互感和自感互感和自感、渦流【學習目標】1、知道什么是互感現象和自感現象。2、知道自感系數是表示線圈本身特征的物理量，知道它的單位及其大小的決定因素。3、能夠通過電磁感應部分知識分析通電、斷電自感現象的原因。4、知道渦流是如何產生的，知道渦流對人類有利和有害的兩方面，以及如何利用渦流和防止渦流。【要點梳理】要點一、互感現象互感：兩個線圈之間沒有導線相連，但當一個線圈中的電流變化時，它產生的變化的磁場會在另一個線圈中產生感應電動勢。（1）互感不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間，而且可以發(fā)生于任何相互靠近的電路之間。（2）互感現象可以把能量從一個電路傳到另一個電路。如：變壓器。（3）互感現象有時會影響電路的正常工作，應設法減小電路間的互感。要點二、自感現象如右圖，首先閉合S如右圖，首先閉合S后調節(jié)R，使A1、A2亮度相同，然后斷開開關。再次閉合S，燈泡A2立刻發(fā)光，而跟線圈串聯(lián)的燈泡A1卻是逐漸亮起來的。右圖電路中，選擇適當的燈泡和線圈右圖電路中，選擇適當的燈泡和線圈，使燈泡的電阻大于線圈的直流電阻。斷開時，燈并非立即熄滅，而是閃亮一下再逐漸熄滅。如上兩種情況：由于線圈自身電流發(fā)生變化時，線圈本身產生感應電動勢的現象叫自感現象。1．自感電動勢的作用：總是阻礙導體中原電流的變化，即總是起著推遲電流變化的作用。2．自感電動勢的方向：自感電動勢總是阻礙導體中原來電流的變化，當原來電流增大時，自感電動勢與原來電流方向相反；當原來電流減小時，自感電動勢與原來電流方向相同。3．自感電動勢大?。海笮∮呻娏髯兓目炻妥愿邢禂禌Q定。要點三、自感系數自感系數是表示線圈產生自感電動勢本領大小的物理量，簡稱為自感或電感，用表示。（1）大?。壕€圈長度越長，線圈橫截面積越大，單位長度上匝數越多，線圈的自感系數越大；線圈有鐵芯比無鐵芯時自感系數大得多。（2）物理意義：表征線圈產生自感電動勢本領大小的物理量，數值上等于通過線圈的電流在內改變時產生的自感電動勢的大小。（3）單位：亨利（符號H），亨=103毫亨=106微亨（1要點四、自感現象的應用和防止1．應用：電感線圈可以把電能轉化為磁場能儲存起來，也可以把儲存的磁場能轉化為電能；當自感系數很大時，可以產生自感電動勢，增大電路的瞬時電壓。電感線圈可以延續(xù)電流的變化時間，起到一定的穩(wěn)定電流的作用。在交流電路中，常用電感線圈來通直流阻交流，通低頻阻高頻。如日光燈電路中的鎮(zhèn)流器、LC振蕩電路等。2．危害和防止：在切斷自感系數大、電流強的電路的瞬間，會產生很高的自感電動勢，形成電弧，產生安全隱患，在這類電路中應采用特別的開關；制作精密電阻時，采用雙線繞法來消除自感現象。要點五、在斷電自感中，燈泡是否閃亮一下的判斷方法右圖電路中，當開關斷開后，燈泡是否會閃亮一下？閃亮一下的條件是什么？設開關閉合時，電源路端電壓為，線圈的電阻為設開關閉合時，電源路端電壓為，線圈的電阻為，燈泡的電阻為，則通過線圈的電流為，通過燈泡的電流為。當開關斷開后，線圈和燈泡組成的回路中的電流從開始減弱。若，有，在斷開開關的瞬間，通過燈泡的電流會瞬間增大，燈泡會閃亮一下。若，有，斷開開關后，通過燈泡的電流減小，燈泡不會閃亮一下。要點六、電路中電流大小變化的判斷方法①如果電感線圈的直流電阻為零，那么電路穩(wěn)定時可認為線圈短路；②在電流由零增大的瞬間可認為線圈斷路。①如果電感線圈的直流電阻為零，那么電路穩(wěn)定時可認為線圈短路；②在電流由零增大的瞬間可認為線圈斷路。如圖，閉合穩(wěn)定后，若不考慮線圈的直流電阻，則燈泡不亮，流過線圈的電流較大。