③自感系数L

相关因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关。

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单位：亨利(H),1mH=10-H,lpH=IO-HO

(3)自感现象的四大特点

①自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。

②通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。

③电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。

④线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进

行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。

(4)自感中“闪亮”与“不闪亮”问题

与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡

一^---

电路图一~(g>———

------1-----1，•

电流突然增大，灯泡立刻变亮，

通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮然后电流逐渐减小达到稳定，灯

泡比刚通电时暗些

电路中稳态电流为/hh

①若/2W/1,灯泡逐渐变暗；

电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，

断电时②若/2＞人，灯泡闪亮后逐渐变

电流方向不变

暗。两种情况灯泡中电流方向均

改变

(5)分析、解决问题的要诀

①通电自感：线圈相当于一个变化的电阻——阻值由无穷大逐渐减小，通电

瞬间自感线圈处相当于断路。

②断电自感：断电时自感线圈相当于电源，电流由恰好断电前的值逐渐减小

到零。

③断电自感现象中电流方向是否改变的判断：与线圈在同一条支路的用电器

中的电流方向不变；与线圈并联的用电器中的电流方向改变。

④电流稳定时，自感线圈就是导体，是否需要考虑其电阻，根据题意而定。

3.涡流：如果穿过导体的磁通量发生变化，由于电磁感应，导体内会产生感

应电流，这种电流像水中的漩涡，所以叫作涡电流，简称涡流。

4.电磁阻尼：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的运动，这种现象称为电磁阻尼。

5.电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，它使导

体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。

交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。

电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用。

二.典型例题

题型一：自感现象原理及应用

例1.如图所示，电路中有三个相同的灯泡L、Lz、L3,电感线圈L的电阻可忽略，D为

理想二极管。下列说法正确的是（）

A.闭合开关S的瞬间，L3立即变亮，L、L2逐渐变亮

B.闭合开关S的瞬间，Lz、Ls立即变亮，L逐渐变亮

C.断开开关S的瞬间，立即熄灭，L先变亮一下然后才熄灭

D.断开开关S的瞬间，L。立即熄灭，Ls先变亮一下然后才熄灭

答案B

解析开关S闭合的瞬间，由于自感线圈/产生自感电动势，L逐渐变亮，而L2、Ls立

即变亮，故A错误，B正确。断开开关S的瞬间，线圈/和L、Ls构成回路，因原来L、L3

两支路电流相等，所以L、L3逐渐熄灭，L?立即熄灭，故C、D错误。

例2.（多选）如图所示是一种延时开关，当力闭合时，电磁铁尸将衔铁〃吸下，。线路

接通。当Si断开时，由于电磁感应作用，。将延迟一段时间才被释放。下列说法正确的是

（）・，，，，，，，，，«，，，，，，

A.由于4线圈的电磁感应作用，才产生延时释放。的作用

B.由于8线圈的电磁感应作用，才产生延时释放。的作用每劭七

c.如果同时断开6线圈的开关S2,无延时作用Sl\rr^L匹

D.如果同时断开8线圈的开关S2,延时将变长

解析当Si断开时，在A线圈中只会产生自感电动势而不会产

生感应电流，所以不会产生磁场，故起延时作用的是5线圈。如果8线圈的开关S2也断开，

同样只会产生自感电动势而不会产生感应电流，故不会产生磁场，无延时作用。选项B、C

正确。

答案BC

题型二：电磁阻尼

例3.（2017•全国卷I）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。

为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，

并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加

恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（）

紫铜薄板,

解析底盘上的紫铜薄板出现扰动时，其扰动方向不确定，在C这种情况下，紫铜薄板

出现上下或左右扰动时，穿过薄板的磁通量难以改变，不能发生电磁感应现象，没有阻尼效

应；在B、D这两种情况下，紫铜薄板出现上下扰动时，也没有发生电磁阻尼现象；在A这

种情况下，紫铜薄板出现上下或左右扰动时，都发生电磁感应现象，产生电磁阻尼效应，A

正确。

题型三：电磁驱动

例4.某种超导磁悬浮列车利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期

性地变换磁极方向而使列车获得推进动力。其推进原理可以简化为如图所示的模型：在水平

面上相距6的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的匀强磁场，大小分别为8和5,

方向相反，且氏=5=6,每个磁场的长都是a,相间排列，所有这些磁场都以速度r向右匀

速运动。这时跨在两导轨间的长为b、宽为a的金属框仞磔(悬浮在导轨正上方)在磁场力作

用下也将会向右运动。设金属框的总电阻为R,运动中所受到的阻力恒为九

(1)求列车在运动过程中金属框产生的最大电流；

⑵求列车能达到的最大速度；

(3)简述要使列车停下可采取哪些可行措施。

解析(1)开始时金属框产生的电流最大，设为4,则由题意得4=掌。

(2)分析列车受力可得a=--，当列车速度增大时，安培力变小，加速度变小，当a=

m

