高中物理第三章电磁感应第六节自感现象涡流选修11

不是电流本身。
如图3－6－2所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电
流为I1＝
E r
(电源内阻不计)，方向由a→b；流过灯泡A的电流
I2＝
E R
。断开S的瞬间，I2立即消失，此时灯A与线圈L组成一
闭合电路，由于线圈的自感，I1不会立即消失，而是在回路 中逐渐减弱，维持短暂的时间，这段时间内流过A的电流由
②如果R＝r，灯泡会由原亮度逐渐熄灭。 ③如果R<r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭。
1．如图3－6－3所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯 泡，线圈L的电阻可以忽略。下列说法中正确的是( )
图3－6－3
A．合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮 B．合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮 C．断开开关S切断电路时，A1立即熄灭，A2过一会儿才熄灭 D．断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭
[例2] 如图3－6－6所示为
高频焊接原理示意图，线圈通
以高频交流电，金属工件的焊
缝中就产生大量焦耳热，将焊
图3－6－6
缝熔化焊接着，要使焊接处产生的热量较大可采用( )
A．增大交变电流的电压 B．增大交变电流的频率
C．增大焊接缝的接触电阻 D．减小焊接缝的接触电阻
[解析] 交变电流频率越高、电压越大，产生的磁场 变化越快。在工件中引起的感应电动势越大，感应电流就 越大，产生的热量越大，A、B正确。焊接缝接触电阻越 大，电压越大，在此处产生的热量越大越容易熔化焊接。
3．以下器件利用涡流的有 A．电饭锅 C．电磁炉
() B．电热水器 D．微波炉
解析：电饭锅与电热水器利用电流的热效应加热，微波炉 是利用微波在食物中引起水分子振动加热，所以只有C项 中电磁炉利用涡流。 答案：C
[例1] 如图3－6－4所示，电路甲、乙中电阻R和自
感线圈L的电阻都很小。接通S，使电路达到稳定，灯泡A
A．利用线圈中电流产生的焦耳热 B．利用红外线 C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D．利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波
解析：利用交变电流产生的交变磁场在引起炉内金属截面 的磁通量变化时，使金属中产生感应电流，因整块金属的 电阻相当小，所以感应电流很强，它在金属内自成回路流 动时，形成漩涡状的电流，即涡流，涡流产生大量的焦耳 热使炉内温度升高，金属熔化，故选C。当然线圈中也因有 交变电流会产生一定的焦耳热，但它是相当少的，根本不 可能使炉内温度高到使金属熔化的程度，故A不可能。 答案：C
从而使通过自身的
磁通发量生变化，从而在它自身激
发 感应电动势。
4．自感的作用 路中自感的作用是阻碍 电流 的变化。
[重点诠释] 1．通电自感中，灯泡的亮度变化 在通电自感中，两个灯泡不同时亮起。如图3－6－1所 示的电路，两灯泡规格相同，接通开关后调节电阻R，使两 个灯泡亮度相同，然后断开电路，再次接通的瞬间，其现 象及原因如下表。
2．自感系数 电感器的性能用 自感系数 来描述，简称 自感 。决定 线圈自感系数的因素：线圈的 形状 、 长短 、 匝数 、线 圈中是否有 铁芯 。线圈 越大 ，匝数 越多 ，它的自感系 数越大，另外有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大得多。
[重点诠释] 1．自感的应用 如日光灯电路中的镇流器，无线电设备中和电容器一 起组成振荡电路等。需要利用自感现象时，可以适当地增 大自感系数。
[答案] AD
自感现象有通电自感和断电自感两种，解决这类问 题要把握好以下几点：
(1)对通电自感要注意电感线圈对电流由无到有的阻 碍作用；
(2)对断电自感要注意分析断开开关后由包括电感线圈 (相当于一个电源)所形成的新的闭合回路以及由于线圈自感 作用所产生的感应电流的方向与原来电流方向的关系；
(3)断电时灯泡是否闪亮，决定于原电流大小与自感电 流大小的关系。
[重点诠释] 1．涡流的产生 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，金属块内就会产生感应电流，因为金属块本身 可自行构成闭合回路，且整块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。
2．涡流的应用 (1)利用涡流的热效应：应用涡流在回路中产生的热量 冶炼金属的高频感应炉。 (2)利用涡流现象的小型装置：在车站、机场进行安检 的探测器，用来探测旅客是否带有金属制品，像刀、枪之 类的危险物品等。
1. 如图3－6－5所示，L是自感系数很大、
电阻很小的线圈，若合上或断开开关
S1、S2，可能产生的情况是( )
图3－6－5
A．S1闭合的瞬间，Q灯逐渐亮起来 B．再合上S2稳定后，P灯是暗的 C．断开S1的瞬间，Q灯立即熄灭，P灯亮一下再熄灭 D．断开S1的瞬间，P灯和Q灯立即熄灭
解析：只闭合S1时，由于线圈自感作用，流过Q灯的电流将 逐渐增大，Q灯逐渐亮起来，而P灯是立即变亮；再合上S2 稳定后，由于RL很小，P灯几乎被短路，故P灯是暗的；断 开S1时，由于S2闭合，线圈L与P灯构成回路，由于自感的 作用，电流将逐渐减小，由于IL≫IP，所以P灯将闪亮一下 再熄灭；而跟Q灯并联的是电阻，故Q灯立即熄灭。 答案：ABC
[答案] ABC
