版高中物理第三章电磁感应第6讲自感现象涡流学案新人教版选修11文档格式.docx
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1.只要空间有变化的磁通量，其中的导体中就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流.
2.利用涡流的热效应可以制成一种新型炉灶——电磁炉.金属探测器也是利用涡流工作的.
3.涡流的热效应在许多场合是有害的.当电机、变压器绕组中通过交流时，在铁芯中会产生涡流.这会使铁芯过热，消耗电能，破坏绝缘.为了减少涡流，铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠加.
想一想 电流频率的高低对涡流有什么影响？
如何减小涡流？
答案 电流频率越高，涡流越强；
减小电流的频率或增大电阻可减小涡流.
一、自感现象及分析
1.通电自感的分析
（1）电路：
如图3－6－2所示.
图3－6－2
（2）装置要求及作用：
A1、A2规格相同，R的作用是使灯泡A1、A2亮度相同，R1的作用是使灯泡A1、A2均正常发光.
（3）实验现象：
S合上时，A2立即正常发光，A1逐渐亮起来，稳定后两灯亮度相同.
（4）现象分析：
在接通的瞬间，电路的电流增大，A2立刻亮起来；
穿过线圈L的磁通量增加，线圈中产生自感电动势，这个自感电动势阻碍线圈中电流的增大，不能使电流立即达到最大值，所以A1只能逐渐亮起来.
2.断电自感的分析
如图3－6－3所示.
图3－6－3
（2）装置要求：
线圈L的电阻较小，目的是接通电路的灯泡正常发光时，通过线圈的电流IL大于通过灯泡的电流IA，即IL>
IA.
断开S时，发现灯泡A先闪亮一下，过一会儿才熄灭.
电路断开的瞬间，通电线圈的电流突然减小，穿过线圈的磁通量也很快地减少，线圈中产生了感应电动势，此感应电动势阻碍线圈L电流的减小.由于S断开后，L、A形成闭合回路，L中的电流从IL逐渐减小，流过A的电流突然变为IL，然后再从IL逐渐减小到零，所以A先闪亮一下，再逐渐熄灭.
特别提醒 灯泡的亮度由其电功率决定，功率越大，亮度越高.由于P＝I2R＝
，故增加灯泡两端的电压或通电电流，灯泡都会变亮.
例1
如图3－6－4所示为演示自感现象的实验电路，下列说法正确的是（ ）
图3－6－4
A.当闭合开关S时A1先亮
B.当闭合开关S时A2先亮
C.当断开开关S时A1先熄灭
D.当断开开关S时A2先熄灭
答案 B
解析 闭合开关时，由于自感电动势的阻碍作用，A1电路中的电流只能逐渐增大，所以A2先亮，选项A错误，B正确；
当断开开关S时，L相当于电源，A1、A2、L、R组成闭合回路，电流由支路A1中的电流逐渐减小，所以A1、A2一起逐渐熄灭，选项C、D错误.
针对训练1 如图3－6－5所示的电路，当开关闭合时，小灯泡将________（选填“逐渐”或“立刻”）变亮.当开关断开时，小灯泡将________（选填“逐渐”或“立刻”）熄灭.
图3－6－5
答案 逐渐 立刻
解析 闭合开关时，由于电感器的自感电动势的阻碍作用，A中的电流只能逐渐增大，即小灯泡逐渐变亮；
当开关断开时，由于小灯泡无法与其它用电器构成回路，虽然电感器中有自感电动势，但是没有自感电流，所以小灯泡立刻熄灭.
二、涡流的利用及防止
1.涡流的利用
（1）涡流的热效应.可以利用涡流来加热，例如电磁炉和高频感应炉.
（2）涡流的阻尼作用（称为电磁阻尼），例如在一些电学测量仪表中，利用电磁阻尼仪表的指针迅速地停在它所测出的刻度上，以及高速机车制动的涡流闸等.
（3）涡流探测，如探雷器等.
2.涡流的防止
要减小涡流，可采用的方法是把整块铁芯改成薄片叠压的铁芯，增大回路电阻.例如电动机和变压器的铁芯都不是整块金属.
