第10讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 互感和自感 夯基强化讲义-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

本讲义聚焦感生电场、涡流、电磁阻尼、电磁驱动及互感和自感等核心知识点，从感生与动生电动势对比切入，逐步深入涡流应用、电磁阻驱动力原理，最终以互感自感规律及应用收尾，构建完整学习支架。 资料通过对比表格辨析概念（如感生/动生电动势比较），培养科学思维。典例结合电磁炉、太空单车等实例，强化物理观念，课中辅助教师授课，课后学生可借典例和解析查漏补缺，巩固知识。

物理冯老师 第10讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 互感和自感 ——夯基强化讲义 考点1：电磁感应现象中的感生电场 1.感生电场 麦克斯韦认为,磁场变化时会在周围空间激发电场,这种电场与静电场不同,它不是由电荷产生的。 2.感生电动势 　　磁场变化时会在周围空间激发感生电场,处在感生电场中的闭合导体中的自由电荷在感生电场的作用下做定向移动,产生感应电流,或者说,导体中产生了感应电动势。由感生电场产生的电动势叫作感生电动势。 (1) 感生电动势的大小可由法拉第电磁感应定律求解,公式为E=n。 (2) 感生电动势的方向与感生电场的方向相同,与感应电流的方向相同。 重点1：感生电动势与动生电动势的比较 感生电动势 动生电动势 产生原因 磁场变化 导体做切割磁感线运动 回路中相当于电源的部分 处于变化磁场中的导体 做切割磁感线运动的导体 方向判断方法 由楞次定律和安培定则判断 通常由右手定则判断,也可由楞次定律和安培定则判断 大小计算方法 用E= n=n S计算 通常用E=Blv sin θ计算,也可用E=n计算 相互关系 感生电动势与动生电动势的本质是相同的,都遵循法拉第电磁感应定律,体现了能量的转化与守恒 【典例1】(多选) 下列说法中正确的是(　　) A.感生电场由变化的磁场产生 B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C.感生电场的方向同样也可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定 D.若空间没有闭合电路,即使磁场变化也不会产生感生电场 【答案】AC 【详解】变化的磁场一定产生电场,选项A正确。磁场变化时可以在周围空间激发感生电场,恒定的磁场在周围空间不能产生电场(易错点),选项B错误。感生电场的方向同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定,选项C正确。变化的磁场周围产生电场,与闭合电路是否存在无关,选项D错误。 【典例2】著名物理学家费曼曾设计这样一个实验装置:一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动,在圆板的中心有一个线圈,圆板的四周固定着一圈带电的金属小球,如图所示。当线圈接通电源后,将有图示方向的电流流过,则下列说法正确的是(　　) A.接通电源瞬间,圆板不会发生转动 B.线圈中电流的增大或减小会引起圆板向相同方向转动 C.接通电源后,保持线圈中电流不变,圆板转动方向与线圈中电流流向相同 D.若金属小球带负电,接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流流向相同 【答案】D 【详解】接通电源瞬间,线圈中电流增大,产生的磁场增强,根据楞次定律可知,产生的感生电场方向与线圈中电流的方向相反,带负电金属小球受到电场力带动圆板转动,转动方向与感生电场的方向相反,即与线圈中电流流向相同,故A错误,D正确;线圈中电流增大和减小时,产生的感生电场方向不同,小球受到电场力从而带动圆板转动,故引起的转动方向不同,故B错误;接通电源后,保持线圈中电流不变,则磁场不变,不会产生感生电场,小球不受到电场力,圆板不会转动,故C错误。 方法技巧　判断感生电场方向的思维方法　　 考点2：涡流、电磁阻尼、电磁驱动 1.涡流： 定义：线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，靠近它的导体内会产生漩涡状电流，叫做涡电流，简称涡流。 注意：块状金属在匀强磁场中平移时,穿过金属块的磁通量不变,金属块中不产生涡流。 特点：若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。 应用： （1）.涡流热效应：真空冶炼炉，高频焊接，电磁炉。 电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。 （2）.涡流磁效应：金属探测器、安检门等。 探雷器的长柄线圈中，通有变化的电流，在其周围就产生变化的磁场。埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流，涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警。 危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。 防止（减少涡流的途径，以变压器为例）：①增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢。②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 重点1：涡流的深度理解 a.涡流的本质 涡流的本质是由于电磁感应而产生的感应电流,与一般导体或线圈的最大区别是金属块内自成闭合回路,但它同样遵循法拉第电磁感应定律。 注意：磁场变化越快、导体的横截面积S越大、导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大。产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化,产生涡流现象时,金属块并没有接入闭合回路,但穿过金属块的磁通量变化时,金属块内部自成闭合回路,所以能产生感应电流。 b.产生涡流的两种情况 (1)把金属块放在变化的磁场中;(2)让金属块进出磁场或者在非匀强磁场中运动。 c.能量变化 伴随着涡流现象,其他形式的能转化成电能,并最终在金属块中转化为内能。 (1)如果把金属块放在变化的磁场中,则磁场能转化为电能并最终转化为内能。 (2)如果让金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,则由于克服安培力做功,金属块的机械能 转化为电能并最终转化为内能。 2．电磁阻尼： 定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止摆动,便于读数。汽车制动系统利用电磁阻尼是汽车制动。 3．电磁驱动： 定义：如果磁场相对于导体转动，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，这种作用常常称为电磁驱动。 如图所示,转动手柄时,蹄形磁体转动,穿过铝框的磁通量发生变化,根据楞次定律可知,此时铝框中有感应电流产生,以阻碍磁通量的变化,因而铝框就随磁体的转动而转动,转动方向与磁体的转动方向相同,但一定比磁体转动得慢一些。 应用: 交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。 