第2章 第3节 自感现象与涡流-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第二册教师用书（鲁科版2019）

DIERZHANG 第2章 第3节　自感现象与涡流 1 1.知道自感现象，能用自感解释简单的电磁现象，了解自感现象在生活中的应用。 2.能用法拉第电磁感应定律分析通电、断电时自感现象的成因以及能量转化(重难点)。 3.知道涡流现象，能解释涡流的成因，知道涡流现象的应用和危害。 学习目标 2 一、自感现象的理解与应用 二、涡流及其应用 课时对点练 内容索引 3 一 自感现象的理解与应用 4 1.按照如图所示电路图连接电路。 (1)开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？ 答案　灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。 (2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。 答案　接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。 2.按照如图所示电路图连接电路。 (1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开 关使灯泡发光，稳定后断开开关。观察开关断开时 灯泡的亮度变化，并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？ 答案　灯泡逐渐熄灭。开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡逐渐熄灭。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。 (2)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？ 答案　开关闭合时，灯泡中的电流方向向左，开 关断开瞬间，灯泡中的电流方向向右，所以开关 断开前后，流过灯泡的电流方向相反。 1.由线圈 变化所产生的电磁感应现象称为自感现象。 2.由线圈自身电流变化所产生的感应电动势称为 。 3.自感电动势的作用：自感电动势总是要 导体自身的电流发生变化。 4.自感电动势的大小：E=L，其中L是自感系数，简称 或 ，单位： ，符号为H。 5.自感系数大小的决定因素：线圈的横截面积 ，单位长度匝数 ，线圈 ，它的自感就越大，此外，将铁芯插入线圈，会使线圈的自感大大增加。 6.自感现象的应用：日光灯镇流器，与电容器组成振荡电路，电焊机。 梳理与总结 自身的电流 自感电动势 阻碍 自感 电感 亨利 越大 越多 越长 　如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(线圈L的直流电阻较小) A.A比B先亮，然后A逐渐熄灭 B.B比A先亮，然后B逐渐变暗 C.A、B一起亮，然后A逐渐熄灭 D.A、B一起亮，然后B逐渐熄灭 例1 √ S闭合时，线圈上产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，电路稳定后线圈L的直流电阻较小，故流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。 　(多选)(2023·莆田市第一中学高二期末)如图所示电路中，L为直流电阻不计且自感系数很大的线圈，A、B为两规格相同的灯泡，则 A.闭合S时，A先亮，B后亮 B.闭合S时，A、B同时亮，然后B熄灭 C.断开S时，A、B都逐渐变暗并同时熄灭 D.断开S时，A立即熄灭，B闪亮后再逐渐变暗直至熄灭 例2 √ √ 闭合S时，电流同时流过两灯，A、B同时亮，故 A错误； 线圈只能阻碍电流增大，无法阻止，电流稳定后 线圈相当于导线，B灯被短路，B熄灭，故B正确； 断开S，A灯立即熄灭，线圈L中电流逐渐减小，产生自感电动势，感应电流流过B灯，B闪亮一下后熄灭，故C错误，D正确。 　(多选)如图所示，用电流传感器研究自感现象。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值。t=0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机 例3 √ 分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图像。下列图像中可能正确的是 √ 当t=0时刻闭合开关S的瞬间，电路中的电流突然增大，在L中要产生自感电动势阻碍电流的增加，所以L中的电流会逐渐增加到稳定值；而电阻R上，开始时由于L中的自感电动势很大，L相当于断路， 所以流过R的电流会较大，然后随时间逐渐减小到稳定值。由于L直流电阻小于电阻R的阻值，所以稳定时电阻R的电流小于L的电流，两者方向相同，都是从左向右；当t1时刻断开S时，R中原来的电流立即减小到零，但是L中由于自感电动势阻碍电流的减小，所以此电流会在L和R中形成回路，然后逐渐减到零，其流过R的电流方向与原来方向相反，故A、D正确，B、C错误。 1.自感现象的“三种状态”“一个特点” (1)三种状态 ①线圈通电瞬间可把自感线圈看成断路。(可以理解为线圈电阻从无穷大逐渐减小) ②断电时自感线圈相当于电源。(电流方向与原来线圈中方向相同) ③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈的电阻为0，相当于短路。 (2)一个特点 在发生自感现象时，线圈中电流不发生“突变”。 总结提升 2.并非所有断电自感现象均会出现灯泡“闪亮”一下的现象，是否出现“闪亮”一下的现象取决于电路稳定时，与线圈并联的小灯泡所在支路电流的大小和通过线圈的电流的大小二者的关系，若线圈电流大，则会出现灯泡“闪亮”现象，否则不会出现“闪亮”现象。 3.断电自感现象中，在断开开关后，灯泡仍然会亮一会儿，并不违背能量守恒定律，本质是储存在线圈的磁场能转化为电能。 总结提升 返回 二 涡流及其应用 16 1.涡流：将一金属块放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就会产生 ，这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像 一样，我们把这种感应电流称为涡电流，简称涡流。 2.涡流的特点：若金属的电阻很小，穿过金属的磁通量变化时产生的涡流 ，使金属 。 3.涡流的应用与防止 (1)涡流的应用：电磁炉、安检门。 (2)涡流的防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。减小涡流的方法：用电阻率较大且涂有绝缘材料的硅钢板材叠加做成铁芯。 感应电流 旋涡 较大 很快发热 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？ 思考与讨论 答案　电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上变化极快的电流时，在线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使锅底产生涡流，铁锅迅速发热。 (1)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。 (　　) (2)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。(　　) (3)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。(　　) (4)涡流有热效应，但没有磁效应。(　　) × √ × × 易错辨析 　(多选)(2023·天津市第二十中学高二期末)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是 A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C.封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决 D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器 例4 √ √ 由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电，故A、B错误； 减小内置线圈中所通过电流的频率可以降低封口过程中产生的热量，即控制温度，故C正确； 封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，故D正确。 返回 课时对点练 三 22 考点一　自感现象 1.关于线圈的自感系数，下面说法正确的是 A.线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B.线圈中的电流变化越快，自感系数越大 C.线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定 D.线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 基础对点练 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 磁通量有变化才有感应电动势，故A错误； 自感系数与电流无关，故B、D错误； 线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定，故C正确。 13 2.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，采取了双线绕法，如图所示，其中的原理是 A.当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感 　电动势互相抵消 B.当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应 　电流互相抵消 C.当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消 D.以上说法均不对 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由于采用了双线绕法，两股导线中的电流等大反向，它们产生的磁场方向相反，磁通量相互抵消，不论导线中的电流如何变化，线圈中的磁通量始终为0，所以消除了自感现象的影响，故C正确。 13 3.(2023·泉州市高二期中)在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则 A.在电路甲中，A将立刻变亮 B.在电路甲中，A将先变亮，然后 　渐渐变暗 C.