(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法 拉第电磁感应定律。
(2)磁场变化越快(
ΔB Δt
越大)，导体的截面积S越大，导体
材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。
2. 如图3－6－7所示是冶炼金属的高频感应 炉的示意图。冶炼炉内装入被冶炼的金 属，线圈通入高频交变电流，这时被冶 炼的金属就能被熔化。这种冶炼方法速 图3－6－7 度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的 金属中，因此适于冶炼特种金属，该炉的加热原理 ()
第 第六 三节 章
自 电感 磁现 感象 应
涡 流
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知识点一 知识点二 知识点三
考向一 考向二
随堂基础巩固 课时跟踪训练
1.流过线圈自身的电流发生变 化，引起自身磁通量变化而 激发感应电动势的现象叫做 自感现象，电路中自感的作 用是阻碍电流的变化。
2．电感器是利用自感现象，其 性能用自感系数描述，线圈 越大、匝数越多，自感系数 越大，加入铁芯的线圈自感 系数比不加铁芯的大。
3．涡流的危害与防止 (1)在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的，首先 它会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命， 严重时会使材料报废；其次涡流发热要消耗额外的能量， 使电机、变压器的效率降低。
(2)为了减小涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块 的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成。一方面硅钢 片的电阻率比一般钢铁的要大，从而减少损耗；另一方面， 每层硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步 减少了涡流的发热。计算表明：涡流的损耗与硅钢片的厚 度的平方成正比。
[解析] 甲图中，灯A与线圈L在同一支路，通过的电 流相同；断开开关S时，A、L、R组成回路，由于自感作 用，L中电流逐渐减小，灯不会闪亮一下，灯A将逐渐变 暗，故A正确。乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流 IL>IA(因L的电阻很小)；断开开关S时，由于L的自感作用， 回路中电流在IL的基础上减小，电流反向通过A的瞬间，A 中电流变大，然后渐渐变小，所以灯A要闪亮一下，然后 渐渐变暗，故D正确。
解析：合上开关S，A2支路电流立即达到最大，而A1支路 由于自感线圈对电流的变化起阻碍作用，所以电流只能逐 渐增大，稳定后，由于L无电阻，所以最后两灯同样亮， A正确；断开时，L为电源，两灯串联，所以A1、A2将会 同时熄灭，D正确。 答案：AD
[自学教材] 1．定义 电路中的 线圈 叫做电感器。
2．自感的危害与防止 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。在这类电路中应采用特 制的开关，精密电阻可采用双线并绕来清除自感现象。
2．关于线圈的自感系数大小的下列说法中，正确的是( ) A．通过线圈的电流越大，自感系数也越大 B．线圈中的电流变化越快，自感系数也越大 C．插有铁芯时线圈的自感系数会变大 D．线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是 否有铁芯等都无关
3．导体放在变化的磁场中，产 生的感应电流叫涡流，和其 它电流一样通过电阻时产生 热，电磁炉应用了这一原理。
[自学教材] 1．定义 线圈中电流的变化在它 自身 激发感应电动势，这种 现象叫做自感现象。 2．自感电动势 自感现象 中产生的电动势叫做自感电动势。
3．本质 自身电流的变化，导致其自身产生的 磁场 发生变化，
发光，则
()
图3－6－4
A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗 B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗 D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
[审题指导] 解此题的关键有两点： (1)自感线圈在电路中的位置及作用。 (2)灯泡瞬间变更亮的条件。
I2变成I1，并且从I1逐渐减弱；方向由d→c变成c→d。可见通 过A的电流大小与方向都发生了变化。
至于灯泡中的电流是突然变大还是变小(也就是说灯泡 是否会突然变得更亮一下)，就取决于I2与I1谁大谁小，也 就是取决于R和r谁大谁小的问题：
①如图3－6－2所示，如果R>r，就有I1>I2，灯泡会先 更亮一下才逐渐熄灭。
解析：自感系数是由电感器本身的因素决定的，包括线 圈的大小、单位长度上的匝数，而且有铁芯时比无铁芯 时自感系数要大。 答案：C
[自学教材] 1．定义 只要在空间有变化的磁通量，其中的导体就会产 生 感应电流 ，我们把这种感应电流叫做涡流。 2．应用 涡流通过电阻时可以 产生热 ，金属探测器和电磁炉 就利用了涡流。
图3－6－1
条件
S闭 合的 瞬间
现象
原因
A2先亮
由于A2支路为纯电阻不产生自感 现象
A1逐渐亮起
由于L的自感作用阻碍A1支路电 流增大
2．在断电自感中，灯泡的亮度变化
自感电动势总是要阻碍引起自感
的电流的变化，就好像感应电流的磁
场总是要阻碍引起感应电流的磁通量
图3－6－2
的变化一样。自感电动势阻碍的对象是“电流的变化”，而