重点2：电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不 同 点 成因 导体在磁场中运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力 磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力 效果 导体所受安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍导体运动 导体所受安培力的方向与导体运动方向相同,推动导体运动 能力转化 导体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能 由于电磁感应,磁场能转化为电能,通过安培力做功,电能转化为导体的机械能,从而对外做功 相同点 两者都是电磁感应现象,都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动 【典例3】(2024甘肃高考)工业上常利用感应电炉冶炼合金,装置如图所示。当线圈中通有交变电流时,下列说法正确的是(　　) A.金属中产生恒定感应电流 B.金属中产生交变感应电流 C.若线圈匝数增加,则金属中感应电流减小 D.若线圈匝数增加,则金属中感应电流不变 【答案】B 【详解】当线圈中通有交变电流时,感应电炉金属内的磁通量也不断随之变化,金属中产生交变感应电流,A错误,B正确;若线圈匝数增加,根据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势增大,则金属中感应电流变大,C、D错误。 【典例4】如图甲所示为某金属探测器,探测头内共面安装一个发射线圈和一个接收线圈,发射线圈通有如图乙所示的高频振荡电流,产生的磁场能在金属物体内部产生涡电流,涡电流的磁场使接收线圈的感应电流发生变化,从而使蜂鸣器发出提示音。下列说法正确的是(　　) A.探测头在靠近陶瓷制品时会发出提示音 B.探测头悬停在金属上方时不会发出提示音 C.发射线圈在t1、t2时刻产生的磁场方向相反 D.接收线圈在t1、t2时刻产生的感应电流方向相反 【答案】D 【详解】陶瓷制品不是金属,不能在其内部产生涡流,所以探测头在靠近陶瓷制品时不会发出提示音,A错误;探测头悬停在金属上方时,金属内部产生涡流,涡流的磁场会使接收线圈中的感应电流发生变化,从而使蜂鸣器发出提示音,B错误;由乙图可知,t1、t2时刻发射线圈中的电流方向相同,根据安培定则可知,发射线圈在t1、t2时刻产生的磁场方向相同,C错误;由于t1、t2时刻发射线圈产生的磁场方向相同,但t1时刻磁场在增强,t2时刻磁场在减弱(破题关键),根据楞次定律和安培定则可知,接收线圈在t1、t2时刻产生的感应电流方向相反,D正确。 【典例5】(多选) 如图所示,弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开,磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈,仍将磁铁托起到同一高度后放开,则下列说法正确的是(　　) A.放闭合线圈后,磁铁会更快地停下来 B.磁铁、弹簧、地球组成的系统机械能守恒 C.弹簧和磁铁减少的机械能转化为闭合线圈的电能 D.磁铁在运动过程中一直受到向上的安培力的阻碍作用 【答案】AC 【详解】磁铁上下运动过程中,在闭合线圈中产生了感应电流,感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化,即阻碍磁铁与闭合线圈间的相对运动,磁铁在向下运动的过程中受到向上的安培力,在向上运动的过程中受到向下的安培力,所以磁铁能更快停下来,故A正确,D错误;闭合线圈对磁铁的作用力做负功,磁铁、弹簧、地球组成的系统机械能减少,减少的机械能转化为闭合线圈的电能,故B错误,C正确。 【典例6】汽车采用的电磁制动原理示意图如图所示,当导体在固定通电线圈产生的磁场中运动时,会产生涡流,使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是(　　) A.制动过程中,导体不会发热 B.制动力的大小与导体运动的速度无关 C.改变线圈中的电流方向,导体就可获得动力 D.制动过程中导体获得的制动力逐渐减小 【答案】D 【详解】制动过程中,由于导体中产生了涡流,导体会发热,A错误;导体运动速度越大,穿过导体中回路的磁通量的变化率越大,产生的涡流越大,则导体所受安培力即制动力越大,即制动力的大小与导体运动的速度有关,B错误;根据楞次定律可知,原磁场对涡流的安培力总是要阻碍导体的相对运动(破题关键),即改变线圈中的电流方向,导体受到的安培力仍然为阻力,C错误;制动过程中,导体的速度逐渐减小,穿过导体中回路的磁通量的变化率变小,产生的涡流变小,则导体所受安培力变小,即制动力变小,D正确。 规律总结　产生涡流时的能量转化原因 　　(1)由于磁场变化使金属块产生涡流时,磁场能转化为电能,最终转化为内能。 (2)由于金属块在磁场中运动产生涡流时,金属块克服安培力做功,金属块的机械能转化为电能,最终转化为内能。 【典例7】（多选）如图所示,在水平绝缘桌面上放置一个金属圆环,圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。条形磁铁沿水平方向移动时,金属圆环将受到水平方向的驱动力,关于这个现象,下列说法正确的是(　　) A.驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同 B.驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相反 C.金属圆环中会产生逆时针方向的感应电流(俯视) D.金属圆环中会产生顺时针方向的感应电流(俯视) 【答案】AC 【详解】条形磁铁沿水平方向移动时,穿过金属圆环的磁通量减小,根据“来拒去留”可知,条形磁铁与金属圆环之间有相互的吸引力,则驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同,故A正确,B错误;条形磁铁沿水平方向移动时,穿过金属圆环向上的磁通量减小,由楞次定律和安培定则可知,金属圆环中会产生逆时针方向的感应电流(俯视),故C正确,D错误。 【典例8】图甲、乙中磁场方向与轮子的转轴平行,图丙、丁中磁场方向与轮子的转轴垂直,轮子是绝缘体,则采取下列哪种措施,能有效地借助磁场的作用,让转动的轮子停下(　　) 　 　 A.如图甲,在轮上固定如图绕制的线圈 B.如图乙,在轮上固定如图绕制的闭合线圈 C.如图丙,在轮上固定一些细金属棒,金属棒与轮子转轴平行 D.如图丁,在轮上固定一些闭合金属线框,线框长边与轮子转轴平行 【答案】D 【详解】 图甲、乙中当轮子转动时,穿过线圈的磁通量都是不变的(易错点),不会产生感应电流,则不会有安培力阻碍轮子的运动,A、B不符合题意;图丙中在轮上固定一些细金属棒,当轮子转动时会产生感应电动势,但是不会形成感应电流,则也不会有安培力阻碍轮子转动,C不符合题意;图丁中在轮上固定一些闭合金属线框,线框长边与轮子转轴平行,当轮子转动时会产生感应电动势,形成感应电流,则会有安培力阻碍轮子转动,使轮子较快停下来,D符合题意。 【典例9】磁电式电流表是实验室中常用的电学实验器材,如图为其结构示意图,线圈绕在一个与指针、转轴固连的铝框骨架上,并处在极靴和铁质圆柱间的磁场中。线圈未通电时,指针竖直指在表盘中央;线圈通电时指针随之偏转,由此就能确定电流的大小。下列说法正确的是(　　) A.线圈通电时指针随之偏转,这是利用电磁感应原理 B.极靴和铁质圆柱的作用是使磁场和线圈时刻共面 C.运输时要把电流表的正、负接线柱用导线连在一起从而保护电表指针,其底层原理和法拉第圆盘相同 D.将铝框改用塑料框不仅可以使整个电流表更轻便,还可以更灵敏 【答案】C 【详解】磁电式电流表的工作原理是安培力作用使通电线圈转动,故A错误;极靴和铁质圆柱的主要作用是使磁场分布近似辐向,保证线圈转到各位置时安培力的力矩与电流成正比,并非为了让“磁场与线圈时刻共面”,B错误;运输时用导线短接电流表的正、负接线柱,可以在指针(线圈)因外界振动而运动时产生感应电流并对运动产生阻尼,保护指针不被强烈撞击,所依据的原理和法拉第圆盘相同,都是电磁感应原理,故C正确;用金属铝框的主要原因有:铝材料较轻,电阻率较小,能更好地利用电磁阻尼现象使指针迅速停下来,所以不能用塑料框,D错误。 