第7.1節(jié)自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象（原卷版）

第七章·電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用第1節(jié)自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象◎目標(biāo)導(dǎo)航知識要點(diǎn)難易度1.自感：線圈因自身電流變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)

2.通電、斷電自感現(xiàn)象

3.渦流：變化的磁場產(chǎn)生渦旋電場，產(chǎn)生渦旋電流4.渦流的利用：冶煉爐、電磁阻尼；防止：變壓器的硅鋼片★★★★★★★★★◎知識精講一、自感1．線圈的電學(xué)符合和特性帶鐵芯線圈和無鐵芯線圈的電學(xué)符號：鐵芯可以增強(qiáng)磁場。(a)原線圈磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁通量相反(b)原線圈磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁通量相同2．自感現(xiàn)象如圖甲所示，首先閉合后調(diào)節(jié)，使亮度相同，然后斷開開關(guān)。再次閉合，燈泡立刻發(fā)光，而跟線圈串聯(lián)的燈泡卻是逐漸亮起來的。如圖乙所示電路中，選擇適當(dāng)?shù)臒襞莺途€圈，使燈泡的電阻大于線圈的直流電阻。斷開時(shí)，燈并非立即熄滅，而是閃亮一下再逐漸熄滅。圖甲實(shí)驗(yàn)叫通電自感。在閉合開關(guān)的瞬間，通過線圈的電流發(fā)生變化而引起穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢阻礙線圈中電流的增大，通過燈泡的電流只能逐漸增大，所以只能逐漸變亮。圖乙實(shí)驗(yàn)叫斷電自感。斷開的瞬間，通過線圈的電流減弱，穿過線圈的磁通量很快減小，線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢。雖然電源斷開，但由于線圈中有感應(yīng)電動(dòng)勢，且和組成閉合電路，使線圈中的電流反向流過燈，并逐漸減弱由于的直流電阻小于燈的電阻，其原電流大于通過燈的原電流，故燈閃亮一下后才逐漸熄滅。由于通過線圈自身的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈本身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。3．自感電動(dòng)勢定義：由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)熱叫自感電動(dòng)勢。線圈又叫自感器。作用：總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化，即總是起著推遲電流變化的作用。（楞次定律）方向：自感電動(dòng)勢總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化；（楞次定律）當(dāng)原來電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢與原來電流方向相反；當(dāng)原來電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢與原來電流方向相同。大小：跟通過線圈的電流變化率ΔIΔt（E自=LΔIΔt自感和電阻的比較：電感和電阻都是反映導(dǎo)體本身性質(zhì)的物理量。電阻R對電流有阻礙作用，電感L對電流的變化有阻礙作用。4．自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止①應(yīng)用：日光燈電路中的鎮(zhèn)流器、高鐵上方的受電弓從接觸線獲取電能等。②防止：在切斷自感系數(shù)很大、電流很強(qiáng)的電路的瞬間，會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢，形成電??；制作精密電阻時(shí)，采用雙線繞法來消除自感現(xiàn)象。例1.如圖的是自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，A是燈泡，L是帶鐵芯的線圈，E為電源，K是開關(guān)。下述判斷正確的是（）（A）K接通的瞬間，L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，K接通后和斷開瞬間L不產(chǎn)生自感電動(dòng)勢（B）K斷開的瞬間L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，K接通瞬間和接通后L不產(chǎn)生自感電動(dòng)勢（C）K在接通或斷開的瞬間L都產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，K接通后L不再產(chǎn)生自感電動(dòng)勢（D）K在接通或斷開瞬間以及K接通后，L一直產(chǎn)生自感電動(dòng)勢例2.