在斷開的瞬間，燈泡和線圈構成了閉合回路，其中線圈中電流的流向不變，其大小只能在原來大小的基礎上減弱。要點七、渦流當線圈中存在變化的電流時，線圈附近的導體中都會產生感應電流，電流在導體內自成閉合回路，很像水中的旋渦，把它叫做渦電流，簡稱渦流。1．產生原因：塊狀金屬處在變化的磁場中，或者在非均勻磁場中運動，金屬塊內就產生感應電流，因為金屬塊本身可自行構成閉合回路，且塊狀金屬導體的電阻一般情況下很小，所以產生的渦流通常是很強的。2．防止：電動機、變壓器的線圈中有變化的電流，而在鐵芯中產生了渦流，不僅浪費能量，還可能損壞電器，因此，要設法減小渦流。為了減小渦流，鐵芯材料采用了電阻率大的硅鋼，并把硅鋼做成彼此絕緣的薄片，從而大大減小渦流。3．利用：用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈，線圈中通入反復變化的電流，爐內的金屬中就產生渦流。渦流產生的熱量使金屬達到很高的溫度并熔化。渦流冶煉的優(yōu)點是整個過程能在真空中進行，這樣就能防止空氣中的雜質進入金屬，可以冶煉高質量的合金。要點八、電磁阻尼當導體在磁場中運動時，如果導體中出現渦流，即感應電流，則感應電流會使導體受到安培力作用，安培力的方向總是阻礙導體的運動，這種現象叫做電磁阻尼。常用于電氣機車的電磁制動器中。要點九、電磁驅動如果磁場相對于導體運動，在導體中會產生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種作用叫做電磁驅動。電磁驅動的原因分析：如圖，當蹄形磁鐵轉動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，由楞次定律知，線圈中有感應電流產生，以阻礙磁通量變化，線圈會跟著一起轉動起來。如果磁場相對于導體運動，在導體中會產生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種作用叫做電磁驅動。電磁驅動的原因分析：如圖，當蹄形磁鐵轉動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，由楞次定律知，線圈中有感應電流產生，以阻礙磁通量變化，線圈會跟著一起轉動起來。（1）線圈轉動方向和磁鐵轉動方向相同，但轉速小于磁鐵轉速，即同向異步。（2）感應電動機、家庭中用的電能表、汽車上用的電磁式速度表，就是利用這種電磁驅動?！镜湫屠}】類型一、互感現象產生的條件例1、如圖，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒、例1、如圖，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒、，當在外力作用下運動時，在磁場力作用下向右運動，則所做的運動可能是（）A．向右勻加速運動B．向左勻加速運動C．向右勻減速運動D．向左勻減速運動類型二、斷電自感現象例2、圖為一演示實驗電路圖，圖中例2、圖為一演示實驗電路圖，圖中是一帶鐵心的線圈，是一燈泡，電鍵處于閉合狀態(tài)，電路是接通的．現將電鍵打開，則在電路切斷的瞬間，通過燈泡的電流方向是從_______端到________端．這個實驗是用來演示_________現象的．類型三、通電自感現象例3．如圖，電路中電源的內阻不能忽略，的阻值和例3．如圖，電路中電源的內阻不能忽略，的阻值和的自感系數都很大，、為兩個完全相同的燈泡，當閉合時，下列說法正確的是（）A．比先亮，然后滅B．比先亮，然后逐漸變暗C．、一起亮，然后滅D．