名师点津　铝框可以起电磁阻尼的作用。可以认为铝板的面内有无数个形状任意的闭合回路,铝板在磁场中转动时,铝板中就会产生涡流,铝板就会受到安培力作用,安培力总是阻碍铝板相对磁场的运动,从而使指针尽快停下来。 【典例10】如图为上海中心大厦的“上海慧眼”阻尼器。质量块和吊索构成一个巨型复摆,质量块下方有一圆盘状的大型电磁铁,大厦产生晃动时,复摆与主体做相同晃动,电磁铁通电后,质量块中会产生涡流,受到电磁阻尼作用,减弱大楼的晃动,保持大厦的稳定和安全。下列说法正确的是(　　) A.阻尼过程中,电能转化为动能 B.涡流的大小与质量块摆动速度有关 C.改变电磁铁中电流方向,质量块不会受到电磁阻尼作用 D.质量块受到的电磁阻力与电磁铁的磁场强弱无关 【答案】B 【详解】阻尼过程中产生涡流,质量块的动能转化为电能,故A错误;质量块摆动速度越大,磁通量的变化率越大,根据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势越大,感应电流越大,故B正确;改变电磁铁中电流方向,同样会在质量块中产生涡流,使质量块受到安培力,阻碍质量块的运动,故C错误;质量块的速度相同时,电磁铁的磁场越强,质量块中产生的涡流越大,则质量块受到的安培力越大,可知质量块受到的电磁阻力与电磁铁的磁场强弱有关,故D错误。 【典例11】2021年9月3日,聂海胜示范了太空踩单车,如图甲所示。太空单车是利用电磁阻尼的一种体育锻炼器材,其原理如图乙所示。在铜质轮子的外侧有一些磁铁(与轮子不接触),在健身时人用力使轮子转动,磁铁会对轮子产生阻碍。可以改变磁铁与轮子间的距离以满足不同的人的健身需求。下列说法正确的是(　　) 　 A.轮子受到的阻力大小与其材料电阻率无关 B.若轮子用绝缘材料替换,也能保证相同的效果 C.磁铁与轮子间距离不变时,轮子转速越大,轮子受到的阻力越小 D.轮子转速不变时,磁铁与轮子间距离越小,轮子受到的阻力越大 【答案】D 【详解】轮子(导体)在磁场中做切割磁感线的运动,会产生感应电动势和感应电流,磁场会对运动的轮子产生安培力,以阻碍轮子与磁场之间的相对运动,所以轮子受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力,安培力大小与感应电流大小有关,而感应电流大小与电阻率有关,A错误;结合A项分析知,轮子不能用绝缘材料替换,B错误;磁铁与轮子间的距离不变时,轮子转速越大,产生的感应电流越大,轮子受到的阻力越大,C错误;磁铁越靠近轮子,轮子处的磁感应强度越大,所以在轮子转速一定时,磁铁越靠近轮子,轮子上产生的感应电动势和感应电流越大,受到的阻力越大,D正确。故选D。 【典例12】（多选）如图所示分别是目前被广泛采用的两种电机的简化原理示意图,它们的相同点是利用作为定子的三组电磁铁交替产生磁场,实现电磁铁激发的磁场在平面内沿顺时针方向转动的效果,以驱动转子运动;不同点是甲电机的转子是一个永磁铁,乙电机的转子是绕有闭合线圈的软铁。通过电磁驱动使转子转动,可以为电动汽车提供动力。假定两种电机的每组电磁铁中电流的变化周期和有效值均相同,下列说法正确的是(　　) A.电机稳定工作时,乙电机转子的转速与电磁铁激发磁场的转速相同 B.电机稳定工作时,乙电机转子的转动方向也为顺时针 C.电机稳定工作时,乙电机转子的转速越接近电磁铁激发磁场的转速,其所受安培力就越大 D.刹车(停止供电)时,转子由于仍在旋转,甲电机可以通过反向发电从而回收动能而乙电机不可以 【答案】BD 【详解】乙电机中,定子的电磁铁激发沿顺时针方向转动的磁场,则穿过转子上线圈的磁通量发生变化,从而产生感应电流,转子在安培力驱动下也顺时针转动;转子受到的安培力阻碍定子和转子间的相对运动,但不能阻止,故转子比定子转得慢一些(破题关键),A错误,B正确;乙电机转子的转速越接近电磁铁激发磁场的转速,穿过转子线圈的磁通量变化率越小,产生的感应电流越小,转子所受安培力越小,C错误;刹车(停止供电)时,甲电机的转子由于惯性旋转,使得穿过定子上线圈的磁通量发生变化,定子上线圈中产生感应电流,反向发电从而回收动能,而乙电机转子是绕有闭合线圈的软铁,停止供电后不产生磁场,穿过定子上线圈的磁通量没有变化,无法反向发电,不能回收动能,D正确。 考点3：互感和自感 1.互感： 定义：两个相互靠近的线圈,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。这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作互感电动势。 应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,因此互感在电工技术和电子技术中有广泛的应用。例如变压器、手机无线充电工作过程可简化为A、B两个线圈彼此靠近平行放置，当线圈A接通工作电源时，线圈B中会产生感应电动势，并对与其相连的手机电池充电。 危害:互感现象可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作。 注意：互感现象是一种常见的电磁感应现象,遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。法拉第心系“磁生电”,发现电磁感应现象的实验实质就是互感。 2.自感： 自感现象：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感．由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势． 2.自感系数 （1）自感电动势：E＝L，其中是电流的变化率；L是自感系数，简称自感或电感,其是描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量，单位：亨利，符号：H。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH),1 H=103 mH=106 μH。 注意： (a)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。(b)通过线圈的电流不能发生突变,只能缓慢变化。(c)电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体。(d)线圈的自感系数越大,自感现象越明显,自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停止,更不能使过程反向。 （2）自感系数与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。 3.磁场的能量 （1）线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。 （2）线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能。 重点1：通电自感和断电自感的比较 通电自感 断电自感 自感电路 器材规格 A1、A2灯同规格,R=RL,L1的自感系数较大 L2的自感系数很大 自感现象 在S闭合瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终两灯一样亮 先闭合开关,使灯泡发光,然后断开开关。在开关S断开时,A灯不会立即熄灭 产生原因 开关闭合时,流过线圈L1的电流迅速增大,线圈L1中产生自感电动势,阻碍电流的增大,流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增大得慢,又R=RL,最终流过两灯的电流一样大 断开开关S时,流过线圈L2的电流迅速减小,线圈产生自感电动势阻碍电流的减小,使电流继续存在一段时间。