第7.1节 自感现象和涡流现象-【帮课堂】2024-2025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 7．1 自感现象和涡流现象 课程标准 1. 了解自感现象的本质是电磁感应， 2. 会应用自感和电路的知识分析线圈自感引起的电路变化。 3. 了解涡流现象，以及涡流的利用和防止。 物理素养 物理观念：建立自感和涡流的物理观念。 科学思维：利用电磁感应分析涡流产生的原因以及涡流的特点。 科学探究：自感电动势大小受到哪些因素影响。 科学态度与责任：认识自感是电磁感应现象的两种现象，感悟特殊现象中具有的普遍规律。 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。 电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快的停下来，就是电磁阻尼作用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。 ③电磁驱动 如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用叫做电磁驱动。 电磁驱动的原因分析：如图所示，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量变化，线圈会跟着一起转动起来。 （1）线圈转动方向和磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁转速，即同向异步。 （2）感应电动机、家庭中用的电能表、汽车上用的电磁式速度表，就是利用这种电磁驱动。 4．涡流的防止 ①电动机、变压器的线圈中有变化的电流，因而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费了能量，还可能损坏电器，因此，要想办法减小涡流。为了达到减小涡流的目的，采用了电阻率大的硅钢做铁芯的材料，并把硅钢做成彼此绝缘的薄片，薄片平面平行于磁场，这样就大大减小了涡流。 ②由于两根平行导线中的电流方向相反，它们的磁场可以互相抵消。 例3. 电磁阻尼可以无磨损地使运动的线圈快速停下来。如图所示，扇形铜框在绝缘细杆作用下绕转轴O在同一水平面内快速逆时针转动，虚线把圆环分成八等份，扇形铜框恰好可以与其中份重合。为使线框快速停下来，实验小组设计了以下几种方案，其中虚线为匀强磁场的理想边界，边界内磁场大小均相同，其中最合理的是（　　） A. B. C. D. 题型01 带自感电路中灯泡的亮暗判断 【方法总结】在进行电路分析时，如何判断电路中电流大小变化 ①如果电感线圈的直流电阻为零，那么电路稳定时可认为线圈短路； ②在电流由零增大的瞬间可认为线圈断路。 如图所示，闭合稳定后，若不考虑线圈的直流电阻，则灯泡不亮，流过线圈的电流较大。在断开的瞬间，灯泡和线圈构成了闭合回路，其中线圈中电流的流向不变，其大小只能在原来大小的基础上减弱。 例4. 演示自感现象的电路如图所示，电源电动势为E，内阻不可忽略，L为电感线圈，R为定值电阻。闭合开关S，电路稳定时，两只完全相同的灯泡A1、A2亮度相同，下列说法正确的是（　　） A. 闭合开关S时，A1、A2同时变亮 B. 闭合开关S时，A1慢慢变亮，A2立即变亮然后亮度保持不变 C. 若断开开关，A1逐渐变暗，A2闪亮一下再逐渐变暗 D. 若断开开关，A1、A2同时逐渐变暗 题型02 自感电动势引起的电流变化的判断 【方法总结】如图所示电路中，当开关断开后，灯泡是否会闪亮一下？闪亮一下的条件是什么？ 　　　　　　　　　　 设开关闭合时，电源路端电压为，线圈的电阻为，灯泡的电阻为，则通过线圈的电流为，通过灯泡的电流为。当开关断开后，线圈和灯泡组成的回路中的电流从开始减弱。 若，有，在断开开关的瞬间，通过灯泡的电流会瞬间增大，灯泡会闪亮一下。若，有，断开开关后，通过灯泡的电流减小，灯泡不会闪亮一下。 如图用电流传感器收集开关断开前后通过灯泡A、线圈L的电流IA、IL随时间变化的数据：（1）若 RL=RA相等，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？ （2）若 RL 远小于RA ，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？ 例5. 图甲所示电路，开关闭合。流过电感线圈的电流为，流过灯泡的电流为，且。在时刻将断开，流过灯泡的电流随时间变化的图象可能是图乙中的（ ） 【通电自感和断电自感的比较】 通电自感 断电自感 电路图 器材要求 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯) 现象 在S闭合瞬间，A2立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开时，A灯渐渐熄灭 原因 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 断开开关S时，流过线圈L的电流减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间，在S断开后，通过L的电流反向通过灯A，A灯不会立即熄灭，若RL＜RA，原来的IL＞IA，则A灯熄前要闪亮一下，若RL≥RA，原来的电流IL≤IA，则A灯逐渐熄灭，不再闪亮一下 能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 题型03 涡流的利用和防止 例6. 在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示。其原理是（ ） A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消 B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消 C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消，没有自感电动势产生 D．