第7.1节 自感现象和涡流现象（原卷版）

第七章·电磁感应定律的应用第1节自感现象和涡流现象◎目标导航学问要点难易度1.自感：线圈因自身电流变化而产生的电磁感应

2.通电、断电自感现象

3.涡流：变化的磁场产生涡旋电场，产生涡旋电流4.涡流的利用：冶炼炉、电磁阻尼；防止：变压器的硅钢片★★★★★★★★★◎学问精讲一、自感1．线圈的电学符合和特性带铁芯线圈和无铁芯线圈的电学符号：铁芯可以增加磁场。(a)原线圈磁通量增大时，感应电流的磁通量相反(b)原线圈磁通量减小时，感应电流的磁通量相同2．自感现象如图甲所示，首先闭合后调整，使亮度相同，然后断开开关。再次闭合，灯泡马上发光，而跟线圈串联的灯泡却是渐渐亮起来的。如图乙所示电路中，选择适当的灯泡和线圈，使灯泡的电阻大于线圈的直流电阻。断开时，灯并非马上熄灭，而是闪亮一下再渐渐熄灭。图甲试验叫通电自感。在闭合开关的瞬间，通过线圈的电流发生变化而引起穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，通过灯泡的电流只能渐渐增大，所以只能渐渐变亮。图乙试验叫断电自感。断开的瞬间，通过线圈的电流减弱，穿过线圈的磁通量很快减小，线圈中消灭感应电动势。虽然电源断开，但由于线圈中有感应电动势，且和组成闭合电路，使线圈中的电流反向流过灯，并渐渐减弱由于的直流电阻小于灯的电阻，其原电流大于通过灯的原电流，故灯闪亮一下后才渐渐熄灭。由于通过线圈自身的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势的现象叫自感现象。3．自感电动势定义：由于自感而产生的感应电动热叫自感电动势。线圈又叫自感器。作用：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。（楞次定律）方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化；（楞次定律）当原来电流增大时，自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。大小：跟通过线圈的电流变化率ΔIΔt（E自=LΔIΔt自感和电阻的比较：电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量。电阻R对电流有阻碍作用，电感L对电流的变化有阻碍作用。4．自感现象的应用和防止①应用：日光灯电路中的镇流器、高铁上方的受电弓从接触线猎取电能等。②防止：在切断自感系数很大、电流很强的电路的瞬间，会产生很高的自感电动势，形成电弧；制作精密电阻时，接受双线绕法来消退自感现象。例1.如图的是自感现象的试验装置，A是灯泡，L是带铁芯的线圈，E为电源，K是开关。下述推断正确的是（）（A）K接通的瞬间，L产生自感电动势，K接通后和断开瞬间L不产生自感电动势（B）K断开的瞬间L产生自感电动势，K接通瞬间和接通后L不产生自感电动势（C）K在接通或断开的瞬间L都产生自感电动势，K接通后L不再产生自感电动势（D）K在接通或断开瞬间以及K接通后，L始终产生自感电动势例2.如图所示，两个电阻均为R，线圈L的电阻及电池内阻均可忽视，S原来断开，电路中的电流I0=E2R。现将A．使电路的电流减小，最终由I0减到零B．有阻碍电流增大的作用，最终电流小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流还是增大，最终变为2I0二、涡流1．涡流现象当线圈中的电流随时间变化时，线圈四周的任何导体中都会产生感应电流，电流在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。2．涡流产生缘由:涡流本质上是一种特殊的电磁感应现象，当把块状金属放在变化的磁场中，或者让它在非均匀磁场中运动，金属块内就产生感应电流，由于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状况下很小，所以产生的涡流通常是很强的。3．涡流的利用:①真空冶炼炉用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中就产生涡流。涡流产生的热量使金属达到很高的温度并熔化。利用涡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。电磁炉也是利用涡流加热，电磁炉只能使用铁质锅具。(a)冶炼炉 (b)电磁阻尼(c)电磁驱动②电磁阻尼当导体在磁场中运动时，假如导体中消灭涡流，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。电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快的停下来，就是电磁阻尼作用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。③电磁驱动假如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。电磁驱动的缘由分析：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。（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）感应电动机、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。4．涡流的防止:①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，不仅铺张了能量，还可能损坏电器，因此，要想方法减小涡流。为了达到减小涡流的目的，接受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。②由于两根平行导线中的电流方向相反，它们的磁场可以相互抵消。例3.电磁阻尼可以无磨损地使运动的线圈快速停下来。