例2
关于电磁炉，下列说法正确的是（ ）
A.电磁炉也利用了电磁感应原理
B.电磁炉可以用陶瓷锅做饭
C.电磁炉是利用涡流的典型例子
D.电磁炉工作时，锅与炉体是相互绝缘的
答案 ACD
解析 电磁炉的工作原理是电磁感应产生的涡流的热效应，A正确；
电磁炉的锅应是金属材料，最好是铁锅.当铁锅与炉体绝缘时，铁锅内的涡流产生大量的热量，从而加热食物.B错误，C、D正确.
针对训练2 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，这是为了（ ）
A.增大涡流，提高变压器的效率
B.减小涡流，提高变压器的效率
C.增大涡流，减小铁芯的发热量
D.减小涡流，减小铁芯的发热量
答案 BD
解析 涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的.所以不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率.故B、D正确.
对自感现象的理解
1.下列说法中正确的是（ ）
A.电路中电流越大，自感电动势越大
B.电路中电流变化越大，自感电动势越大
C.线圈中电流均匀增大，线圈的自感系数也均匀增大
D.线圈中的电流为零时，自感电动势不一定为零
答案 D
解析 在自感一定的情况下，电流变化越快，自感电动势越大，与电流的大小、电流变化的大小没有必然的关系，A、B项错误；
线圈的自感系数是由线圈本身的性质决定的，与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等有关，而与线圈的电流的变化率无关，C项错误；
线圈中的电流为零时，自感电动势不一定为零，D正确.
2.关于线圈的自感系数大小的下列说法中，正确的是（ ）
A.通过线圈的电流越大，自感系数也越大
B.线圈中的电流变化越快，自感系数也越大
C.插有铁芯时线圈的自感系数会变大
D.线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关
答案 C
解析 自感系数是由电感器本身的因素决定的，包括线圈的大小、单位长度上的匝数，而且有铁芯时比无铁芯时自感系数要大.
电感在电路中的作用
3.如图3－6－6所示，L为一纯电感线圈（直流电阻不计），A为一灯泡，下列说法正确的是（ ）
图3－6－6
A.开关S接通的瞬间，无电流通过灯泡
B.开关S接通后，电路稳定时，无电流通过灯泡
C.开关S断开的瞬间，无电流通过灯泡
D.开关S接通的瞬间及接通后电路稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关断开瞬间，灯泡中则有从b到a的电流
解析 开关S接通的瞬间，灯泡中的电流从a到b；
S接通的瞬间，线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增大.开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过.开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，该电流通过灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流.
自感现象的应用与防止
4.日光灯电路主要由镇流器、启动器和灯管组成，在日光灯正常工作的情况下（ ）
A.灯管点燃发光后，启动器中两个触片是分离的
B.灯管点燃发光后，镇流器起降压限流作用
C.镇流器起整流作用
D.镇流器给日光灯的开始点燃提供瞬间高压
答案 ABD
解析 日光灯在点燃时需要一个瞬时高压，在启动器的U形触片冷却收缩分离，使电路突然中断的瞬间，因镇流器的自感作用产生很高的自感电动势加在灯丝两端，使灯管中水银蒸汽导通，日光灯点燃，当日光灯正常发光时，启动器中触片是断开的，由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生的自感电动势总是阻碍其电流的变化，这时镇流器的作用是降压、限流，以保证日光灯正常工作.
（时间：
60分钟）
题组一、对自感现象的理解
1.关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是（ ）
A.电感一定时，电流变化越大，电动势越大
B.电感一定时，电流变化越快，电动势越大
C.通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零
D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大
解析 在电感一定的情况下电流变化越快即变化率越大，电动势越大，A项错，B项正确；
电流为零的瞬间电流的变化率不一定为零，电流的值最大时电流的变化率不一定最大，所以C、D项错误.
2.如图3－6－7所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度.两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面.下面对于两管的描述可能正确的是（ ）
图3－6－7
A.A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的
B.A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的
C.A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的
D.A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的
答案 AD
解析 磁性小球穿过金属圆管过程中，将圆管看作由许多金属圆环组成，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，电流阻碍磁性小球的下落，小球向下运动的加速度小于重力加速度；
小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体运动，穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少.