以上说法都不对 1． 关于自感现象，正确的说法是（ ） A．感应电流不一定和原电流方向相反 B．线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大 C．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大 D．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势也较大 2．下列关于涡流的说法中正确的是（ ） A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的 B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流 C．涡流有热效应，但没有磁效应 D．在硅钢中不能产生涡流 3． 电磁阻尼现象演示装置如图所示，钢锯条上端固定在支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摆动较长时间；若在其正下方固定一钢块（不与磁铁接触），则摆动快速停止。下列说法正确的是（    ） A. 如果将磁铁的磁极调换，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象 B. 磁铁下摆和上摆过程中磁铁和钢锯条组成的系统机械能均减少 C. 磁铁在摆动过程中与钢块没有相互作用力 D. 若用铜块替代钢块，重复试验将不能观察到电磁阻尼现象 4． 安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流，如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。关于安检门的以下说法错误的是（　　） A. 安检门不能检查出毒贩携带的毒品 B. 安检门能检查出旅客携带的金属水果刀 C. 安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用了电流的磁效应 D. 如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门能正常工作 5．（多选）电磁灶是现代家庭中的理想灶具，如图甲、乙是某型号电磁灶的部分解剖图和竖直方向的截面图。下列有关电磁灶的说法正确的是（　） A. 电磁灶在使用时主要利用涡流热效应 B. 电磁灶发热原理与电炉相同 C. 不锈钢锅、铝锅均可在电磁灶上使用 D. 电磁灶加热食物是电磁感应在生活中的应用 6．如图所示的电路，L为自感线圈，R是一灯泡，当S闭合的瞬间，通过灯泡的电流方向是________。当S断开的瞬间，通过灯泡的电流方向是________。 7． 如图是用于观察自感现象的电路图，设线圈的自感系数较大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RLR，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到（ ） A．灯泡立即熄灭 B．灯泡逐渐熄灭 C．灯泡有明显的闪亮现象 D．只有在RLR时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象 8． 如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有（ ） A．灯立即熄灭 B．灯慢慢熄灭 C．灯突然闪亮一下再慢慢熄灭 D．灯突然闪亮一下再突然熄灭 9． （多选）如图所示的（）、（）两个电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都小，且小于灯泡A的电阻，接通开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（ ） A．在电路（）中，断开S后，A将逐渐变暗 B．在电路（）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 C．在电路（）中，断开S后，A将逐渐变暗 D．在电路（）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 10．如图所示，灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略。则（ ） A．S闭合的瞬间，LA、LB同时发光，接着LA变暗，LB更亮，最后LA熄灭 B．S闭合瞬间，LA不亮，LB立即亮 C．S闭合瞬间，LA、LB都不立即亮 D．稳定后再断开S的瞬间，LB熄灭，LA比LB（原先亮度）更亮 11.（多选）图所示电路，线圈电阻不计，则（ ） A．闭合瞬间，板带正电，板带负电 B．保持闭合，板带正电，板带负电 C．断开瞬间，板带正电，板带负电 D．由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述三种情况电容器两板都不带电 12.（多选）在如图所示的四个日光灯接线图中，S1为启动器，S2为开关，L为镇流器。能使日光灯正常发光的是（ ） 13. 在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后，调整R，使L1和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开S。若时刻再闭合S，则在前后的一小段时间内，正确反映流过L1的电流、流过L2的电流随时间变化的图像是（ ） 14.（多选）下列磁场垂直加在金属圆盘上能产生涡流的是（ ） 15．在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是（ ） 16.