在S断开后,通过L2的电流会通过A灯(与原来A灯的电流方向相反),A灯不会立即熄灭。若RL<RA,原来的电流IL>IA,则A灯熄灭前要闪亮一下;若RL≥RA,原来的电流IL≤IA,则A灯逐渐熄灭 等效理解 电感线圈的作用相当于一个阻值无穷大的电阻（相当于断路）在短时间内减小为电感线圈的直流电阻 电感线圈的作用相当于一个瞬时电源(电源电动势在短时间内减小为零) 能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 【典例13】无线充电是近年发展起来的新技术,如图所示,该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电。关于无线充电的说法正确的是(　　) A.无线充电效率高,线圈不发热 B.无线充电基座可以用稳恒直流电源供电 C.无线充电过程主要利用了电磁感应原理 D.无线充电基座可以对所有手机进行无线充电 【答案】C 【详解】对于发射线圈产生的磁场,接收线圈只是接收了一部分,所以无线充电的效率较低(易错点);充电时线圈中有电流,根据电流的热效应,可知线圈会发热,故A错误。如果无线充电基座用稳恒直流电源供电,则穿过接收线圈的磁通量不变,接收线圈中不能产生感应电流,无法对手机充电,故B错误。无线充电过程主要是利用互感现象来实现能量传递的,即无线充电过程主要利用了电磁感应原理,故C正确。如果手机内没有接收线圈,则无线充电基座不可以对该手机进行充电,故D错误。 【典例14】（多选）如图是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接,线圈B两端连在一起,构成一个闭合电路。在断开开关S的时候,弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C(连接工作电路)离开,而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是因此而得名的。不考虑涡流的影响。下列说法不正确的是(　　) A.保持开关S闭合,线圈B中磁通量为零 B.断开开关S的瞬间,线圈B中的电流从上往下看沿顺时针方向 C.断开开关S后,延时原因是A的自感现象 D.若线圈B不闭合,仍有延时效果 【答案】ACD 【详解】保持开关S闭合,线圈B中磁通量不变,不为零,选项A错误。断开开关S的瞬间,穿过线圈B的磁通量向下减小,根据楞次定律结合安培定则可知,线圈B中的电流从上往下看沿顺时针方向,选项B正确。断开开关S后,延时原因是B线圈中产生感应电流(破题关键),感应电流产生的磁场对衔铁D有吸引作用,选项C错误。若线圈B不闭合,则线圈B中不会产生感应电流,没有延时效果,选项D错误。 【典例15】某兴趣小组利用如图所示的电路研究自感现象。A1、A2为相同的灯泡,电感线圈L的自感系数较大。先闭合开关S,调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,然后断开开关S。下列说法正确的是(　　) A.闭合开关,A1、A2立即变亮 B.闭合开关,A1缓慢变亮,A2立即变亮 C.闭合开关,待电路稳定后再断开开关,A2立即熄灭,A1缓慢熄灭 D.闭合开关,待电路稳定后再断开开关瞬间,通过灯泡A1的电流方向与原来相反 【答案】B 【详解】思路点拨 　　断电自感的电流分析如图所示: 闭合开关S瞬间,电流增大,电感线圈发生自感现象,产生的自感电动势阻碍电流增加,灯泡A1与电感线圈串联,则A1缓慢变亮;灯泡A2与电阻R串联,灯泡A2立即变亮,故A错误,B正确。断开开关S,电源不再提供电能,电感线圈会由于电流减小而产生自感电动势,线圈相当于新电源,线圈与灯泡A1、A2构成新的闭合回路,电感线圈中电流会缓慢减小,灯泡A1、A2缓慢熄灭,通过灯泡A1的电流方向与原来相同,通过灯泡A2的电流方向与原来相反,故C、D错误。 【典例16】（多选）如图所示,L是自感系数很大的线圈,但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小灯泡。下列判断正确的是(　　) A.当开关S由断开变为闭合时,A灯立刻亮起来,B灯立刻亮起来后逐渐熄灭 B.当开关S由断开变为闭合时,A灯立刻亮起来,B灯缓慢变亮后保持亮度不变 C.当开关S闭合一段时间电流稳定后,A、B两灯的亮度一样 D.当开关S由闭合变为断开时,A灯立即熄灭,B灯由熄灭变亮再逐渐熄灭 【答案】AD 【详解】当开关S由断开变为闭合时,自感线圈相当于阻值由无穷大逐渐减小到零的可变电阻,所以A灯立刻亮起来,B灯立刻亮起来后逐渐熄灭,选项A正确,B错误;当开关S闭合一段时间电流稳定后,自感线圈相当于一根导线,B灯被短路,不发光,选项C错误;当开关S由闭合变为断开时,自感线圈相当于从原电流值逐渐减小到零的临时电源,A灯立即熄灭,B灯由熄灭变亮再逐渐熄灭,选项D正确。 【典例17】如图所示的电路中,定值电阻R的阻值大于灯泡L的阻值,自感线圈L'的阻值非常小,可忽略不计。下列说法正确的是(　　) A.开关S由闭合到断开时,电阻R的电流由a流向b B.开关S闭合至电路稳定时,灯泡L两端的电压比电阻R两端的电压高 C.开关S由断开到闭合时,灯泡L逐渐变亮 D.开关S由闭合到断开时,灯泡L先闪亮一下然后逐渐变暗 【答案】C 【详解】由于线圈电阻不计,电路稳定时,线圈相当于一根导线(破题关键),灯泡与定值电阻并联,则灯泡L两端的电压等于电阻R两端的电压,故B错误。由于定值电阻R的阻值大于灯泡L的阻值,则通过灯泡的电流大于通过定值电阻的电流;开关S由闭合到断开时,线圈中电流减小,线圈会产生自感电动势,线圈相当于一个电源,线圈、电阻R和灯泡构成新的闭合电路,线圈中的电流在新回路中由先前的稳定值逐渐减为0,流过电阻R的电流方向为由b流向a,故A错误。开关S由闭合到断开时,通过灯泡的电流由先前的稳定值缓慢减小,所以灯泡L会逐渐变暗,不会闪亮一下,故D错误。开关S由断开到闭合时,电路中电流由零增加,线圈发生自感现象,由楞次定律可知自感电流会阻碍原电流的增加,导致通过灯泡的电流缓慢增大,即灯泡L将逐渐变亮,故C正确。 【典例18】（多选）如图甲所示,某同学做自感现象的实验。自感线圈L的直流电阻为RL,A1和A2是完全相同的两个小灯泡,R为滑动变阻器,现调节滑动变阻器R接入电路的阻值大于RL。在实验时,先闭合开关S,待稳定状态后又突然断开S,下列说法正确的是(　　) 　 A.在闭合S瞬间,因为R接入电路的阻值大于RL,所以A1灯先亮 B.在突然断开S瞬间,A1、A2都会闪亮一下再熄灭 C.在突然断开S瞬间,A2会闪亮一下,然后与A1一起熄灭 D.若将自感线圈L换成如图乙的双线绕法线圈,则观察不到自感现象 【答案】CD 【详解】思路点拨 　　断电自感中的电流变化分析如图所示: 在闭合S瞬间,由于自感线圈L产生自感电动势阻碍电流的增大,因此A2灯先亮,A1灯后亮,故A错误。闭合S在电路稳定后,由于滑动变阻器R接入电路的阻值大于RL,则自感线圈L所在支路的电流大于A2所在支路的电流;在突然断开S瞬间,由于自感线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小,则A2会闪亮一下,然后与A1一起熄灭,故B错误,C正确。若将自感线圈L换成题图乙的双线绕法线圈,由于两个线圈的绕向相同,但电流方向相反,因此其磁场方向相反,则穿过线圈L的磁通量始终为0(破题关键),所以将观察不到自感现象,故D正确。 【典例19】物理老师在课上做了“千人震”趣味小实验,如图所示,A、B之间接一个有铁芯的多匝线圈,用2节1.5 V的干电池、开关以及若干导线连成电路,几位同学手牵手连接到电路的C、D端,会产生“触电”的感觉。以下说法正确的是(　　) A.“触电”发生在开关K闭合的瞬间 B.“触电”时C、D两端的电压不会高于3 V C.“触电”时,通过人体的电流方向为D到C D.