如圖所示，兩個(gè)電阻均為R，線圈L的電阻及電池內(nèi)阻均可忽略，S原來斷開，電路中的電流I0=E2R。現(xiàn)將A．使電路的電流減小，最后由I0減到零B．有阻礙電流增大的作用，最后電流小于I0C．有阻礙電流增大的作用，因而電流總保持不變D．有阻礙電流增大的作用，但電流還是增大，最后變?yōu)?I0二、渦流1．渦流現(xiàn)象當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在導(dǎo)體內(nèi)自成閉合回路，很像水中的旋渦，把它叫做渦電流，簡稱渦流。2．渦流產(chǎn)生原因:渦流本質(zhì)上是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)把塊狀金屬放在變化的磁場中，或者讓它在非均勻磁場中運(yùn)動(dòng)，金屬塊內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電流，因?yàn)榻饘賶K本身可自行構(gòu)成閉合回路，且塊狀金屬導(dǎo)體的電阻一般情況下很小，所以產(chǎn)生的渦流通常是很強(qiáng)的。3．渦流的利用:①真空冶煉爐用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈，線圈中通入反復(fù)變化的電流，爐內(nèi)的金屬中就產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬達(dá)到很高的溫度并熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過程能在真空中進(jìn)行，這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。電磁爐也是利用渦流加熱，電磁爐只能使用鐵質(zhì)鍋具。(a)冶煉爐 (b)電磁阻尼(c)電磁驅(qū)動(dòng)②電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果導(dǎo)體中出現(xiàn)渦流，即感應(yīng)電流，則感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力作用，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做電磁阻尼。電磁阻尼在實(shí)際中有很多應(yīng)用，課本上講的使電學(xué)儀表的指針很快的停下來，就是電磁阻尼作用。電磁阻尼還常用于電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)器中。③電磁驅(qū)動(dòng)如果磁場相對于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來，這種作用叫做電磁驅(qū)動(dòng)。電磁驅(qū)動(dòng)的原因分析：如圖所示，當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，由楞次定律知，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，以阻礙磁通量變化，線圈會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來。（1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向和磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速，即同向異步。（2）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、家庭中用的電能表、汽車上用的電磁式速度表，就是利用這種電磁驅(qū)動(dòng)。4．渦流的防止:①電動(dòng)機(jī)、變壓器的線圈中有變化的電流，因而在鐵芯中產(chǎn)生了渦流，不僅浪費(fèi)了能量，還可能損壞電器，因此，要想辦法減小渦流。為了達(dá)到減小渦流的目的，采用了電阻率大的硅鋼做鐵芯的材料，并把硅鋼做成彼此絕緣的薄片，這樣，就大大減小了渦流。②由于兩根平行導(dǎo)線中的電流方向相反，它們的磁場可以互相抵消。例3.電磁阻尼可以無磨損地使運(yùn)動(dòng)的線圈快速停下來。如圖所示，扇形銅框在絕緣細(xì)桿作用下繞轉(zhuǎn)軸O在同一水平面內(nèi)快速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，虛線把圓環(huán)分成八等份，扇形銅框恰好可以與其中份重合。