在电路乙中，A将渐渐变亮 D.在电路乙中，A将先由亮渐渐变 　暗，然后熄灭 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 在电路甲中，接通S，由于线圈 阻碍电流变大，导致A将逐渐变 亮。故A、B错误； 在电路乙中，接通S时，由于线 圈阻碍电流变大，A将变亮，随 着线圈阻碍作用减小，A灯逐渐变暗，最后L相当于短路，灯泡熄灭。故C错误，D正确。 13 4.(2024·上海市浦东新区月考)如图，A、B是两个规格相同的小灯泡，L为自感系数较大的线圈，A1、A2是零刻度在中间的相同电流表，闭合开关调节滑动变阻器R，使两个灯泡的亮度相同。则 A.闭合S瞬间，灯泡B立刻变亮，灯泡A 　逐渐变亮 B.闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数 C.稳定后，断开S瞬间，灯泡B先闪亮一下， 　再熄灭 D.稳定后，断开S瞬间，电流表A1和A2指针偏转方向相同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 闭合S瞬间，灯泡B立刻变亮，与灯泡A串联的线圈产生自感电动势，导致灯泡A逐渐变亮。所以此时电流表A1示数不等于A2示数。故A正确；B错误； 稳定后，断开S瞬间，灯泡A与灯泡B所在支路形成闭合回路，因为断开前两支路电流相等，所以断开瞬间两灯不会先闪亮一下，再熄灭。故C错误； 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 依题意，稳定后电流表A1和A2的电流方向相同，指针偏转方向相同，断开S瞬间，在新的回路中电流表A1的指针方向不变，电流表A2指针偏转方向反向。故D错误。 13 5.(2023·秦皇岛市第一中学高二月考)在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡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待电路稳定后，调整R的滑片使L1和L2亮度一样，此时通 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 过两个灯泡的电流均为I。在之后的t0时刻断开S，则在如图所示的图像中，能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 L1与线圈串联，断开S瞬间，流过线圈的电流 方向不变，电流大小慢慢变小，且变小得越来 越慢，B错误，A正确； S断开的瞬间，流过L2的电流反向，之后电流 逐渐减小，C、D错误。 13 考点二　涡流及其应用 6.(2023·福建师大附中高二开学考试)电磁灶是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。有关电磁灶，下列说法中正确的是 A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 B.电磁灶中通入电压足够高的直流电也能正常工作 C.金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁灶来烹饪食物 D.电磁灶的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，磁场变化的频率越高，产生的涡流越强，故A正确； 直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误； 锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误； 电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，故D错误。 13 7.(2023·福州市高二期中)金属探测器如图所示，当金属中处在变化的磁场中时，这个磁场能在金属物体的内部产生涡电流。涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声。考生进考场时，每个同学都必须经过金属探测器的检查。关于金属探测器的检查，下列说法不正确的是 A.金属探测器的工作原理是利用了电磁感应的原理 B.金属探测器探测到考生衣服上的金属扣时，金属扣中感 　应出涡流 C.此金属探测器也可用于食品生产，检测食品中是否混入 　细小的砂粒 D.探测过程中，无论金属探测器与被测金属处于相对静止 　状态，还是相对运动状态，都能产生涡流 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 金属探测器的工作原理是利用了电磁感应的原理，故A正确，不满足题意要求； 金属探测器探测到考生衣服上的金属扣时，金属扣中感应出涡流，故B正确，不满足题意要求； 因为砂粒是绝缘体，此金属探测器不可以检测食品中是否混入细小的砂粒，故C错误，满足题意要求； 探测过程中，由于金属中处在变化的磁场中时，无论金属探测器与被测金属处于相对静止状态，都能产生涡流，故D正确，不满足题意要求。 13 8.(多选)如图是高频焊接原理示意图。当线圈中通以变化的电流时，待焊接的金属工件的焊缝处就会产生大量热量将金属熔化，把工件焊接在一起。下列说法正确的是 A.电源的频率越高，工件中的感应电 　流越大 B.电源的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电流大 D.