“触电”时,A点电势高于B点电势 【答案】C 【详解】两节1.5 V的干电池,当开关K闭合时,电流很小,不会有“触电”的感觉(易错点);开关K断开的瞬间,线圈中电流发生变化,由于线圈的自感作用产生瞬间的高压,会高于3 V,使人有“触电”的感觉,故选项A、B错误;根据前面分析,开关K断开的瞬间,线圈的自感作用阻碍电流的减小,所以此时线圈中的感应电流方向与原电流方向相同,即通过人体的电流方向是A→B→D→C,此时线圈相当于电源,在电源外部电流由高电势到低电势,则A点电势低于B点电势,选项C正确,D错误。  【典例20】如图所示,甲用多用电表的电阻挡测量一个变压器线圈的电阻。乙为了方便,未注意操作规范,直接用两手分别握住线圈裸露的两端让甲测量,完成读数后甲把多用电表的表笔与被测线圈脱离时,乙突然惊叫起来,觉得有电击感。下列说法正确的是(　　) A.发生电击前,没有电流通过乙 B.发生电击时,通过多用电表的电流很大 C.发生电击时,通过变压器线圈的电流瞬间变大 D.发生电击前后,通过乙的电流方向相反 【答案】D 【详解】发生电击前,电路处于稳定状态,乙两手分别握住线圈裸露的两端,乙与线圈是并联关系,由于多用电表中内置电源的电动势较小,变压器线圈的电阻较小,通过线圈的电流较大;人体的电阻较大,通过乙的电流很小,故A错误。发生电击时,多用电表断开连接,不与任何元件构成回路,通过多用电表的电流为零,故B错误。发生电击时,变压器线圈中的电流从原电流值逐渐减小,变压器线圈的电流不会瞬间变大,故C错误。发生电击时,变压器线圈相当于电源,线圈和乙构成了一个闭合电路,所以流过乙的电流方向发生了变化,D正确。 规律总结　处理自感线圈问题的方法 　　(1)通电瞬间自感线圈相当于断路;(2)电流稳定时,电阻可忽略的自感线圈相当于导线;(3)断电瞬间自感线圈相当于电源,电流由原值逐渐减小。 【典例21】某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响,他设计了如图甲所示的电路,电路两端电压U恒定,A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的i-t图像,等电路稳定后,断开开关(断开开关的实验数据未画出)。下列关于该实验的说法正确的是(　　) 　 A.闭合开关瞬间,电感线圈中电流为零,其自感电动势也为零 B.乙图中的a曲线表示电流传感器A2测得的数据 C.断开开关瞬间,小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭 D.t1时刻小灯泡与电感线圈的电阻相等 【答案】D 【详解】闭合开关瞬间,电感线圈产生自感电动势,相当于一个阻值无穷大的电阻,电感线圈中电流为零,故A错误。A2中电流始终等于电感线圈中电流,电感线圈中电流从零开始逐渐增大,最后趋于稳定,所以乙图中b曲线表示电流传感器A2测得的数据,故B错误。断开开关前,两支路中的电流相等;断开开关瞬间,电感线圈相当于新电源,其电流从原来的值缓慢减小,灯泡与电感线圈构成新的闭合回路,所以灯泡的电流也是从原来的值缓慢减小,灯泡不会发生明显闪亮,而是缓慢熄灭,故C错误。t1时刻,电感线圈中电流恒定,没有自感电动势,两支路为并联关系,其电压相等,电流也相等,所以小灯泡与电感线圈的电阻相等,故D正确。 【典例22】如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值,在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开S,下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中,正确的是(　　) 　　　　 　　　　 【答案】B 【详解】开关刚闭合时,线圈由于自感对电流有阻碍作用,可看作阻值由无穷大逐渐减小的电阻,线圈电阻逐渐减小,电压UAB逐渐减小(破题关键);一段时间后,电流稳定,流过线圈的电流小于流过灯泡的电流;开关断开时,线圈中感应电流与原电流方向相同,线圈、电阻R、灯泡D形成回路,灯泡的电流与原电流方向相反,回路中的电流大小由线圈中的原电流逐渐减小到0,选项B正确。 【典例23】如图所示,两相同灯泡A1、A2,A1与一理想二极管D连接,线圈L的直流电阻不计。下列说法正确的是(　　) A.闭合开关S后,A2会立即变亮,然后变得更亮 B.闭合开关S稳定后,A1、A2的亮度相同 C.断开开关S的瞬间,a点的电势比b点的高 D.断开开关S的瞬间,A1会闪亮一下后逐渐熄灭 【答案】A 【详解】闭合开关S瞬间,线圈产生自感电动势,阻碍通过线圈的电流增大,线圈中没有电流;电源E、灯泡A1、二极管D和灯泡A2构成闭合回路,理想二极管D处于正向导通状态,因此A2会立即变亮;闭合开关S后稳定时,线圈L没有自感电动势,且直流电阻不计,则A1和D所在的支路被短路,两端电压为零,A1中没有电流,A1不亮,此时路端电压直接加在A2上,因此A2会变得更亮,选项A正确,B错误。断开开关S的瞬间,线圈产生自感电动势,阻碍通过线圈的电流减小,线圈相当于电源,因此a点的电势比b点的低,C错误。断开开关S的瞬间,a点的电势比b点的低,由于理想二极管具有单向导电性,二极管D处于反向截止状态,因此D和A1中没有电流(破题关键),A1不会闪亮,D错误。 【典例24】如图所示,A、B是相同的白炽灯,L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈,C是电容很大的电容器,下列说法正确的是(　　) 　 A.图甲中,闭合开关S时,A、B两灯立刻达到相同的亮度 B.图甲中,闭合开关S足够长时间后再断开,A、B两灯逐渐变暗,同时熄灭 C.图乙中,闭合开关S足够长时间后,A灯发光,B灯不发光 D.图乙中,闭合开关S足够长时间后再断开,流过B灯中的电流反向并逐渐减小至零 【答案】B 【详解】关键点拨 　　自感线圈、电容器在电路中的分析如图所示: 图甲中,闭合S瞬间,B立即变亮;L自感系数很大,产生较大的自感电动势,对电流的阻碍能力较强,所以灯泡A逐渐变亮,选项A错误。图甲中,稳定后再断开S瞬间,自感线圈与灯泡A、B组成回路,自感线圈中的电流缓慢减小,则回路中的电流缓慢减小,灯泡A、B缓慢变暗,最后同时熄灭,选项B正确。图乙中,电路稳定时,自感线圈相当于导线,灯泡A被短路(易错点),所以灯泡A不发光;电容器充电完成后相当于断路,灯泡B稳定发光,选项C错误。图乙中,电容器储存了电荷,左侧极板带正电,断开S瞬间,电容器和灯泡B形成回路,电容器的放电电流自左向右通过灯泡B,与B原来的电流方向相同,选项D错误。 【典例25】为了更好说明自感电动势阻碍线圈的电流变化,老师带领同学们用电流传感器(相当于电流表,其电阻可以忽略不计)显示自感对电流的影响,对图1和图2电路,我们观察开关S闭合时流过传感器的电流;用图3电路观察开关S断开前后流过传感器的电流(线圈有一定的直流电阻)。 　　 t0时刻闭合或断开开关S,实验发现: (1)闭合开关S,图1电路传感器的波形大约如　　　　所示;  (2)闭合开关S,图2电路传感器的波形大约如　　　　所示;  (3)断开开关S,图3电路中传感器1的波形大约如　　　　所示;  (4)断开开关S,图3电路中传感器2的波形大约如　　　　所示。(以上均选填“甲”“乙”“丙”或“丁”)  　 　 【答案】(1)乙　(2)甲　(3)丁　(4)丙 【详解】(1)图1电路,闭合开关S,由于线圈的自感作用,电流从0逐渐增大,最后达到稳定状态,故传感器的波形大约如图乙所示; (2)图2电路,闭合开关S,电路中的电流瞬间达到稳定,故传感器的波形大约如图甲所示; (3)图3电路,断开开关S,A1中的电流瞬间消失,传感器1的波形大约如图丁所示; (4)图3电路,断开开关S,由于线圈的自感作用,线圈L、A2及电阻R2组成闭合回路,通过A2的电流反向并逐渐减小到0,故传感器2的波形大约如图丙所示。 名师点津　本题由教材P42“做一做”栏目内容演变而来,考查自感线圈对电流的影响。解答这类问题,要深刻理解自感电动势,根据电路中的串、并联情况,确定自感线圈阻碍哪部分支路电流的变化。 