（多选）太空自行车是利用电磁力增加阻力的一种体育锻炼器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图：其中圆形结构为金属圆盘，当航天员踩脚踏板时，金属圆盘随之旋转。则下列设计中可行的方案有（　　） A. B. C. D. 17．如图所示，已知ε=20V，R1=20Ω，R2=10Ω，L是纯电感线圈，电源内阻不计，则S闭合稳定时，ab间的电压是_________，再打开S的瞬间，ab间的电压是_____。 　　　　　　　　　　　　　　　　　 18．图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流。电路中电灯的电阻R1=6.0Ω，定值电阻R=2.0Ω，A、B间电压U=6.0V。开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t=1.0×10-3s时刻断开开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示。则线圈L的直流电阻RL= Ω；断开开关后通过电灯的电流方向为 (选填“向左”或“向右”)；在t=1.6×10-3s时刻线圈L中的自感电动势的大小为 V。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第七章 ·电磁感应定律的应用 7．1 自感现象和涡流现象 课程标准 1. 了解自感现象的本质是电磁感应， 2. 会应用自感和电路的知识分析线圈自感引起的电路变化。 3. 了解涡流现象，以及涡流的利用和防止。 物理素养 物理观念：建立自感和涡流的物理观念。 科学思维：利用电磁感应分析涡流产生的原因以及涡流的特点。 科学探究：自感电动势大小受到哪些因素影响。 科学态度与责任：认识自感是电磁感应现象的两种现象，感悟特殊现象中具有的普遍规律。 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 【答案】C 【详解】电路中电流发生变化时，L中的磁通量发生变化，L会产生自感电动势。接通后，电流稳定后，磁通量保持不变，L不再产生自感电动势。 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 【答案】D 【解析】本题考查通电时电感线圈中自感电动势对电流的阻碍作用。当S闭合时，电路中的电阻减小，电流增大，线圈的作用是阻碍电流的增大，A错；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度减缓，B、C错；最后达到稳定时，，故D正确。 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。 电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快的停下来，就是电磁阻尼作用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。 ③电磁驱动 如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用叫做电磁驱动。 电磁驱动的原因分析：如图所示，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量变化，线圈会跟着一起转动起来。 （1）线圈转动方向和磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁转速，即同向异步。 （2）感应电动机、家庭中用的电能表、汽车上用的电磁式速度表，就是利用这种电磁驱动。 4．涡流的防止 ①电动机、变压器的线圈中有变化的电流，因而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费了能量，还可能损坏电器，因此，要想办法减小涡流。为了达到减小涡流的目的，采用了电阻率大的硅钢做铁芯的材料，并把硅钢做成彼此绝缘的薄片，薄片平面平行于磁场，这样就大大减小了涡流。 ②由于两根平行导线中的电流方向相反，它们的磁场可以互相抵消。 例3. 电磁阻尼可以无磨损地使运动的线圈快速停下来。如图所示，扇形铜框在绝缘细杆作用下绕转轴O在同一水平面内快速逆时针转动，虚线把圆环分成八等份，扇形铜框恰好可以与其中份重合。为使线框快速停下来，实验小组设计了以下几种方案，其中虚线为匀强磁场的理想边界，边界内磁场大小均相同，其中最合理的是（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【详解】扇形铜框逆时针转动时，对于A、D选项，通过铜框的磁通量不发生变化，无感应电流产生，则线圈不会受到安培力阻碍； 对于B、C选项，通过铜框的磁通量发生变化，产生感应电流，B项的铜框只有单边或受到安培阻力作用，而C项的铜框边、边同时受到安培阻力作用，所以最合理的是C选项。故ABD错误，C正确。 题型01 带自感电路中灯泡的亮暗判断 【方法总结】在进行电路分析时，如何判断电路中电流大小变化 ①如果电感线圈的直流电阻为零，那么电路稳定时可认为线圈短路； ②在电流由零增大的瞬间可认为线圈断路。 如图所示，闭合稳定后，若不考虑线圈的直流电阻，则灯泡不亮，流过线圈的电流较大。在断开的瞬间，灯泡和线圈构成了闭合回路，其中线圈中电流的流向不变，其大小只能在原来大小的基础上减弱。 例4. 演示自感现象的电路如图所示，电源电动势为E，内阻不可忽略，L为电感线圈，R为定值电阻。闭合开关S，电路稳定时，两只完全相同的灯泡A1、A2亮度相同，下列说法正确的是（　　） A. 闭合开关S时，A1、A2同时变亮 B. 闭合开关S时，A1慢慢变亮，A2立即变亮然后亮度保持不变 C. 若断开开关，A1逐渐变暗，A2闪亮一下再逐渐变暗 D. 若断开开关，A1、A2同时逐渐变暗 【答案】D 【详解】A.