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电阻大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据法拉第电磁感应定律，电源的频 率越高，感应电动势越大，工件中的 感应电流越大，焊缝处的温度升高得 越快，A正确，B错误； 焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处接触面积小，电阻大，C错误，D正确。 13 9.(2024·海南省高二期中联考)如图所示，L是自感系数足够大的线圈，其直流电阻与灯泡L1、L2的电阻相同，两灯泡的额定电压、额定功率相同，额定电压小于电源的电动势，闭合电键S，则下列判断正确的是 A.闭合电键后，L1、L2两灯泡逐渐变亮 B.闭合电键后，L1、L2两灯泡逐渐变暗至熄灭 C.断开电键一瞬间，灯泡L1中有从右向左的电流 D.断开电键一瞬间，灯泡L2的功率变为原来的二分之一 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 能力综合练 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 线圈的自感系数足够大，闭合电键后，线圈相当于断路，L1、L2两灯泡立即变亮，稳定后，线圈相当于定值电阻与两灯泡并联，两灯泡中的电流稳定，亮度正常，故AB错误； 断开电键一瞬间，线圈由于自感作用产生感应电动势，阻碍电流的减小，电流方向向右，与两灯泡组成闭合电路，所以灯泡L1中有从右向左的电流，故C正确； 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 闭合电键后，线圈与两灯泡并联且电阻相同，所以通过两灯泡和线圈的电流相同，断开电键一瞬间，线圈相当于电源，电流不变，则通过灯泡L2的电流减小为原来一半，根据P=I2R，可知灯泡L2的功率变为原来的四分之一，故D错误。 13 10.(2023·泉州市第七中学期中)在一水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑圆弧轨道。一导体圆环自轨道左侧的A点无初速度释放，则下列说法中正确的是 A.圆环最终停在轨道的最低点B B.圆环能滑到轨道右侧与A点等高处C C.圆环运动过程中机械能守恒 D.圆环在运动过程中感应电流方向一直是顺时针方向 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由于圆环运动的范围内，各处的磁感应强度不同，所以圆环运动的过程中机械能不断转化为电能，故圆环的机械能会越来越小，最终停在最低点B，故A正确； 因为圆环在运动的过程中，产生感应电流，对整个过程由能量守恒定律得，重力势能转化为电能，故不能上升到右侧与C点等高处，故B错误； 整个过程重力势能转化为电能，机械能不守恒，故C错误； 圆环来回运动，磁通量不断变化，所以感应电流方向不断变化，故D错误。 13 11.(2023·北京市西城区高二期末)如图所示，一根长1 m左右的空心铝管竖直放置，把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁铁从铝管上端放入管口，圆柱形磁铁直径略小于铝管的内径。让磁铁从管口处由静止下落，磁铁在管内运动时，没有跟铝管内壁发生摩擦，不计空气阻力。有关磁铁在铝管中下落的过程，下列说法可能正确的是 A.磁铁做自由落体运动 B.磁铁受到铝管中涡流的作用力方向先向上后向下 C.磁铁受到的合力方向一直向下 D.磁铁的机械能先增大后减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 磁铁下落时，由于是无缝空心铝管，故会产生电磁感应，出现涡流，根据楞次定律可知会产生阻力阻碍小圆柱永磁铁的下落。开始时，速度较小，阻力小于重力，合力向下，当速度逐渐增大时，磁铁所受阻力也增大，加速 度减小。当空心铝管足够长时，磁铁会先做加速度逐渐减小的加速运动，速度最大时，小圆柱所受阻力等于重力，做匀速直线运动，因此磁铁不可能做自由落体运动，且磁铁受到铝管中涡流的作用力方向一直向上，故A、B错误； 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 当铝管长度有限时，磁铁可能达不到最大速度就穿过了铝管，即该过程中磁铁受到的合力方向一直向下，故C正确； 由于一直存在阻力做负功，因此磁铁的机械能一直减小，故D错误。 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12.(多选)(2023·泉州市高二月考)如图所示电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻可不计。在开关S接通和断开时，下列说法正确的是 A.S接通时，A1先达到最亮，稳定后A1熄灭时A2达 　到最亮 B.S接通时，A2先达到最亮，稳定后A1与A2亮度相同 C.电路稳定后断开S时， A1闪亮后与A2一起熄灭 D.电路稳定后断开S时，A2先熄灭，A1闪亮后熄灭 √ √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A1和A2在S接通时立即发光，A1的电流等于流过A2和R的电流之和，所以A1先达到最亮，由于电感线圈L的作用，A1会逐渐变暗，稳定后被线圈短路而熄灭；A2亮度会逐渐增强，A1熄灭时A2达到最亮，选项A正确，B错误； 电路稳定后断开S时，A2立即熄灭；而A1与电感线圈L组成回路，会闪亮后熄灭，选项C错误、D正确。 