为则易 行则至 第 12 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 $物理冯老师 第10讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 互感和自感 ——夯基强化讲义 考点1：电磁感应现象中的感生电场 1.感生电场 麦克斯韦认为,磁场变化时会在周围空间激发电场,这种电场与静电场不同,它不是由电荷产生的。 2.感生电动势 　　磁场变化时会在周围空间激发感生电场,处在感生电场中的闭合导体中的自由电荷在感生电场的作用下做定向移动,产生感应电流,或者说,导体中产生了感应电动势。由感生电场产生的电动势叫作感生电动势。 (1) 感生电动势的大小可由法拉第电磁感应定律求解,公式为E=n。 (2) 感生电动势的方向与感生电场的方向相同,与感应电流的方向相同。 重点1：感生电动势与动生电动势的比较 感生电动势 动生电动势 产生原因 磁场变化 导体做切割磁感线运动 回路中相当于电源的部分 处于变化磁场中的导体 做切割磁感线运动的导体 方向判断方法 由楞次定律和安培定则判断 通常由右手定则判断,也可由楞次定律和安培定则判断 大小计算方法 用E= n=n S计算 通常用E=Blv sin θ计算,也可用E=n计算 相互关系 感生电动势与动生电动势的本质是相同的,都遵循法拉第电磁感应定律,体现了能量的转化与守恒 【典例1】(多选) 下列说法中正确的是(　　) A.感生电场由变化的磁场产生 B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C.感生电场的方向同样也可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定 D.若空间没有闭合电路,即使磁场变化也不会产生感生电场 【典例2】著名物理学家费曼曾设计这样一个实验装置:一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动,在圆板的中心有一个线圈,圆板的四周固定着一圈带电的金属小球,如图所示。当线圈接通电源后,将有图示方向的电流流过,则下列说法正确的是(　　) A.接通电源瞬间,圆板不会发生转动 B.线圈中电流的增大或减小会引起圆板向相同方向转动 C.接通电源后,保持线圈中电流不变,圆板转动方向与线圈中电流流向相同 D.若金属小球带负电,接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流流向相同 考点2：涡流、电磁阻尼、电磁驱动 1.涡流： 定义：线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，靠近它的导体内会产生漩涡状电流，叫做涡电流，简称涡流。 注意：块状金属在匀强磁场中平移时,穿过金属块的磁通量不变,金属块中不产生涡流。 特点：若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。 应用： （1）.涡流热效应：真空冶炼炉，高频焊接，电磁炉。 电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。 （2）.涡流磁效应：金属探测器、安检门等。 探雷器的长柄线圈中，通有变化的电流，在其周围就产生变化的磁场。埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流，涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警。 危害：线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。 防止（减少涡流的途径，以变压器为例）：①增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢。②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 重点1：涡流的深度理解 a.涡流的本质 涡流的本质是由于电磁感应而产生的感应电流,与一般导体或线圈的最大区别是金属块内自成闭合回路,但它同样遵循法拉第电磁感应定律。 注意：磁场变化越快、导体的横截面积S越大、导体材料的电阻率越小,形成的涡流就越大。产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化,产生涡流现象时,金属块并没有接入闭合回路,但穿过金属块的磁通量变化时,金属块内部自成闭合回路,所以能产生感应电流。 b.产生涡流的两种情况 (1)把金属块放在变化的磁场中;(2)让金属块进出磁场或者在非匀强磁场中运动。 c.能量变化 伴随着涡流现象,其他形式的能转化成电能,并最终在金属块中转化为内能。 (1)如果把金属块放在变化的磁场中,则磁场能转化为电能并最终转化为内能。 (2)如果让金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,则由于克服安培力做功,金属块的机械能 转化为电能并最终转化为内能。 2．电磁阻尼： 定义：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止摆动,便于读数。汽车制动系统利用电磁阻尼是汽车制动。 3．电磁驱动： 定义：如果磁场相对于导体转动，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，这种作用常常称为电磁驱动。 如图所示,转动手柄时,蹄形磁体转动,穿过铝框的磁通量发生变化,根据楞次定律可知,此时铝框中有感应电流产生,以阻碍磁通量的变化,因而铝框就随磁体的转动而转动,转动方向与磁体的转动方向相同,但一定比磁体转动得慢一些。 应用: 交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。 重点2：电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不 同 点 成因 导体在磁场中运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力 磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力 效果 导体所受安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍导体运动 导体所受安培力的方向与导体运动方向相同,推动导体运动 能力转化 导体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能 由于电磁感应,磁场能转化为电能,通过安培力做功,电能转化为导体的机械能,从而对外做功 相同点 两者都是电磁感应现象,都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动 【典例3】(2024甘肃高考)工业上常利用感应电炉冶炼合金,装置如图所示。当线圈中通有交变电流时,下列说法正确的是(　　) A.金属中产生恒定感应电流 B.金属中产生交变感应电流 C.若线圈匝数增加,则金属中感应电流减小 D.若线圈匝数增加,则金属中感应电流不变 【典例4】如图甲所示为某金属探测器,探测头内共面安装一个发射线圈和一个接收线圈,发射线圈通有如图乙所示的高频振荡电流,产生的磁场能在金属物体内部产生涡电流,涡电流的磁场使接收线圈的感应电流发生变化,从而使蜂鸣器发出提示音。下列说法正确的是(　　) A.探测头在靠近陶瓷制品时会发出提示音 B.探测头悬停在金属上方时不会发出提示音 C.发射线圈在t1、t2时刻产生的磁场方向相反 D.