如图所示，扇形铜框在绝缘细杆作用下绕转轴O在同一水平面内快速逆时针转动，虚线把圆环分成八等份，扇形铜框恰好可以与其中份重合。为使线框快速停下来，试验小组设计了以下几种方案，其中虚线为匀强磁场的抱负边界，边界内磁场大小均相同，其中最合理的是（）（A）（B）（C） （D）◎考点题型考点01带自感电路中灯泡的亮暗推断【方法总结】在进行电路分析时，如何推断电路中电流大小变化①假如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，闭合稳定后，若不考虑线圈的直流电阻，则灯泡不亮，流过线圈的电流较大。在断开的瞬间，灯泡和线圈构成了闭合回路，其中线圈中电流的流向不变，其大小只能在原来大小的基础上减弱。例4.如图所示，线圈L的自感系数很大，且其直流电阻可以忽视不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，开关S闭合和断开的过程中，灯L1、L2的亮度变化状况是（灯丝不会断）（）（A）S闭合，L1亮度不变，L2很亮（B）S断开，L2渐渐熄灭，L1渐渐变亮（C）S断开，L2马上熄灭，L1亮一下再熄灭（D）S闭合，L1亮度不变，L2亮度渐渐变亮，最终两灯一样亮例5.演示自感现象的电路如图所示，电源电动势为E，内阻不行忽视，L为电感线圈，R为定值电阻。闭合开关S，电路稳定时，两只完全相同的灯泡A1、A2亮度相同，下列说法正确的是（）（A）闭合开关S时，A1、A2同时变亮（B）闭合开关S时，A1渐渐变亮，A2马上变亮然后亮度保持不变（C）若断开开关，A1渐渐变暗，A2闪亮一下再渐渐变暗（D）若断开开关，A1、A2同时渐渐变暗考点02自感电动势引起的电流变化的推断【方法总结】如图所示电路中，当开关断开后，灯泡是否会闪亮一下？闪亮一下的条件是什么？设开关闭合时，电源路端电压为，线圈的电阻为，灯泡的电阻为，则通过线圈的电流为，通过灯泡的电流为。当开关断开后，线圈和灯泡组成的回路中的电流从开头减弱。若，有，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，断开开关后，通过灯泡的电流减小，灯泡不会闪亮一下。如图用电流传感器收集开关断开前后通过灯泡A、线圈L的电流IA、IL随时间变化的数据：（1）若RL=RA相等，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？（2）若RL远小于RA，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？例6.如图，平行导轨左端接有电阻和线圈，导体棒MN与导轨垂直，其右侧存在垂直于纸面的匀强磁场，MN保持向右做匀速运动，且与导轨接触良好，则MN中电流随时间变化的图像可能正确的是（）（A）（B）（C） （D）例7.图甲所示电路，开关闭合。流过电感线圈的电流为，流过灯泡的电流为，且。在时刻将断开，流过灯泡的电流随时间变化的图象可能是图乙中的（）◎归纳总结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A1、A2同规格，R＝RL，L较大L很大(有铁芯)现象在S闭合瞬间，A2马上亮起来，A1灯渐渐变亮，最终一样亮在开关S断开时，A灯渐渐熄灭缘由由于开关闭合时，流过电感线圈的电流快速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2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，阻碍了电流的减小，使电流连续存在一段时间，在S断开后，通过L的电流反向通过灯A，A灯不会马上熄灭，若RL＜RA，原来的IL＞IA，则A灯熄前要闪亮一下，若RL≥RA，原来的电流IL≤IA，则A灯渐渐熄灭，不再闪亮一下能量转化电能转化为磁场能磁场能转化为电能◎巩固练习1.关于自感现象，正确的说法是（）A．感应电流不肯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肯定较大C．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大D．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势也较大2.电磁阻尼现象演示装置如图所示，钢锯条上端固定在支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摇摆较长时间；若在其正下方固定一钢块（不与磁铁接触），则摇摆快速停止。下列说法正确的是（

）（A）假如将磁铁的磁极调换，重复试验将不能观看到电磁阻尼现象（B）磁铁下摆和上摆过程中磁铁和钢锯条组成的系统机械能均削减（C）磁铁在摇摆过程中与钢块没有相互作用力（D）若用铜块替代钢块，重复试验将不能观看到电磁阻尼现象3.安检门是一个用于平安检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流，假如金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。关于安检门的以下说法错误的是（）（A）安检门不能检查出毒贩携带的毒品（B）安检门能检查出旅客携带的金属水果刀（C）安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用了电流的磁效应（D）假如“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门能正常工作4.制造电阻箱时，要用双线绕法，如图所示。当电流变化时双线绕组（）（A）回路中肯定有自感电动势产生 （B）回路中肯定没有自感电动势产生（C）螺旋管内磁场发生变化 （D）穿过螺旋管的磁通量发生变化5.