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13.(多选)(2023·福州市高二期末)如图所示，三个灯泡L1、L2、L3规格相同，螺线管和二极管的导通电阻可以忽略。竖直悬挂的线圈中心轴线与螺线管的轴线水平共线。现突然断开开关S，将发生的现象是 A.L1逐渐熄灭，L2、L3逐渐熄灭 B.L1逐渐熄灭，L2立即熄灭，L3先变亮后熄灭 C.线圈向左摆动，并有收缩趋势 D.线圈中的感应电流为逆时针(从左向右看) √ √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 突然断开开关，由于螺线管的自感现象，线圈产生自感电动势，使得电流I1(向右)不能突变，而是逐渐变为0，L1逐渐熄灭，由于二极管的单向导电性，L2马上熄灭，由于I1>I3，所以L3闪亮后熄灭，故A错误B正确； 穿过线圈内的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈和螺线管间将有引力作用，线圈向右摆动，且有扩大趋势，线圈中的感应电流方向为逆时针方向，故C错误D正确。 返回 13 BENKEJIESHU 本课结束 $$ 第3节　自感现象与涡流 ［学习目标］　1.知道自感现象，能用自感解释简单的电磁现象，了解自感现象在生活中的应用。2.能用法拉第电磁感应定律分析通电、断电时自感现象的成因以及能量转化(重难点)。3.知道涡流现象，能解释涡流的成因，知道涡流现象的应用和危害。 一、自感现象的理解与应用 1.按照如图所示电路图连接电路。 (1)开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？ (2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。 答案　(1)灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。 (2)接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。 2.按照如图所示电路图连接电路。 (1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？ (2)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？ 答案　(1)灯泡逐渐熄灭。开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡逐渐熄灭。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。 (2)开关闭合时，灯泡中的电流方向向左，开关断开瞬间，灯泡中的电流方向向右，所以开关断开前后，流过灯泡的电流方向相反。 1.由线圈自身的电流变化所产生的电磁感应现象称为自感现象。 2.由线圈自身电流变化所产生的感应电动势称为自感电动势。 3.自感电动势的作用：自感电动势总是要阻碍导体自身的电流发生变化。 4.自感电动势的大小：E=L，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号为H。 5.自感系数大小的决定因素：线圈的横截面积越大，单位长度匝数越多，线圈越长，它的自感就越大，此外，将铁芯插入线圈，会使线圈的自感大大增加。 6.自感现象的应用：日光灯镇流器，与电容器组成振荡电路，电焊机。 例1　如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(线圈L的直流电阻较小)(　　) A.A比B先亮，然后A逐渐熄灭 B.B比A先亮，然后B逐渐变暗 C.A、B一起亮，然后A逐渐熄灭 D.A、B一起亮，然后B逐渐熄灭 答案　B 解析　S闭合时，线圈上产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，电路稳定后线圈L的直流电阻较小，故流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。 例2　(多选)(2023·莆田市第一中学高二期末)如图所示电路中，L为直流电阻不计且自感系数很大的线圈，A、B为两规格相同的灯泡，则(　　) A.闭合S时，A先亮，B后亮 B.闭合S时，A、B同时亮，然后B熄灭 C.断开S时，A、B都逐渐变暗并同时熄灭 D.断开S时，A立即熄灭，B闪亮后再逐渐变暗直至熄灭 答案　BD 解析　闭合S时，电流同时流过两灯，A、B同时亮，故A错误；线圈只能阻碍电流增大，无法阻止，电流稳定后线圈相当于导线，B灯被短路，B熄灭，故B正确；断开S，A灯立即熄灭，线圈L中电流逐渐减小，产生自感电动势，感应电流流过B灯，B闪亮一下后熄灭，故C错误，D正确。 例3　(多选)如图所示，用电流传感器研究自感现象。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值。t=0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图像。下列图像中可能正确的是(　　) 答案　AD 解析　当t=0时刻闭合开关S的瞬间，电路中的电流突然增大，在L中要产生自感电动势阻碍电流的增加，所以L中的电流会逐渐增加到稳定值；而电阻R上，开始时由于L中的自感电动势很大，L相当于断路，所以流过R的电流会较大，然后随时间逐渐减小到稳定值。