為使線框快速停下來，實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了以下幾種方案，其中虛線為勻強(qiáng)磁場的理想邊界，邊界內(nèi)磁場大小均相同，其中最合理的是（）（A）（B）（C） （D）◎考點(diǎn)題型考點(diǎn)01帶自感電路中燈泡的亮暗判斷【方法總結(jié)】在進(jìn)行電路分析時(shí)，如何判斷電路中電流大小變化①如果電感線圈的直流電阻為零，那么電路穩(wěn)定時(shí)可認(rèn)為線圈短路；②在電流由零增大的瞬間可認(rèn)為線圈斷路。如圖所示，閉合穩(wěn)定后，若不考慮線圈的直流電阻，則燈泡不亮，流過線圈的電流較大。在斷開的瞬間，燈泡和線圈構(gòu)成了閉合回路，其中線圈中電流的流向不變，其大小只能在原來大小的基礎(chǔ)上減弱。例4.如圖所示，線圈L的自感系數(shù)很大，且其直流電阻可以忽略不計(jì)，L1、L2是兩個(gè)完全相同的小燈泡，開關(guān)S閉合和斷開的過程中，燈L1、L2的亮度變化情況是（燈絲不會(huì)斷）（）（A）S閉合，L1亮度不變，L2很亮（B）S斷開，L2逐漸熄滅，L1逐漸變亮（C）S斷開，L2立即熄滅，L1亮一下再熄滅（D）S閉合，L1亮度不變，L2亮度逐漸變亮，最后兩燈一樣亮例5.演示自感現(xiàn)象的電路如圖所示，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻不可忽略，L為電感線圈，R為定值電阻。閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定時(shí)，兩只完全相同的燈泡A1、A2亮度相同，下列說法正確的是（）（A）閉合開關(guān)S時(shí)，A1、A2同時(shí)變亮（B）閉合開關(guān)S時(shí)，A1慢慢變亮，A2立即變亮然后亮度保持不變（C）若斷開開關(guān)，A1逐漸變暗，A2閃亮一下再逐漸變暗（D）若斷開開關(guān)，A1、A2同時(shí)逐漸變暗考點(diǎn)02自感電動(dòng)勢引起的電流變化的判斷【方法總結(jié)】如圖所示電路中，當(dāng)開關(guān)斷開后，燈泡是否會(huì)閃亮一下？閃亮一下的條件是什么？設(shè)開關(guān)閉合時(shí)，電源路端電壓為，線圈的電阻為，燈泡的電阻為，則通過線圈的電流為，通過燈泡的電流為。當(dāng)開關(guān)斷開后，線圈和燈泡組成的回路中的電流從開始減弱。若，有，在斷開開關(guān)的瞬間，通過燈泡的電流會(huì)瞬間增大，燈泡會(huì)閃亮一下。若，有，斷開開關(guān)后，通過燈泡的電流減小，燈泡不會(huì)閃亮一下。如圖用電流傳感器收集開關(guān)斷開前后通過燈泡A、線圈L的電流IA、IL隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)：（1）若RL=RA相等，請定性作出電腦上顯示的IA、IL時(shí)間變化圖像？（2）若RL遠(yuǎn)小于RA，請定性作出電腦上顯示的IA、IL時(shí)間變化圖像？例6.如圖，平行導(dǎo)軌左端接有電阻和線圈，導(dǎo)體棒MN與導(dǎo)軌垂直，其右側(cè)存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，MN保持向右做勻速運(yùn)動(dòng)，且與導(dǎo)軌接觸良好，則MN中電流隨時(shí)間變化的圖像可能正確的是（）（A）（B）（C） （D）例7.圖甲所示電路，開關(guān)閉合。流過電感線圈的電流為，流過燈泡的電流為，且。在時(shí)刻將斷開，流過燈泡的電流隨時(shí)間變化的圖象可能是圖乙中的（）◎歸納總結(jié)通電自感和斷電自感的比較通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)S斷開時(shí)，A燈漸漸熄滅原因由于開關(guān)閉合時(shí)，流過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，阻礙了電流的增大，使流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢斷開開關(guān)S時(shí)，流過線圈L的電流減小，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間，在S斷開后，通過L的電流反向通過燈A，A燈不會(huì)立即熄滅，若RL＜RA，原來的IL＞IA，則A燈熄前要閃亮一下，若RL≥RA，原來的電流IL≤IA，則A燈逐漸熄滅，不再閃亮一下能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為電能◎鞏固練習(xí)1.關(guān)于自感現(xiàn)象，正確的說法是（）A．感應(yīng)電流不一定和原電流方向相反B．線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢較大的其自感系數(shù)一定較大C．對于同一線圈，當(dāng)電流變化較快時(shí)，線圈中的自感系數(shù)也較大D．對于同一線圈，當(dāng)電流變化越大時(shí)，線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢也較大2.電磁阻尼現(xiàn)象演示裝置如圖所示，鋼鋸條上端固定在支架上，下端固定有強(qiáng)磁鐵，將磁鐵推開一個(gè)角度釋放，它會(huì)在豎直面內(nèi)擺動(dòng)較長時(shí)間；若在其正下方固定一鋼塊（不與磁鐵接觸），則擺動(dòng)快速停止。下列說法正確的是（