2Rhv—v

0时，列车速度达到最大，有尸=£而尸=2比----L—

Rf

解得Vin-V—4"。

(3)切断电源、改变磁场的运行方向、增大阻力。

答案⑴竿⑵「,⑶见解析

题型四：互感

甲乙

铁芯上，4环中电流力随时间方的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是（）

A.右时刻，两环间作用力最大

B.。和友时刻，两环相互吸引

C.G时刻两环相互吸引，必时刻两环相互排斥

D.6和友时刻，两环相互吸引

解析心时刻8环中感应电流为零，故两环间无相互作用，A错误；友时刻/环中电流

在减小，则8环中产生与力环中同向的电流，故两环相互吸引，同理友时刻两环也相互吸

引，故B正确，C错误；友时刻/环中电流为零，两环无相互作用，D错误。

答案B

例6.（2020•天津卷多选）手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感

应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利

用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受

电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中（）

A.送电线圈中电流产生的磁场呈现周期性变化

B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变受电线圈

C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递送电线圈

D.手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失

解析由题意可知送电线圈中通入了正弦式交变电流，可知电流产生的磁场呈周期性变

化，A正确；由变压器的工作原理可知，受电线圈中输出的电流呈周期性变化，因此受电线

圈中感应电流产生的磁场随电流的变化而变化，B错误；送电线圈和受电线圈的能量传递是

通过互感现象实现的，C正确；由于送电线圈产生的磁场并没有全部穿过受电线圈，因此该

充电过程存在能量的损失，D错误。

答案AC

题型五：涡流

例7.如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯

水。给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是

（）

A.恒定直流、小铁锅

B.恒定直流、玻璃杯

C.变化的电流、小铁锅

D.变化的电流、玻璃杯

解析通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，

通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在

导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所

以玻璃杯中的水不会升温，故C项正确。

答案C

题型六：电子感应加速器

例8.现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的

设备。电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁线圈通以变化

的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空

盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下加速。如图所示（甲图为侧视图、乙

图为真空室的俯视图），若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动,当电磁铁线圈通有图

中所示的电流时（）

真

A.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，真

空

空

室

电子将加速室

B.若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，

电子将加速

C.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，

电子将加速

解析当电磁铁线圈通有题图所示的电流时，由安培定则可知将产生向上的磁场，当电

磁铁线圈中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，真空盒空间内将产生顺时针方向的

感生电场，电子沿逆时针运动，电子将加速，A项正确，B、C两项错误；由于电子被“约

束”在半径为火的圆周上运动，被加速时电子做圆周运动的周期减小，D项错误。

答案A

三.举一反三，巩固练习

1.（人教版选择性必修第二册•P39•演示实验改编）（多选）如图所示，两个灯泡Al和A2

的规格相同，阳与线圈Z串联后接到电路中，A?与可变电阻火串联后接到电路中。先闭合开

关S,调节兄使两个灯泡的亮度相同，再调节兄，使它们正常发光，然后断开开关S,下列

说法正确的是（）

A.重新接通电路，Ai、A?同时亮_____&

B.重新接通电路，儿逐渐变亮.心，卜

c.接通电路，一段时间电路稳定后再次断开s,肌、A2R「

逐渐熄灭ES«，

D.接通电路，一段时间电路稳定后再次断开S,A?闪亮一下再熄灭

答案BC

解析重新接通电路，由于/有自感电动势产生，阻碍电流增大，所以人逐渐变亮，而

Az立即变亮，故A错误，B正确。再次断开S,由、Az与/、R构成回路，工相当于电源，因原

来两支路电流相等，所以不会出现Az闪亮一下再熄灭的现象，4、船都会逐渐熄灭，故C正

确，D错误。

★2（人教版选择性必修第二册・P,「T3改编）如图所示，线圈L的自感系数很大，且其

电阻可以忽略不计，L、L是两个完全相同的小灯泡，随着开关S闭合和断开的过程中，L、

L的亮度变化情况是（灯丝不会断）（）

L,

A.S闭合，L亮度不变，Lz亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开，Lz立即不亮，L,

逐渐变亮

B.S闭合，L亮度不变，Lz很亮；S断开，L、Lz立即不亮

C.S闭合，L、Lz同时亮，而后L逐渐熄灭，Lz亮度不变；S断开，L立即不亮，L亮一

下才灭

D.S闭合，L、Lz同时亮，而后L逐渐熄灭，Lz则逐渐变得更亮；S断开，Lz立即熄

灭，L亮一下才灭

答案：Do

解析：S闭合瞬间，自感线圈L相当于一个大电阻，以后阻值逐渐减小到0,所以观察