由于L直流电阻小于电阻R的阻值，所以稳定时电阻R的电流小于L的电流，两者方向相同，都是从左向右；当t1时刻断开S时，R中原来的电流立即减小到零，但是L中由于自感电动势阻碍电流的减小，所以此电流会在L和R中形成回路，然后逐渐减到零，其流过R的电流方向与原来方向相反，故A、D正确，B、C错误。 1.自感现象的“三种状态”“一个特点” (1)三种状态 ①线圈通电瞬间可把自感线圈看成断路。(可以理解为线圈电阻从无穷大逐渐减小) ②断电时自感线圈相当于电源。(电流方向与原来线圈中方向相同) ③电流稳定后，自感线圈相当于导体电阻，理想线圈的电阻为0，相当于短路。 (2)一个特点 在发生自感现象时，线圈中电流不发生“突变”。 2.并非所有断电自感现象均会出现灯泡“闪亮”一下的现象，是否出现“闪亮”一下的现象取决于电路稳定时，与线圈并联的小灯泡所在支路电流的大小和通过线圈的电流的大小二者的关系，若线圈电流大，则会出现灯泡“闪亮”现象，否则不会出现“闪亮”现象。 3.断电自感现象中，在断开开关后，灯泡仍然会亮一会儿，并不违背能量守恒定律，本质是储存在线圈的磁场能转化为电能。 二、涡流及其应用 1.涡流：将一金属块放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就会产生感应电流，这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像旋涡一样，我们把这种感应电流称为涡电流，简称涡流。 2.涡流的特点：若金属的电阻很小，穿过金属的磁通量变化时产生的涡流较大，使金属很快发热。 3.涡流的应用与防止 (1)涡流的应用：电磁炉、安检门。 (2)涡流的防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。减小涡流的方法：用电阻率较大且涂有绝缘材料的硅钢板材叠加做成铁芯。 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？ 答案　电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上变化极快的电流时，在线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使锅底产生涡流，铁锅迅速发热。 (1)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。(　×　) (2)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。(　√　) (3)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。(　×　) (4)涡流有热效应，但没有磁效应。(　×　) 例4　(多选)(2023·天津市第二十中学高二期末)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是(　　) A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C.封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决 D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器 答案　CD 解析　由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电，故A、B错误；减小内置线圈中所通过电流的频率可以降低封口过程中产生的热量，即控制温度，故C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，故D正确。 　　　　课时对点练　［分值：60分］ 1~8题每题4分，共32分 考点一　自感现象 1.关于线圈的自感系数，下面说法正确的是(　　) A.线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大 B.线圈中的电流变化越快，自感系数越大 C.线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定 D.线圈中的电流等于零时，自感系数也等于零 答案　C 解析　磁通量有变化才有感应电动势，故A错误；自感系数与电流无关，故B、D错误；线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定，故C正确。 2.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，采取了双线绕法，如图所示，其中的原理是(　　) A.当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势互相抵消 B.当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消 C.当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消 D.以上说法均不对 答案　C 解析　由于采用了双线绕法，两股导线中的电流等大反向，它们产生的磁场方向相反，磁通量相互抵消，不论导线中的电流如何变化，线圈中的磁通量始终为0，所以消除了自感现象的影响，故C正确。 