、一起亮，然后滅類型四、正確理解自感電動勢例4、如圖所示，為自感系數較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光，當斷開開關例4、如圖所示，為自感系數較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光，當斷開開關的瞬間會有（）A．燈立即熄滅B．燈慢慢熄滅C．燈突然閃亮一下再慢慢熄滅D．燈突然閃亮一下再突然熄滅舉一反三【變式】右圖電路中，兩燈電阻均為【變式】右圖電路中，兩燈電阻均為，且，為純電感線圈，原先均斷開，則（）A．閉合瞬間，燈先亮，燈后亮，以后兩燈一樣亮B．閉合后，再閉合，兩燈亮度不變C．均閉合后，再斷開，燈立即熄滅，燈閃亮一下才熄滅D．均閉合后，先斷開，再斷開，燈立即熄滅，燈閃亮一下才熄滅類型五、自感現象在電路中的應用例5．在如圖所示的電路中，為電阻很小的線圈，例5．在如圖所示的電路中，為電阻很小的線圈，和為零點在表盤中央的相同的電流表。當開關閉合時，電流表指針偏向右方，那么當開關斷開時，將出現的現象是（）A．和指針都立即回到零點B．指針立即回到零點，而指針緩慢地回到零點C．指針緩慢回到零點，而指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點D．G1指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點，而指針緩慢地回到零點類型六、自感現象的應用和防止例6．在如圖的四個日光燈的接線圖中，為啟動器，為開關，為鎮(zhèn)流器。能使日光燈正常發(fā)光的是（）舉一反三【變式】如圖是一種延時開關，當閉合時，電磁鐵【變式】如圖是一種延時開關，當閉合時，電磁鐵將銜鐵吸下，線路接通。當斷開時，由于電磁感應作用，將延遲一段時間才被釋放。對于這個延時開關的工作情況，下列說法中正確的是（）A．由于線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放的作用B．由于線圈的電磁感應作用，才產生延時釋放的作用C．如果斷開線圈的電鍵，無延時作用D．如果斷開線圈的電鍵，延時將變長例7．在制作精密電阻時，為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現象，采用雙線并繞的方法，如圖所示。其原理是（）A．當電路中的電流變化時，兩股導線產生的自感電動勢相互抵消B．當電路中的電流變化時，兩股導線產生的感應電流相互抵消A．當電路中的電流變化時，兩股導線產生的自感電動勢相互抵消B．當電路中的電流變化時，兩股導線產生的感應電流相互抵消C．當電路中的電流變化時，兩股導線中原電流的磁通量相互抵消D．以上說法都不對舉一反三【變式】在無線電儀器中，常需要在距離較近處安裝兩個線圈，并要求當一個線圈中有電流變化時，對另一個線圈中的電流的影響盡量小。則圖中兩個線圈的相對安裝位置最符合該要求的是（）類型七、渦流的應用例8．如圖是一種焊接方法的原理示意圖。將圓形待焊接金屬工件放在線圈中，然后在線圈中通以某種電流，待焊接工件中會產生感應電流，感應電流在焊縫處產生大量的熱量將焊縫兩邊的金屬熔化，待焊工件就焊接在一起。我國生產的自行車車輪圈就是用這種辦法焊接的。下列說法中正確的是()A．線圈中的電流是很強的恒定電流B．線圈中的電流是交變電流，且頻率很高A．線圈中的電流是很強的恒定電流B．線圈中的電流是交變電流，且頻率很高C．待焊工件焊縫處的接觸電阻比非焊接部分電阻小D．焊接工件中的感應電流方向與線圈中的電流方向總是相反類型八、電磁阻尼的分析和應用例9．如右圖，例9．如右圖，是一閉合的小金屬線框，用一根絕緣的細桿掛在固定點，使金屬線框在豎直平面內來回擺動的過程穿過水平方向的勻強磁場區(qū)域，磁感線方向跟線框平面垂直，若懸點摩擦和空氣阻力不計，則()A.