到的现象是灯泡L和L同时亮，以后L逐渐变暗到熄灭，Lz逐渐变得更亮。S断开瞬间，自

感线圈相当于一个电动势逐渐减小的内阻不计的电源，它与灯泡L组成闭合回路，所以L?立

即熄灭，L亮一下才熄灭。所以A、B、C错误，D正确。

3.如图是用电流传感器（电流传感器相当于电流表，其电阻可以忽略不计）研究自感现象

的实验电路，电源的电动势为E,内阻为r,自感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻值

大于灯泡D的阻值，在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后，在t=友时刻断开开关S,

在下图所示的图像中，可能正确表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的是（）

答案B

解析在t=0时刻，闭合开关的瞬间，由于自感线圈L产生自感电动势，自感线圈相

当于一个阻值很大的电阻，灯泡中有一定的电流通过；随着自感线圈L电动势的逐渐减小，

自感线圈的等效阻值逐渐减小，直至减小到其直流电阻值，线圈与灯泡并联电路两端的电压

逐渐减小至稳定值，故灯泡中的电流逐渐减小至稳定值，A、D错误。当在力时刻断开开

关S时，线圈产生自感电动势，线圈中的电流与原来的电流方向相同，它与灯泡组成的电路

中，感应电流沿逆时针方向，故灯泡的电流方向与原来相反，为负值；线圈的直流电阻大于

灯泡D的阻值，故/=6时刻灯泡中的电流比稳定时要小一些，然后电流随自感电动势的减

小而慢慢减小到0,故B正确，C错误。

4.如图a、b所示的电路中，电阻E和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电

阻，接通S,使电路达到稳定，灯泡A发光，贝!!()

图|)

A.在电路a中，断开S,A将立即熄灭

B.在电路a中，断开S,A将先变得更亮，然后渐渐变暗

C.在电路b中，断开S,A将渐渐变暗

D.在电路b中，断开S,A将先变得更亮，然后渐渐变暗

答案D

解析在电路a中，断开S,由于线圈阻碍电流变小，导致灯A将逐渐变暗，因为断开

前后通过灯A的电流一样，灯不会变得更亮，故A、B错误；在电路b中，由于电阻月和自

感线圈L的电阻值都很小，所以电路稳定时，通过灯泡A的电流比通过线圈的电流小得多，

断开S时，由于线圈阻碍电流变小，导致灯泡A先变得更亮，然后逐渐变暗，故C错误，D

正确。

5.用电阻丝绕制标准电阻时，常在圆柱陶瓷上用如图所示的双线绕制方法绕制，其主要

目的是（）

A.制作无自感电阻B.增加电阻的阻值

C.减少电阻的电容D.提高电阻的精度

答案A

解析两个线圈绕向相同，但是通过的电流方向相反，根据安培定则可知两线圈产生的

磁场方向相反，导线中通过的电流相等，所以产生的磁场相互抵消，螺线管内无磁场，从而

制作成无自感电阻，故A正确，B、C、D错误。

6.（多选）如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴M转动。从上向下看，当磁铁

逆时针转动时，贝！］（）

I

N：o,S

A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同

B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小

C.线圈转动时将产生交变电流

D.线圈转动时感应电流的方向始终是a6c曲

解析由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于

磁铁转动的角速度，故A项错误，B项正确；当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈

顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生交变电流，故C项正确，D项错误。

答案BC

7.（多选）如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物和示意图，下列说法中正确的是

A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场

B.有磁性的金属物才会被探测器探测到

C.探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流

D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流

解析在探测器内的探测线圈中通有交变电流时，线圈会产生交变磁场，在其外部的金

属中会激发出感应电流（涡流），不一定要求是有磁性的金属物，涡流的磁场反过来影响线圈

中的磁场，从而使探测器报警，故B、C错误，A、D正确。

答案AD

8.弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在

振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现（）

A.S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变

B.S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变

C.S闭合或断开，磁铁的振动幅度不变

D.S闭合或断开，磁铁的振动幅度均发生变化

解析当S闭合后，线圈构成闭合回路，当条形磁铁竖直运动时，穿过线圈的磁通量发

生变化，从而使线圈产生感应电流，由楞次定律可得，感应电流的磁场阻碍磁铁的运动，使

振幅减小，不闭合线圈，不会产生感应电流，振幅不变，故A项正确，B、C、D三项错误。

答案A

9.（多选）如图所示，A,8为大小、形状均相同且内壁光滑但用不同材料制成的圆管，

现将两圆管竖直固定在相同高度，将两个带相同磁性的小球同时从A管和8管上端管口处无

初速度释放，穿过力管的小球比穿过夕管的小球先落到地面。下列对于两管的描述可能正确

的是（）

AB

A.力管是用塑料制成的，9管是用铜制成的

B.力管是用铝制成的，8管是用胶木制成的

C.4管是用胶木制成的，5管是用塑料制成的

D./管是用胶木制成的，8管是用铝制成的

解析磁性小球穿过金属圆管的过程中，将圆管看作许多金属圆环，小球的磁场使每个

圆环中产生感应电流，根据楞次定律可知，金属圆管会阻碍小球的运动，则小球向下运动的

加速度小于重力加速度；小球在非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体

运动。由以上分析可知，8管中的小球后落地，说明6