因为闭合开关瞬间，存在通电自感，则A1慢慢变亮，A2立即变亮然，A错误； B.由于通电瞬间，L相当于断路，电阻大，并联支路的总电阻大，电压也大，所以A2较亮，但随L的阻值变小，电压变小，后逐渐变暗最后两灯一样亮，B错误； CD．断开开关时，存在断电自感，电感线圈相当于电源，且以断电之前的电流流过回路，因为断电之前，两支路的电流一样大，则若断开开关，A1、A2同时逐渐变暗，故C错误，D正确。 题型02 自感电动势引起的电流变化的判断 【方法总结】如图所示电路中，当开关断开后，灯泡是否会闪亮一下？闪亮一下的条件是什么？ 　　　　　　　　　　 设开关闭合时，电源路端电压为，线圈的电阻为，灯泡的电阻为，则通过线圈的电流为，通过灯泡的电流为。当开关断开后，线圈和灯泡组成的回路中的电流从开始减弱。 若，有，在断开开关的瞬间，通过灯泡的电流会瞬间增大，灯泡会闪亮一下。若，有，断开开关后，通过灯泡的电流减小，灯泡不会闪亮一下。 如图用电流传感器收集开关断开前后通过灯泡A、线圈L的电流IA、IL随时间变化的数据：（1）若 RL=RA相等，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？ （2）若 RL 远小于RA ，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？ 例5. 图甲所示电路，开关闭合。流过电感线圈的电流为，流过灯泡的电流为，且。在时刻将断开，流过灯泡的电流随时间变化的图象可能是图乙中的（ ） 【答案】D 【解析】自感现象中的电流问题，既要考虑到电流的大小，又要考虑到电流的方向。断电自感现象中流过电感线圈的电流是瞬时不变的，这里的“不变”包括电流的大小和方向。 由图甲所示知，在闭合的时候，流过灯泡、线圈的电流方向都是自左向右的。在断开的瞬间，流过的电流大小仍为，方向仍是从左向右的，它与灯泡构成串联回路，故流过灯泡的电流大小变成，方向变成从右向左，与原来方向相反。 【通电自感和断电自感的比较】 通电自感 断电自感 电路图 器材要求 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯) 现象 在S闭合瞬间，A2立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开时，A灯渐渐熄灭 原因 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 断开开关S时，流过线圈L的电流减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间，在S断开后，通过L的电流反向通过灯A，A灯不会立即熄灭，若RL＜RA，原来的IL＞IA，则A灯熄前要闪亮一下，若RL≥RA，原来的电流IL≤IA，则A灯逐渐熄灭，不再闪亮一下 能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 题型03 涡流的利用和防止 例6. 在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示。其原理是（ ） A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消 B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消 C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消，没有自感电动势产生 D．以上说法都不对 【答案】C 【解析】由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两股电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消除了自感，选项A、B错误，只有C正确。 1． 关于自感现象，正确的说法是（ ） A．感应电流不一定和原电流方向相反 B．线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大 C．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大 D．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势也较大 【答案】A 【详解】原电流减弱时，感应电流和原电流同向，A正确。 ，自感电动势大，可能是电流的变化率大，B错误； 自感系数L是线圈自身属性，与外部因素电流的变化无关（类似金属的电阻特性），C错误； 电流变化较大即变化量，不一定较快即变化率不一定大，D错误。 2．下列关于涡流的说法中正确的是（ ） A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的 B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流 C．涡流有热效应，但没有磁效应 D．在硅钢中不能产生涡流 【答案】A 【解析】涡流是一种特殊的电磁感应现象，它是感应电流，既有热效应，也有磁效应。硅钢片中能产生涡流，但电流较小，故选A。 3． 电磁阻尼现象演示装置如图所示，钢锯条上端固定在支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摆动较长时间；若在其正下方固定一钢块（不与磁铁接触），则摆动快速停止。下列说法正确的是（    ） A. 如果将磁铁的磁极调换，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象 B. 磁铁下摆和上摆过程中磁铁和钢锯条组成的系统机械能均减少 C. 磁铁在摆动过程中与钢块没有相互作用力 D. 若用铜块替代钢块，重复试验将不能观察到电磁阻尼现象 【答案】B 【详解】A．