3.(2023·泉州市高二期中)在如图所示的甲、乙电路中，电阻R和灯泡电阻的阻值相等，自感线圈L的电阻值可认为是0，在接通开关S时，则(　　) A.在电路甲中，A将立刻变亮 B.在电路甲中，A将先变亮，然后渐渐变暗 C.在电路乙中，A将渐渐变亮 D.在电路乙中，A将先由亮渐渐变暗，然后熄灭 答案　D 解析　在电路甲中，接通S，由于线圈阻碍电流变大，导致A将逐渐变亮。故A、B错误；在电路乙中，接通S时，由于线圈阻碍电流变大，A将变亮，随着线圈阻碍作用减小，A灯逐渐变暗，最后L相当于短路，灯泡熄灭。故C错误，D正确。 4.(2024·上海市浦东新区月考)如图，A、B是两个规格相同的小灯泡，L为自感系数较大的线圈，A1、A2是零刻度在中间的相同电流表，闭合开关调节滑动变阻器R，使两个灯泡的亮度相同。则(　　) A.闭合S瞬间，灯泡B立刻变亮，灯泡A逐渐变亮 B.闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数 C.稳定后，断开S瞬间，灯泡B先闪亮一下，再熄灭 D.稳定后，断开S瞬间，电流表A1和A2指针偏转方向相同 答案　A 解析　闭合S瞬间，灯泡B立刻变亮，与灯泡A串联的线圈产生自感电动势，导致灯泡A逐渐变亮。所以此时电流表A1示数不等于A2示数。故A正确；B错误；稳定后，断开S瞬间，灯泡A与灯泡B所在支路形成闭合回路，因为断开前两支路电流相等，所以断开瞬间两灯不会先闪亮一下，再熄灭。故C错误；依题意，稳定后电流表A1和A2的电流方向相同，指针偏转方向相同，断开S瞬间，在新的回路中电流表A1的指针方向不变，电流表A2指针偏转方向反向。故D错误。 5.(2023·秦皇岛市第一中学高二月考)在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡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待电路稳定后，调整R的滑片使L1和L2亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为I。在之后的t0时刻断开S，则在如图所示的图像中，能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是(　　) 答案　A 解析　L1与线圈串联，断开S瞬间，流过线圈的电流方向不变，电流大小慢慢变小，且变小得越来越慢，B错误，A正确；S断开的瞬间，流过L2的电流反向，之后电流逐渐减小，C、D错误。 考点二　涡流及其应用 6.(2023·福建师大附中高二开学考试)电磁灶是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。有关电磁灶，下列说法中正确的是(　　) A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 B.电磁灶中通入电压足够高的直流电也能正常工作 C.金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁灶来烹饪食物 D.电磁灶的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗 答案　A 解析　锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，磁场变化的频率越高，产生的涡流越强，故A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，故D错误。 7.(2023·福州市高二期中)金属探测器如图所示，当金属中处在变化的磁场中时，这个磁场能在金属物体的内部产生涡电流。涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声。考生进考场时，每个同学都必须经过金属探测器的检查。关于金属探测器的检查，下列说法不正确的是(　　) A.金属探测器的工作原理是利用了电磁感应的原理 B.金属探测器探测到考生衣服上的金属扣时，金属扣中感应出涡流 C.此金属探测器也可用于食品生产，检测食品中是否混入细小的砂粒 D.探测过程中，无论金属探测器与被测金属处于相对静止状态，还是相对运动状态，都能产生涡流 答案　C 解析　金属探测器的工作原理是利用了电磁感应的原理，故A正确，不满足题意要求；金属探测器探测到考生衣服上的金属扣时，金属扣中感应出涡流，故B正确，不满足题意要求；因为砂粒是绝缘体，此金属探测器不可以检测食品中是否混入细小的砂粒，故C错误，满足题意要求；探测过程中，由于金属中处在变化的磁场中时，无论金属探测器与被测金属处于相对静止状态，都能产生涡流，故D正确，不满足题意要求。 8.(多选)如图是高频焊接原理示意图。当线圈中通以变化的电流时，待焊接的金属工件的焊缝处就会产生大量热量将金属熔化，把工件焊接在一起。下列说法正确的是(　　) A.电源的频率越高，工件中的感应电流越大 B.电源的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电流大 D.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电阻大 答案　AD 解析　根据法拉第电磁感应定律，电源的频率越高，感应电动势越大，工件中的感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，A正确，B错误；焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处接触面积小，电阻大，C错误，D正确。 