专题06 自感、互感与涡流-【教育机构专用】2021年春季高二物理辅导讲义

专题6 自感、互感与涡流（学生版） 一、目标要求 目标要求 重、难点 自感 重点 互感 涡流 电磁阻尼 二、知识点解析 1．互感与自感 (1)互感 ①现象：如图所示电路中，两个线圈之间并没有导线相连，但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，这种现象叫做互感现象． ②互感电动势：在互感现象中产生的电动势叫做互感电动势． (2)自感 ①现象 如图(a)所示，闭合开关S瞬间，灯泡并不会直接变亮，而是会随着时间推移逐渐变亮，最后稳定；如图(b)所示，断开开关S瞬间，灯泡不会直接熄灭，而是会随着时间推移逐渐变暗，最终熄灭． ②定义：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象． ③原理：由法拉第电磁感应定律知道，穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动势．在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势．在图11(a)中，闭合开关瞬间电流增大，则线圈会产生与电流方向相反的感应电动势，阻碍电流的增大；在图11(b)中，断开开关S瞬间流经线圈的电流减小，则线圈会产生与电流方向相同的感应电动势，阻碍电流的减小． ④自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，大小，其中L表示线圈的自感系数，表示电流的变化率． ⑤自感系数 自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，简称为自感或电感，用表示． a．大小：线圈的长度越长，线圈的截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多． b．单位：亨利（符号），亨毫亨微亨，． 2．涡流、电磁阻尼与电磁驱动 (1)涡流 ①定义 当线圈中电流随时间发生变化时，由于电磁感应，线圈附近的其他导体都会产生感应电流．这样的感应电流看上去像水中的漩涡，因此称为涡电流，简称涡流，如图所示． ②影响涡流大小的因素 线圈中电流变化越快（即激发涡流的原磁场变化越快），导体的电阻率越小，则导体内的涡流越大． ③应用 a．金属冶炼：将金属置于冶炼炉内，冶炼炉外有线圈，当线圈中通以高频交流电时，炉内金属产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化； b．金属探测器：探测器内部有线圈，通以一定频率的电流，若探测器周围存在金属，则线圈内变化的电流所激发的变化磁场使金属产生涡流，涡流的磁场反过来影响探测器的电流，使仪器报警． (2)电磁阻尼 ①定义：导体与磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力的作用，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象被称为电磁阻尼． ②实例分析 a．如图所示，电流计的框架一般用铝制成，线圈缠绕在铝框上，这是由于当有电流通过线圈时，线圈在永磁铁的磁场所给的安培力下带动指针和铝框转动，铝框转动时会产生感应电流，使铝框受安培力作用，而这个安培力阻碍铝框的运动，因此铝框能很快地停下来，这就是指针在摆动后能迅速稳定的原因． b．微安表在运输途中应将输入和输出的接线柱用导线连接在一起，这样即使发生晃动，微安表的指针也会因为闭合线圈发生电磁阻尼而很快停止． (3)电磁驱动 ①定义：当磁体相对于导体运动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动起来，这种现象被称为电磁驱动． ②实例分析 如图所示，可绕支点转动的铝框放置于蹄形磁铁的两个磁极之间，转动把手使磁铁旋转，发现铝框也跟随磁铁转动，转动方向与磁铁转动方向一致，但转速小于磁铁转动，即同向异步．这是由于当磁铁转动时，通过铝框的磁通量发生变化，铝框中产生感应电流，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流使铝框受安培力作用，跟随磁铁一起转动． 三、考查方向 题型1：自感的闪亮问题 典例一：如图所示，灯光A、B完全相同，L是自感系数很大的线圈，其自身电阻与定值电阻R相等，下列说法正确的是( ) A．闭合电键S瞬间，灯泡A、B立即发光 B．闭合电键S，当电路稳定后，灯泡A、B的亮度不同 C．断开电键S时，灯泡A缓慢熄灭，灯泡B立即熄灭 D．断开电键S时，灯泡A、B均缓慢熄灭，流过灯泡B的电流方向与原来相反 题型2：互感现象 典例二：（2020•天津•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周期性变化 B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变 C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递 D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失 题型3：自感现象中的图像问题 典例三：（2010•北京）在如图所示的电路中，两个相同的小