第7.1节 自感现象和涡流现象-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第二册）

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 知识要点 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 ★★ ★★★ ★★ ★★ ◎知识精讲 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：铁芯可以增强磁场。 (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，首先闭合后调节，使亮度相同，然后断开开关。再次闭合，灯泡立刻发光，而跟线圈串联的灯泡却是逐渐亮起来的。 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，灯并非立即熄灭，而是闪亮一下再逐渐熄灭。 图甲实验叫通电自感。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逐渐增大，所以只能逐渐变亮。 图乙实验叫断电自感。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，线圈中出现感应电动势。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，并逐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，故灯闪亮一下后才逐渐熄灭。 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、线圈的匝数、长度、面积及线圈中有无铁芯等因素都有关。 （，大小由电流变化的快慢和自感系数L决定） 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获取电能等。 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，采用双线绕法来消除自感现象。 例1. 如图的是自感现象的实验装置，A是灯泡，L是带铁芯的线圈，E为电源，K是开关。下述判断正确的是（　　） （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一直产生自感电动势 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略，S原来断开，电路中的电流。现将S闭合，于是电路中产生自感电动势，此自感电动势的作用是（ ） A．使电路的电流减小，最后由I0减到零 B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0 C．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，最后变为2I0 二、涡流 1．涡流现象 当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近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．涡流产生原因: 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，因为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情况下很小，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，如果导体中出现涡流，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