9、10题每题5分，11~13题每题6分，共28分 9.(2024·海南省高二期中联考)如图所示，L是自感系数足够大的线圈，其直流电阻与灯泡L1、L2的电阻相同，两灯泡的额定电压、额定功率相同，额定电压小于电源的电动势，闭合电键S，则下列判断正确的是(　　) A.闭合电键后，L1、L2两灯泡逐渐变亮 B.闭合电键后，L1、L2两灯泡逐渐变暗至熄灭 C.断开电键一瞬间，灯泡L1中有从右向左的电流 D.断开电键一瞬间，灯泡L2的功率变为原来的二分之一 答案　C 解析　线圈的自感系数足够大，闭合电键后，线圈相当于断路，L1、L2两灯泡立即变亮，稳定后，线圈相当于定值电阻与两灯泡并联，两灯泡中的电流稳定，亮度正常，故AB错误；断开电键一瞬间，线圈由于自感作用产生感应电动势，阻碍电流的减小，电流方向向右，与两灯泡组成闭合电路，所以灯泡L1中有从右向左的电流，故C正确；闭合电键后，线圈与两灯泡并联且电阻相同，所以通过两灯泡和线圈的电流相同，断开电键一瞬间，线圈相当于电源，电流不变，则通过灯泡L2的电流减小为原来一半，根据P=I2R，可知灯泡L2的功率变为原来的四分之一，故D错误。 10.(2023·泉州市第七中学期中)在一水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑圆弧轨道。一导体圆环自轨道左侧的A点无初速度释放，则下列说法中正确的是(　　) A.圆环最终停在轨道的最低点B B.圆环能滑到轨道右侧与A点等高处C C.圆环运动过程中机械能守恒 D.圆环在运动过程中感应电流方向一直是顺时针方向 答案　A 解析　由于圆环运动的范围内，各处的磁感应强度不同，所以圆环运动的过程中机械能不断转化为电能，故圆环的机械能会越来越小，最终停在最低点B，故A正确；因为圆环在运动的过程中，产生感应电流，对整个过程由能量守恒定律得，重力势能转化为电能，故不能上升到右侧与C点等高处，故B错误；整个过程重力势能转化为电能，机械能不守恒，故C错误；圆环来回运动，磁通量不断变化，所以感应电流方向不断变化，故D错误。 11.(2023·北京市西城区高二期末)如图所示，一根长1 m左右的空心铝管竖直放置，把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁铁从铝管上端放入管口，圆柱形磁铁直径略小于铝管的内径。让磁铁从管口处由静止下落，磁铁在管内运动时，没有跟铝管内壁发生摩擦，不计空气阻力。有关磁铁在铝管中下落的过程，下列说法可能正确的是(　　) A.磁铁做自由落体运动 B.磁铁受到铝管中涡流的作用力方向先向上后向下 C.磁铁受到的合力方向一直向下 D.磁铁的机械能先增大后减小 答案　C 解析　磁铁下落时，由于是无缝空心铝管，故会产生电磁感应，出现涡流，根据楞次定律可知会产生阻力阻碍小圆柱永磁铁的下落。开始时，速度较小，阻力小于重力，合力向下，当速度逐渐增大时，磁铁所受阻力也增大，加速度减小。当空心铝管足够长时，磁铁会先做加速度逐渐减小的加速运动，速度最大时，小圆柱所受阻力等于重力，做匀速直线运动，因此磁铁不可能做自由落体运动，且磁铁受到铝管中涡流的作用力方向一直向上，故A、B错误；当铝管长度有限时，磁铁可能达不到最大速度就穿过了铝管，即该过程中磁铁受到的合力方向一直向下，故C正确；由于一直存在阻力做负功，因此磁铁的机械能一直减小，故D错误。 12.(多选)(2023·泉州市高二月考)如图所示电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻可不计。在开关S接通和断开时，下列说法正确的是(　　) A.S接通时，A1先达到最亮，稳定后A1熄灭时A2达到最亮 B.S接通时，A2先达到最亮，稳定后A1与A2亮度相同 C.电路稳定后断开S时， A1闪亮后与A2一起熄灭 D.电路稳定后断开S时，A2先熄灭，A1闪亮后熄灭 答案　AD 解析　A1和A2在S接通时立即发光，A1的电流等于流过A2和R的电流之和，所以A1先达到最亮，由于电感线圈L的作用，A1会逐渐变暗，稳定后被线圈短路而熄灭；A2亮度会逐渐增强，A1熄灭时A2达到最亮，选项A正确，B错误； 电路稳定后断开S时，A2立即熄灭；而A1与电感线圈L组成回路，会闪亮后熄灭，选项C错误、D正确。 13.(多选)(2023·福州市高二期末)如图所示，三个灯泡L1、L2、L3规格相同，螺线管和二极管的导通电阻可以忽略。竖直悬挂的线圈中心轴线与螺线管的轴线水平共线。现突然断开开关S，将发生的现象是(　　) A.L1逐渐熄灭，L2、L3逐渐熄灭 B.L1逐渐熄灭，L2立即熄灭，L3先变亮后熄灭 C.线圈向左摆动，并有收缩趋势 D.线圈中的感应电流为逆时针(从左向右看) 答案　BD 解析　突然断开开关，由于螺线管的自感现象，线圈产生自感电动势，使得电流I1(向右)不能突变，而是逐渐变为0，L1逐渐熄灭，由于二极管的单向导电性，L2马上熄灭，由于I1>I3，所以L3闪亮后熄灭，故A错误B正确； 穿过线圈内的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈和螺线管间将有引力作用，线圈向右摆动，且有扩大趋势，线圈中的感应电流方向为逆时针方向，故C错误D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$