接收线圈在t1、t2时刻产生的感应电流方向相反 【典例5】(多选) 如图所示,弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开,磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈,仍将磁铁托起到同一高度后放开,则下列说法正确的是(　　) A.放闭合线圈后,磁铁会更快地停下来 B.磁铁、弹簧、地球组成的系统机械能守恒 C.弹簧和磁铁减少的机械能转化为闭合线圈的电能 D.磁铁在运动过程中一直受到向上的安培力的阻碍作用 【典例6】汽车采用的电磁制动原理示意图如图所示,当导体在固定通电线圈产生的磁场中运动时,会产生涡流,使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是(　　) A.制动过程中,导体不会发热 B.制动力的大小与导体运动的速度无关 C.改变线圈中的电流方向,导体就可获得动力 D.制动过程中导体获得的制动力逐渐减小 【典例7】（多选）如图所示,在水平绝缘桌面上放置一个金属圆环,圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。条形磁铁沿水平方向移动时,金属圆环将受到水平方向的驱动力,关于这个现象,下列说法正确的是(　　) A.驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同 B.驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相反 C.金属圆环中会产生逆时针方向的感应电流(俯视) D.金属圆环中会产生顺时针方向的感应电流(俯视) 【典例8】图甲、乙中磁场方向与轮子的转轴平行,图丙、丁中磁场方向与轮子的转轴垂直,轮子是绝缘体,则采取下列哪种措施,能有效地借助磁场的作用,让转动的轮子停下(　　) 　 　 A.如图甲,在轮上固定如图绕制的线圈 B.如图乙,在轮上固定如图绕制的闭合线圈 C.如图丙,在轮上固定一些细金属棒,金属棒与轮子转轴平行 D.如图丁,在轮上固定一些闭合金属线框,线框长边与轮子转轴平行 【典例9】磁电式电流表是实验室中常用的电学实验器材,如图为其结构示意图,线圈绕在一个与指针、转轴固连的铝框骨架上,并处在极靴和铁质圆柱间的磁场中。线圈未通电时,指针竖直指在表盘中央;线圈通电时指针随之偏转,由此就能确定电流的大小。下列说法正确的是(　　) A.线圈通电时指针随之偏转,这是利用电磁感应原理 B.极靴和铁质圆柱的作用是使磁场和线圈时刻共面 C.运输时要把电流表的正、负接线柱用导线连在一起从而保护电表指针,其底层原理和法拉第圆盘相同 D.将铝框改用塑料框不仅可以使整个电流表更轻便,还可以更灵敏 【典例10】如图为上海中心大厦的“上海慧眼”阻尼器。质量块和吊索构成一个巨型复摆,质量块下方有一圆盘状的大型电磁铁,大厦产生晃动时,复摆与主体做相同晃动,电磁铁通电后,质量块中会产生涡流,受到电磁阻尼作用,减弱大楼的晃动,保持大厦的稳定和安全。下列说法正确的是(　　) A.阻尼过程中,电能转化为动能 B.涡流的大小与质量块摆动速度有关 C.改变电磁铁中电流方向,质量块不会受到电磁阻尼作用 D.质量块受到的电磁阻力与电磁铁的磁场强弱无关 【典例11】2021年9月3日,聂海胜示范了太空踩单车,如图甲所示。太空单车是利用电磁阻尼的一种体育锻炼器材,其原理如图乙所示。在铜质轮子的外侧有一些磁铁(与轮子不接触),在健身时人用力使轮子转动,磁铁会对轮子产生阻碍。可以改变磁铁与轮子间的距离以满足不同的人的健身需求。下列说法正确的是(　　) 　 A.轮子受到的阻力大小与其材料电阻率无关 B.若轮子用绝缘材料替换,也能保证相同的效果 C.磁铁与轮子间距离不变时,轮子转速越大,轮子受到的阻力越小 D.轮子转速不变时,磁铁与轮子间距离越小,轮子受到的阻力越大 【典例12】（多选）如图所示分别是目前被广泛采用的两种电机的简化原理示意图,它们的相同点是利用作为定子的三组电磁铁交替产生磁场,实现电磁铁激发的磁场在平面内沿顺时针方向转动的效果,以驱动转子运动;不同点是甲电机的转子是一个永磁铁,乙电机的转子是绕有闭合线圈的软铁。通过电磁驱动使转子转动,可以为电动汽车提供动力。假定两种电机的每组电磁铁中电流的变化周期和有效值均相同,下列说法正确的是(　　) A.电机稳定工作时,乙电机转子的转速与电磁铁激发磁场的转速相同 B.电机稳定工作时,乙电机转子的转动方向也为顺时针 C.电机稳定工作时,乙电机转子的转速越接近电磁铁激发磁场的转速,其所受安培力就越大 D.刹车(停止供电)时,转子由于仍在旋转,甲电机可以通过反向发电从而回收动能而乙电机不可以 考点3：互感和自感 1.互感： 定义：两个相互靠近的线圈,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。这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作互感电动势。 应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,因此互感在电工技术和电子技术中有广泛的应用。例如变压器、手机无线充电工作过程可简化为A、B两个线圈彼此靠近平行放置，当线圈A接通工作电源时，线圈B中会产生感应电动势，并对与其相连的手机电池充电。 危害:互感现象可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作。 注意：互感现象是一种常见的电磁感应现象,遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。法拉第心系“磁生电”,发现电磁感应现象的实验实质就是互感。 2.自感： 自感现象：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感．由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势． 2.自感系数 （1）自感电动势：E＝L，其中是电流的变化率；L是自感系数，简称自感或电感,其是描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量，单位：亨利，符号：H。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH),1 H=103 mH=106 μH。 注意： (a)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。(b)通过线圈的电流不能发生突变,只能缓慢变化。(c)电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体。(d)线圈的自感系数越大,自感现象越明显,自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停止,更不能使过程反向。 （2）自感系数与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关。 3.磁场的能量 （1）线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。 （2）线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能。 重点1：通电自感和断电自感的比较 通电自感 断电自感 自感电路 器材规格 A1、A2灯同规格,R=RL,L1的自感系数较大 L2的自感系数很大 自感现象 在S闭合瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终两灯一样亮 先闭合开关,使灯泡发光,然后断开开关。在开关S断开时,A灯不会立即熄灭 产生原因 开关闭合时,流过线圈L1的电流迅速增大,线圈L1中产生自感电动势,阻碍电流的增大,流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增大得慢,又R=RL,最终流过两灯的电流一样大 断开开关S时,流过线圈L2的电流迅速减小,线圈产生自感电动势阻碍电流的减小,使电流继续存在一段时间。