）（A）如果將磁鐵的磁極調(diào)換，重復(fù)實(shí)驗(yàn)將不能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象（B）磁鐵下擺和上擺過程中磁鐵和鋼鋸條組成的系統(tǒng)機(jī)械能均減少（C）磁鐵在擺動(dòng)過程中與鋼塊沒有相互作用力（D）若用銅塊替代鋼塊，重復(fù)試驗(yàn)將不能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象3.安檢門是一個(gè)用于安全檢查的“門”，“門框”內(nèi)有線圈，線圈中通有變化的電流，如果金屬物品通過安檢門，金屬中會(huì)被感應(yīng)出渦流，渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流，從而引起報(bào)警。關(guān)于安檢門的以下說法錯(cuò)誤的是（）（A）安檢門不能檢查出毒販攜帶的毒品（B）安檢門能檢查出旅客攜帶的金屬水果刀（C）安檢門工作時(shí)，既利用了電磁感應(yīng)的原理，又利用了電流的磁效應(yīng)（D）如果“門框”的線圈中通上恒定電流，安檢門能正常工作4.制造電阻箱時(shí)，要用雙線繞法，如圖所示。當(dāng)電流變化時(shí)雙線繞組（）（A）回路中一定有自感電動(dòng)勢產(chǎn)生 （B）回路中一定沒有自感電動(dòng)勢產(chǎn)生（C）螺旋管內(nèi)磁場發(fā)生變化 （D）穿過螺旋管的磁通量發(fā)生變化5.下列關(guān)于教材中四幅插圖的說法，不正確的是（）（A）圖甲中，搖動(dòng)手柄使得蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，則鋁框會(huì)同向轉(zhuǎn)動(dòng)，且比磁鐵轉(zhuǎn)的慢（B）圖乙是真空冶煉爐，當(dāng)爐外線圈通入高頻交流電時(shí)，線圈中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，從而冶煉金屬（C）圖丙中，當(dāng)人對著話筒講話時(shí)線圈中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)弱變化的電流，這利用了電磁感應(yīng)原理（D）圖丁是毫安表的表頭，運(yùn)輸時(shí)要把正、負(fù)接線柱用導(dǎo)線連在一起，這是為了保護(hù)電表指針，利用了電磁阻尼原理6.關(guān)于渦流，下列說法中錯(cuò)誤是（）（A）真空冶煉爐是利用通電導(dǎo)線的發(fā)熱來熔化金屬的裝置（B）家用電磁爐鍋體中的渦流是由交變磁場產(chǎn)生的（C）阻尼擺擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運(yùn)動(dòng)（D）變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流7．微波爐中放一個(gè)雞蛋，先被加熱的是（）．A．爐內(nèi)空氣B．蛋殼C．蛋黃D．同時(shí)被加熱8.（多選）如圖所示的（）、（）兩個(gè)電路中，電阻和自感線圈的電阻值都小，且小于燈泡的電阻，接通開關(guān)，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡發(fā)光，則（）A．在電路（）中，斷開后，將逐漸變暗B．在電路（）中，斷開后，將先變得更亮，然后逐漸變暗C．在電路（）中，斷開后，將逐漸變暗D．在電路（）中，斷開后，將先變得更亮，然后逐漸變暗9.圖為一演示實(shí)驗(yàn)電路圖，圖中是一帶鐵心的線圈，是一燈泡，電鍵處于閉合狀態(tài)，電路是接通的．現(xiàn)將電鍵打開，則在電路切斷的瞬間，通過燈泡的電流方向是從_______端到________端．這個(gè)實(shí)驗(yàn)是用來演示_________現(xiàn)象的．10.變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成，而不采用一塊整硅鋼，這是為了（）A．增大渦流，提高變壓器的效率B．減小渦流，提高變壓器的效率C．增大渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量D．減小渦流，減小鐵芯的發(fā)熱量11.如圖所示，燈、完全相同，帶鐵芯的線圈的電阻可忽略。