高中物理第三章电磁感应第六节自感现象涡流选修11

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] 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。
第 第六 三节 章
自 电感 磁现 感象 应
涡 流
理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练
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。
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
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
[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 ()
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。
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，
[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。
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。
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。
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
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
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。
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
[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。
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
[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。
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。
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。
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