3.下列说法正确的是（ ）
A.当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势
B.当线圈中电流不变时，线圈中自感电动势的方向不变
C.当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
D.当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
答案 AC
解析 线圈中电流不变时，自身电流产生的磁场的磁通量不变，线圈中不可能产生自感电动势，选项A正确，选项B错误；
当线圈中电流增大时，电流产生的磁场的磁通量增大，根据楞次定律可判断自感电动势的方向与原电流方向相反，选项C正确；
同理可知选项D错误.
题组二、电感在电路中的作用
4.如图3－6－8所示，L为自感系数很大的线圈，其自身的电阻忽略不计，A、B是完全相同的两个小灯泡.在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间t1断开S.下列表示A、B两灯泡中电流i随时间t变化的图象中，正确的是（ ）
图3－6－8
解析 电键闭合时，由于电感线圈的阻碍作用，流过电感的电流慢慢增大，所以iB慢慢增大，iA慢慢减小，最后稳定时电感相当于一根导线，iA为0，iB最大；
断开电键，原来通过B的电流立即消失，由于电感线圈阻碍自身电流变化，产生与原电流同方向的感应电流，此时电感线圈和灯泡A形成回路，流过灯泡A中的电流方向与原来流过灯泡A中的电流方向相反，且电流iA慢慢减小，最后为0，故A、C错误，B、D正确.
5.如图3－6－9所示，电路甲、乙中电阻R和自感线圈L的电阻都很小.接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（ ）
图3－6－9
A.在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
B.在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C.在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗
D.在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
解析 甲图中，灯A与线圈L在同一支路，通过的电流相同；
断开开关S时，A、L、R组成回路，由于自感作用，L中电流逐渐减小，灯不会闪亮一下，灯A将逐渐变暗，故A正确，B错误；
乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流IL>
IA（因L的电阻很小）；
断开开关S时，由于L的自感作用，回路中电流在IL的基础上减小，电流反向通过A的瞬间，A中电流变大，然后渐渐变小，所以灯A要闪亮一下，然后渐渐变暗，故C错误，D正确.
6.如图3－6－10所示，开关S闭合且电路达到稳定时，小灯泡能正常发光，则（ ）
图3－6－10
A.当S闭合瞬间，小灯泡将慢慢变亮
B.当S闭合瞬间，小灯泡立即变亮
C.当S断开瞬间，小灯泡慢慢熄灭
D.当S断开瞬间，小灯泡先闪亮一下，再慢慢熄灭
答案 A
解析 当S闭合瞬间，通过L的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增大，故A慢慢变亮；
当S断开瞬间，A将立即熄灭，因为S断开，再无电流回路.
7.如图3－6－11所示，灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略.则（ ）
图3－6－11
A.S闭合瞬间、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（断开S前）更亮
解析 S接通的瞬间，L支路中电流从无到有发生变化，因此，L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S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过LA.所以LA、LB会同时亮.又由于L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，L的阻值因为很小，所以对LA起到“短路”作用，因此，LA便熄灭.这里电路的总电阻比刚接通时小，LB会比以前更亮，A正确，B、C错误；
稳定后断开S瞬间，LB熄灭，LA与LB熄灭前一样亮，D错误.
8.如图3－6－12所示，是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，将电路解体时应（ ）
图3－6－12
A.先断开S1B.先断开S2
C.先拆除电流表D.先拆除电阻R
解析 S1断开瞬间，L中产生很大的自感电动势，若此时S2闭合，则可能将电压表烧坏，故应先断开S2.
题组三、涡流的应用及防止
9.如图3－6－13所示是冶炼金属的高频感应炉的示意图.冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化.这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种金属，该炉的加热原理（ ）
图3－6－13
A.利用线圈中电流产生的焦耳热
B.利用红外线
C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流
D.利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波
解析 利用交变电流产生的交变磁场在引起炉内金属截面的磁通量变化时，使金属中产生感应电流，因整块金属的电阻相当小，所以感应电流很强，它在金属内自成回路流动时，形成漩涡状的电流，即涡流，涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高，金属熔化，故选C正确；
当然线圈中也因有交变电流会产生一定的焦耳热，但它是相当少的，根本不可能使炉内温度高到使金属熔化的程度，故A错误；
依题意B、D错误.
10.如图3－6－14所示，是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝时产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是（ ）
图3－6－14
A.交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
B.交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
解析 线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化得越快，感应电动势就越大，选项A正确，B错误；
工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，选项C错误，D正确.
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