如果将磁铁的磁极调换，仍然会发生电磁阻尼现象，故选项A错误； B．钢块里出现涡流，从而产生内能，系统机械能均减少，原因是在此过程中，故选项B正确； C．根据楞次定律的“来拒去留”，磁铁在摆动过程中与钢块间存在相互作用力，C错误; D．用铜块替代钢块，重复实验时，在铜块中仍会产生涡流，仍能观察到电磁阻尼现象，D错误。 4． 安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流，如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。关于安检门的以下说法错误的是（　　） A. 安检门不能检查出毒贩携带的毒品 B. 安检门能检查出旅客携带的金属水果刀 C. 安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用了电流的磁效应 D. 如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门能正常工作 【答案】D 【详解】安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到． AB．安检门不能检查出毒贩携带的毒品，能检查出金属物品携带者，故AB正确； C．安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C正确； D．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，不能产生电磁感应，不能正常工作，故D错误。 5．（多选）电磁灶是现代家庭中的理想灶具，如图甲、乙是某型号电磁灶的部分解剖图和竖直方向的截面图。下列有关电磁灶的说法正确的是（　） A. 电磁灶在使用时主要利用涡流热效应 B. 电磁灶发热原理与电炉相同 C. 不锈钢锅、铝锅均可在电磁灶上使用 D. 电磁灶加热食物是电磁感应在生活中的应用 【答案】AD 【详解】A．电磁灶是涡流现象在生活中的应用，故A正确； BD．电磁灶使用时，线圈将电能转化为电磁能，锅又将电磁能转化为电能，电能通过涡电流做功再转化为内能，电炉利用的是电流的热效应。故B错误，D正确； C．铁质锅、不锈钢锅可在电磁灶上使用，铝锅不可在电磁灶上使用，故C错误。 6．如图所示的电路，L为自感线圈，R是一灯泡，当S闭合的瞬间，通过灯泡的电流方向是________。当S断开的瞬间，通过灯泡的电流方向是________。 【答案】A→R→B B→R→A 【解析】通电时电流从电源正极通过电灯，流向负极。断电时由于L的自感电流维持原来方向，所以从B向A流过电灯。 7． 如图是用于观察自感现象的电路图，设线圈的自感系数较大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RLR，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以观察到（ ） A．灯泡立即熄灭 B．灯泡逐渐熄灭 C．灯泡有明显的闪亮现象 D．只有在RLR时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象 【答案】C 【解析】S闭合电路稳定时，由于RLR，那么ILIR，S断开的瞬时，流过线圈的电流屯要减小，在L上产生的自感电动势要阻碍电流的减小，通过灯原来的电流IR随着开关断开变为零，而灯与线圈形成闭合回路，流过线圈的电流IL通过灯泡，由于ILIR，因此灯开始有明显的闪亮，C正确。A、B错误。若RLR，则ILIR，这样不会有明显的闪亮，D错误。 8． 如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有（ ） A．灯立即熄灭 B．灯慢慢熄灭 C．灯突然闪亮一下再慢慢熄灭 D．灯突然闪亮一下再突然熄灭 【答案】A 【解析】本题考查对自感电动势的正确理解，关键是看到断开开关，电路断路，线圈中虽然产生感应电动势，但不能形成感应电流，故灯立即熄灭，故选A。 【总结升华】该题易和自感现象演示实验中的现象（灯闪亮一下再熄灭）相混淆，错选成C。自感现象中要形成感应电流，电路必须是通路。 9． （多选）如图所示的（）、（）两个电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都小，且小于灯泡A的电阻，接通开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（ ） A．在电路（）中，断开S后，A将逐渐变暗 B．在电路（）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 C．在电路（）中，断开S后，A将逐渐变暗 D．在电路（）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗 【答案】AD 【解析】在电路断开时，电感线圈的自感电动势阻碍原电流的减小，此时电感线圈在电路中相当于一个电源，表现在两个方面：一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致；二是在断电瞬间，自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等，以后以此电流开始缓慢减小到零。 （）图中，灯与电感线圈在同一个支路中，流过的电流相同，当断开开关时，灯将逐渐变暗；（）图中，断开时，中的电流立即为零，但由于自感，电感线圈中将维持本身的电流不变，且，所以灯亮一下才逐渐熄灭，综上所述选A、D。 10．如图所示，灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略。则（ ） A．S闭合的瞬间，LA、LB同时发光，接着LA变暗，LB更亮，最后LA熄灭 B．S闭合瞬间，LA不亮，LB立即亮 C．S闭合瞬间，LA、LB都不立即亮 D．