則（）A．S閉合的瞬間，LA、LB同時(shí)發(fā)光，接著LA變暗，LB更亮，最后LA熄滅B．S閉合瞬間，LA不亮，LB立即亮C．S閉合瞬間，LA、LB都不立即亮D．穩(wěn)定后再斷開S的瞬間，LB熄滅，LA比LB（原先亮度）更亮12.如圖所示，為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光，當(dāng)斷開開關(guān)的瞬間會(huì)有（）A．燈立即熄滅 B．燈慢慢熄滅C．燈突然閃亮一下再慢慢熄滅D．燈突然閃亮一下再突然熄滅13.（多選）圖所示電路，線圈電阻不計(jì)，則（）A．閉合瞬間，板帶正電，板帶負(fù)電B．保持閉合，板帶正電，板帶負(fù)電C．?dāng)嚅_瞬間，板帶正電，板帶負(fù)電D．由于線圈電阻不計(jì)，電容器被短路，上述三種情況電容器兩板都不帶電14.在如圖所示的四個(gè)日光燈的接線圖中，為啟動(dòng)器，為開關(guān)，為鎮(zhèn)流器。能使日光燈正常發(fā)光的是（）15.在如圖所示的電路中，兩個(gè)相同的小燈泡和分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈和一個(gè)滑動(dòng)變阻器。閉合開關(guān)后，調(diào)整，使和發(fā)光的亮度一樣，此時(shí)流過兩個(gè)燈泡的電流均為。然后，斷開。若時(shí)刻再閉合，則在前后的一小段時(shí)間內(nèi)，正確反映流過的電流、流過的電流隨時(shí)間變化的圖像是（）16.（多選）下列磁場垂直加在金屬圓盤上能產(chǎn)生渦流的是（）17.（多選）如圖所示是一種延時(shí)開關(guān)，當(dāng)S1閉合時(shí)，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通。當(dāng)S1斷開時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時(shí)間才被釋放。對于這個(gè)延時(shí)開關(guān)的工作情況，下列說法中正確的是（）A．由于線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時(shí)釋放的作用B．由于線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時(shí)釋放的作用C．如果斷開線圈的電鍵，無延時(shí)作用D．如果斷開線圈的電鍵，延時(shí)將變長18.在制作精密電阻時(shí)，為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采用雙線并繞的方法，如圖所示。其原理是（）A．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢相互抵消B．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互抵消C．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線中原電流的磁通量相互抵消D．以上說法都不對19.在無線電儀器中，常需要在距離較近處安裝兩個(gè)線圈，并要求當(dāng)一個(gè)線圈中有電流變化時(shí)，對另一個(gè)線圈中的電流的影響盡量小。則圖中兩個(gè)線圈的相對安裝位置最符合該要求的是（）20.如圖是用于觀察自感現(xiàn)象的電路圖，設(shè)線圈的自感系數(shù)較大，線圈的直流電阻RL與燈泡的電阻R滿足RL?R，則在開關(guān)S由閉合到斷開的瞬間，可以觀察到（）A．燈泡立即熄滅B．燈泡逐漸熄滅C．燈泡有明顯的閃亮現(xiàn)象D．只有在RL?R時(shí)，才會(huì)看到燈泡有明顯的閃亮現(xiàn)象21.（多選）下列器具的工作原理與渦流有關(guān)的是（）A．家用電磁爐B．家用微波爐C．變壓器的鐵芯用多塊相互絕緣硅鋼片粘在一起D．風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)扇葉與空氣摩擦發(fā)熱22．下列關(guān)于渦流的說法中正確的是（）A．渦流跟平時(shí)常見的感應(yīng)電流一樣，都是因?yàn)榇┻^導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B．渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C．渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)D．在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流23．如圖所示的電路，L為自感線圈，R是一燈泡，當(dāng)S閉合的瞬間，通過燈泡的電流方向是________。當(dāng)S斷開的瞬間，通過燈泡的電流方向是________。24．如圖所示的電路，開關(guān)原先閉