在S断开后,通过L2的电流会通过A灯(与原来A灯的电流方向相反),A灯不会立即熄灭。若RL<RA,原来的电流IL>IA,则A灯熄灭前要闪亮一下;若RL≥RA,原来的电流IL≤IA,则A灯逐渐熄灭 等效理解 电感线圈的作用相当于一个阻值无穷大的电阻（相当于断路）在短时间内减小为电感线圈的直流电阻 电感线圈的作用相当于一个瞬时电源(电源电动势在短时间内减小为零) 能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 【典例13】无线充电是近年发展起来的新技术,如图所示,该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电。关于无线充电的说法正确的是(　　) A.无线充电效率高,线圈不发热 B.无线充电基座可以用稳恒直流电源供电 C.无线充电过程主要利用了电磁感应原理 D.无线充电基座可以对所有手机进行无线充电 【典例14】（多选）如图是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接,线圈B两端连在一起,构成一个闭合电路。在断开开关S的时候,弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C(连接工作电路)离开,而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是因此而得名的。不考虑涡流的影响。下列说法不正确的是(　　) A.保持开关S闭合,线圈B中磁通量为零 B.断开开关S的瞬间,线圈B中的电流从上往下看沿顺时针方向 C.断开开关S后,延时原因是A的自感现象 D.若线圈B不闭合,仍有延时效果 【典例15】某兴趣小组利用如图所示的电路研究自感现象。A1、A2为相同的灯泡,电感线圈L的自感系数较大。先闭合开关S,调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,然后断开开关S。下列说法正确的是(　　) A.闭合开关,A1、A2立即变亮 B.闭合开关,A1缓慢变亮,A2立即变亮 C.闭合开关,待电路稳定后再断开开关,A2立即熄灭,A1缓慢熄灭 D.闭合开关,待电路稳定后再断开开关瞬间,通过灯泡A1的电流方向与原来相反 【典例16】（多选）如图所示,L是自感系数很大的线圈,但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小灯泡。下列判断正确的是(　　) A.当开关S由断开变为闭合时,A灯立刻亮起来,B灯立刻亮起来后逐渐熄灭 B.当开关S由断开变为闭合时,A灯立刻亮起来,B灯缓慢变亮后保持亮度不变 C.当开关S闭合一段时间电流稳定后,A、B两灯的亮度一样 D.当开关S由闭合变为断开时,A灯立即熄灭,B灯由熄灭变亮再逐渐熄灭 【典例17】如图所示的电路中,定值电阻R的阻值大于灯泡L的阻值,自感线圈L'的阻值非常小,可忽略不计。下列说法正确的是(　　) A.开关S由闭合到断开时,电阻R的电流由a流向b B.开关S闭合至电路稳定时,灯泡L两端的电压比电阻R两端的电压高 C.开关S由断开到闭合时,灯泡L逐渐变亮 D.开关S由闭合到断开时,灯泡L先闪亮一下然后逐渐变暗 【典例18】（多选）如图甲所示,某同学做自感现象的实验。自感线圈L的直流电阻为RL,A1和A2是完全相同的两个小灯泡,R为滑动变阻器,现调节滑动变阻器R接入电路的阻值大于RL。在实验时,先闭合开关S,待稳定状态后又突然断开S,下列说法正确的是(　　) 　 A.在闭合S瞬间,因为R接入电路的阻值大于RL,所以A1灯先亮 B.在突然断开S瞬间,A1、A2都会闪亮一下再熄灭 C.在突然断开S瞬间,A2会闪亮一下,然后与A1一起熄灭 D.若将自感线圈L换成如图乙的双线绕法线圈,则观察不到自感现象 【典例19】物理老师在课上做了“千人震”趣味小实验,如图所示,A、B之间接一个有铁芯的多匝线圈,用2节1.5 V的干电池、开关以及若干导线连成电路,几位同学手牵手连接到电路的C、D端,会产生“触电”的感觉。以下说法正确的是(　　) A.“触电”发生在开关K闭合的瞬间 B.“触电”时C、D两端的电压不会高于3 V C.“触电”时,通过人体的电流方向为D到C D.“触电”时,A点电势高于B点电势 【典例20】如图所示,甲用多用电表的电阻挡测量一个变压器线圈的电阻。乙为了方便,未注意操作规范,直接用两手分别握住线圈裸露的两端让甲测量,完成读数后甲把多用电表的表笔与被测线圈脱离时,乙突然惊叫起来,觉得有电击感。下列说法正确的是(　　) A.发生电击前,没有电流通过乙 B.发生电击时,通过多用电表的电流很大 C.发生电击时,通过变压器线圈的电流瞬间变大 D.发生电击前后,通过乙的电流方向相反 【典例21】某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响,他设计了如图甲所示的电路,电路两端电压U恒定,A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的i-t图像,等电路稳定后,断开开关(断开开关的实验数据未画出)。下列关于该实验的说法正确的是(　　) 　 A.闭合开关瞬间,电感线圈中电流为零,其自感电动势也为零 B.乙图中的a曲线表示电流传感器A2测得的数据 C.断开开关瞬间,小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭 D.t1时刻小灯泡与电感线圈的电阻相等 【典例22】如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值,在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开S,下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中,正确的是(　　) 　　　　 　　　　 【典例23】如图所示,两相同灯泡A1、A2,A1与一理想二极管D连接,线圈L的直流电阻不计。下列说法正确的是(　　) A.闭合开关S后,A2会立即变亮,然后变得更亮 B.闭合开关S稳定后,A1、A2的亮度相同 C.断开开关S的瞬间,a点的电势比b点的高 D.断开开关S的瞬间,A1会闪亮一下后逐渐熄灭 【典例24】如图所示,A、B是相同的白炽灯,L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈,C是电容很大的电容器,下列说法正确的是(　　) 　 A.图甲中,闭合开关S时,A、B两灯立刻达到相同的亮度 B.图甲中,闭合开关S足够长时间后再断开,A、B两灯逐渐变暗,同时熄灭 C.图乙中,闭合开关S足够长时间后,A灯发光,B灯不发光 D.图乙中,闭合开关S足够长时间后再断开,流过B灯中的电流反向并逐渐减小至零 【典例25】为了更好说明自感电动势阻碍线圈的电流变化,老师带领同学们用电流传感器(相当于电流表,其电阻可以忽略不计)显示自感对电流的影响,对图1和图2电路,我们观察开关S闭合时流过传感器的电流;用图3电路观察开关S断开前后流过传感器的电流(线圈有一定的直流电阻)。 　　 t0时刻闭合或断开开关S,实验发现: (1)闭合开关S,图1电路传感器的波形大约如　　　　所示;  (2)闭合开关S,图2电路传感器的波形大约如　　　　所示;  (3)断开开关S,图3电路中传感器1的波形大约如　　　　所示;  (4)断开开关S,图3电路中传感器2的波形大约如　　　　所示。(以上均选填“甲”“乙”“丙”或“丁”)  　 　 为则易 行则至 第 12 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 $