稳定后再断开S的瞬间，LB熄灭，LA比LB（原先亮度）更亮 【答案】A 【解析】本题考查通电自感现象的分析，关键要知道纯电感线圈在电流稳定时相当于一根短路导线。 接通的瞬间，支路中电流从无到有发生变化，因此，中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以接通的瞬间中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过。所以、会同时亮。 又由于三中电流很快稳定，感应电动势很快消失，的阻值因为很小，所以对LA起到“短路”作用，因此，便熄灭。这里电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，会比以前更亮。 11.（多选）图所示电路，线圈电阻不计，则（ ） A．闭合瞬间，板带正电，板带负电 B．保持闭合，板带正电，板带负电 C．断开瞬间，板带正电，板带负电 D．由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述三种情况电容器两板都不带电 【答案】AC 【解析】A、S闭合瞬间，线圈对电流的阻碍，电源给电容器充电，且A与电源的正极相连，故A板带正电，B板带负电，故A正确; B、S保持闭合，由于线圈L的电阻不计，电容器被短路，故电容器不带电，故B错误; C、S断开瞬间，线圈中产生感应电流，方向与原电流方向相同，故B带正电，A带负电，故C正确， D、根据ABC可知，D错误。 12.（多选）在如图所示的四个日光灯接线图中，S1为启动器，S2为开关，L为镇流器。能使日光灯正常发光的是（ ） 【答案】AC 【解析】日光灯工作时，电流通过镇流器，灯丝和启动器构成回路，使启动器发出辉光，相当于启动器短路接通，同时电流加热灯丝，灯丝发射电子，镇流器起控制电流的作用，之后启动器断开瞬间，镇流器产生很大的自感电动势，出现一个高电压加在灯管两端，灯管中的气体放电、发光，此时启动器已无作用。所以启动器可用手动的开关来代替（实际操作时，因启动器丢失或损坏时，可手持带绝缘皮的导线短接启动后再断开）。另外，D图的错误是灯管的灯丝短路。 【总结升华】日光灯电路是自感现象在实际中的主要应用，产生自感电动势的电路原件是镇流器。 13. 在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后，调整R，使L1和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开S。若时刻再闭合S，则在前后的一小段时间内，正确反映流过L1的电流、流过L2的电流随时间变化的图像是（ ） 【答案】B 【解析】闭合开关S后,调整R，使两个灯泡 L1、L2发光的亮度一样，说明RL=R。闭合S，流过电感线圈L和灯泡L，的电流迅速增大，使电感线圈L产生自感电动势，阻碍了流过 L 的电流增大，直至到达电流I，故A错误，B正确；而对于灯泡L2的电流 i2立即达到最大，故CD错误。 14.（多选）下列磁场垂直加在金属圆盘上能产生涡流的是（ ） 【答案】BCD 【解析】变化的磁场都能产生涡旋电场，从而在金属圆盘中产生涡流。 15．在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是（ ） 【答案】D 【解析】应采用D所示的安装位置才符合要求。因为通电线圈的磁场分布与条形磁铁的类似，采用D所示的安装位置时，变化的磁场穿过另一线圈的磁通量最小，故D正确。 16.（多选）太空自行车是利用电磁力增加阻力的一种体育锻炼器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图：其中圆形结构为金属圆盘，当航天员踩脚踏板时，金属圆盘随之旋转。则下列设计中可行的方案有（　　） A. B. C. D. 【答案】CD 【详解】AB．磁场充满整个圆盘，一次圆盘转动过程中产生的涡流为0，AB错误； CD．金属圆盘看成无数金属辐条组成，根据右手定则判断可知，圆盘上的感应电流流向边缘，所以靠近圆心处电势低，圆盘中磁场不对称，故有感应电流，同时会产生阻力，CD正确。 17．如图所示，已知ε=20V，R1=20Ω，R2=10Ω，L是纯电感线圈，电源内阻不计，则S闭合稳定时，ab间的电压是_________，再打开S的瞬间，ab间的电压是_____。 　　　　　　　　　　　　　　　　　 【答案】0，60V 【解析】S闭合稳定时，ab间没有电流变化，无电势差，所以ab间电压为0； 　打开S的瞬间，产生自感现象，但电流还未改变，仍为=2A，所以Uab=2×(10+20)=60V。 18．图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流。电路中电灯的电阻R1=6.0Ω，定值电阻R=2.0Ω，A、B间电压U=6.0V。开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t=1.0×10-3s时刻断开开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示。则线圈L的直流电阻RL= Ω；断开开关后通过电灯的电流方向为 (选填“向左”或“向右”)；在t=1.6×10-3s时刻线圈L中的自感电动势的大小为 V。 【答案】2.0 向左 2.0 【详解】由题图乙可读出，开始时线圈L的电流i0=1.5A,由闭合电路欧姆定律有 U=i0(R+RL)，所以RL=2.0Ω 断开开关后，L中的电流从原来的数值逐渐减小，电流的方向不变，所以通过电灯的电流方向与原来的方向相反，是向左的。由题图乙读出，t=1.6×10-3s时刻线圈L的电流i1=0.20A，线圈工此时是一个电源，由闭合电路欧姆定律得=i1(RL+R+R1)=2.0 V。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$