下列关于教材中四幅插图的说法，不正确的是（）（A）图甲中，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转的慢（B）图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频沟通电时，线圈中会产生大量热量，从而冶炼金属（C）图丙中，当人对着话筒讲话时线圈中会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理（D）图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，这是为了爱护电表指针，利用了电磁阻尼原理6.关于涡流，下列说法中错误是（）（A）真空冶炼炉是利用通电导线的发热来熔化金属的装置（B）家用电磁炉锅体中的涡流是由交变磁场产生的（C）阻尼摆摇摆时产生的涡流总是阻碍其运动（D）变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流7．微波炉中放一个鸡蛋，先被加热的是（）．A．炉内空气B．蛋壳C．蛋黄D．同时被加热8.（多选）如图所示的（）、（）两个电路中，电阻和自感线圈的电阻值都小，且小于灯泡的电阻，接通开关，使电路达到稳定，灯泡发光，则（）A．在电路（）中，断开后，将渐渐变暗B．在电路（）中，断开后，将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路（）中，断开后，将渐渐变暗D．在电路（）中，断开后，将先变得更亮，然后渐渐变暗9.图为一演示试验电路图，图中是一带铁心的线圈，是一灯泡，电键处于闭合状态，电路是接通的．现将电键打开，则在电路切断的瞬间，通过灯泡的电流方向是从_______端到________端．这个试验是用来演示_________现象的．10.变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不接受一块整硅钢，这是为了（）A．增大涡流，提高变压器的效率B．减小涡流，提高变压器的效率C．增大涡流，减小铁芯的发热量D．减小涡流，减小铁芯的发热量11.如图所示，灯、完全相同，带铁芯的线圈的电阻可忽视。则（）A．S闭合的瞬间，LA、LB同时发光，接着LA变暗，LB更亮，最终LA熄灭B．S闭合瞬间，LA不亮，LB马上亮C．S闭合瞬间，LA、LB都不马上亮D．稳定后再断开S的瞬间，LB熄灭，LA比LB（原先亮度）更亮12.如图所示，为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关的瞬间会有（）A．灯马上熄灭 B．灯渐渐熄灭C．灯突然闪亮一下再渐渐熄灭D．灯突然闪亮一下再突然熄灭13.（多选）图所示电路，线圈电阻不计，则（）A．闭合瞬间，板带正电，板带负电B．保持闭合，板带正电，板带负电C．断开瞬间，板带正电，板带负电D．由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述三种状况电容器两板都不带电14.在如图所示的四个日光灯的接线图中，为启动器，为开关，为镇流器。能使日光灯正常发光的是（）15.在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡和分别串联一个带铁芯的电感线圈和一个滑动变阻器。闭合开关后，调整，使和发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为。然后，断开。若时刻再闭合，则在前后的一小段时间内，正确反映流过的电流、流过的电流随时间变化的图像是（）16.（多选）下列磁场垂直加在金属圆盘上能产生涡流的是（）17.（多选）如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通。当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。对于这个延时开关的工作状况，下列说法中正确的是（）A．由于线圈的电磁感应作用，才产生延时释放的作用B．由于线圈的电磁感应作用，才产生延时释放的作用C．假如断开线圈的电键，无延时作用D．假如断开线圈的电键，延时将变长18.在制作精密电阻时，为了消退使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，接受双线并绕的方法，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．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消D．以上说法都不对19.在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是（）20.如图是用于观看自感现象的电路图，设线圈的自感系数较大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RL≪R，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观看到（）A．灯泡马上熄灭B．灯泡渐渐熄灭C．灯泡有明显的闪亮现象D．只有在RL≫R时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象21.（多选）下列器具的工作原理与涡流有关的是（）A．家用电磁炉B．家用微波炉C．变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片粘在一起D．风扇转动时扇叶与空气摩擦发热22．下列关于涡流的说法中正确的是（）A．涡流跟平经常见的感应电流一样，都是由于穿过导体的磁通量变化而产生的B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C．涡流有热效应，但没有磁效应D．在硅钢中不能产生涡流23．如图所示的电路，L为自感线圈，R是一灯泡，当S闭合的瞬间，通过灯泡的电流方向是________。当S断开的瞬间，通过灯泡的电流方向是________。