線框進入或離開磁場區(qū)域時，都產生感應電流，而且電流的方向相反B.線框進入磁場區(qū)域后，越靠近線時速度越大，因而產生的感應電流也越大C.線框開始擺動后，擺角會越來越小，擺角小到某一值后將不再減小D.線框擺動過程中，機械能完全轉化為線框電路中的電能類型九、電磁驅動的應用例10例10．如圖所示，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸轉動。從上向下看，當磁鐵逆時針轉動時，則（）A．線圈將逆時針轉動，轉速與磁鐵相同B．線圈將逆時針轉動，轉速比磁鐵小C．線圈轉動時將產生感應電流D．線圈轉動時感應電流的方向始終是本章練習一、選擇題1．下圖中，金屬棒中有感應電動勢的是（）2．如圖，兩根足夠長的光滑金屬導軌水平平行放置，間距為l＝1m，cd間、de間、cf間分別接著阻值R＝10Ω的電阻。一阻值R＝10Ω的導體棒ab以速度v＝4m/s勻速向左運動，導體棒與導軌接觸良好；導軌所在平面存在磁感應強度大小B＝0.5T、方向豎直向下的勻強磁場。下列說法中正確的是()A．導體棒abA．導體棒ab中電流的流向為由b到aB．cd兩端的電壓為1VC．de兩端的電壓為1VD．fe兩端的電壓為1V3．半徑為R的圓形線圈，兩端A、D接有一個平行板電容器，線圈垂直放在隨時間均勻變化的勻強磁場中，如圖，則要使電容器所帶電荷量Q增大，可以采取的措施是（）A．增大電容器兩極板間的距離B．增大磁感應強度的變化率A．增大電容器兩極板間的距離B．增大磁感應強度的變化率C．減小線圈的半徑D．改變線圈所在平面與磁場方向間的夾角4．如圖，由粗細均勻的電阻絲制成的半徑為R的圓環(huán)，以速度v勻速進入一磁感應強度大小為B的勻強磁場。當圓環(huán)運動到圖示位置(∠aOb=90°4．如圖，由粗細均勻的電阻絲制成的半徑為R的圓環(huán)，以速度v勻速進入一磁感應強度大小為B的勻強磁場。當圓環(huán)運動到圖示位置(∠aOb=90°)時，a、b兩點的電勢差為（）A．B．C．D．5．如圖所示是磁懸浮的原理圖，圖中P是柱形磁鐵，Q是用高溫超導材料制成的超導圓環(huán)，將超導圓環(huán)Q水平放在磁鐵P上，Q就能在磁力的作用下懸浮在磁鐵P的上方，下列敘述正確的是（）A．Q放入磁場的過程中將產生感應電流，穩(wěn)定后感應電流消失B．Q放入磁場的過程中將產生感應電流，穩(wěn)定后感應電流仍存在A．Q放入磁場的過程中將產生感應電流，穩(wěn)定后感應電流消失B．Q放入磁場的過程中將產生感應電流，穩(wěn)定后感應電流仍存在C．如果P的N極朝上，Q中感應電流的方向如圖所示D．如果P的S極朝上，Q中感應電流的方向與圖中所示的方向相反6．在生產實際中，有些高壓直流電路含有自感系數很大的線圈，當電路中的開關S由閉合到斷開時，線圈中產生很高的自感電動勢，使開關S處產生電弧，危及操作人員的安全。為了避免電弧的產生，可在線圈處并聯(lián)一個元件，如圖所示方案可行的是（）7．如圖，圓形導體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動變阻器連接成如圖所示的電路。若將滑動變阻器的滑片P向下滑動，下列表述正確的是()A．線圈aA．線圈a中將產生俯視逆時針方向的感應電流B．穿過線圈a的磁通量變小C．線圈a有擴張的趨勢D．線圈a對水平桌面的壓力FN將增大8．如圖，質量為m、邊長為L的正方形線框從某一高度自由落下后，通過一高度也為L的勻強磁場區(qū)域。則線框通過磁場過程中產生的焦耳熱（）A．可能大于2mgLB．可能等于2mgL8．如圖，質量為m、邊長為L的正方形線框從某一高度自由落下后，通過一高度也為L的勻強磁場區(qū)域。則線框通過磁場過程中產生的焦耳熱（）A．可能大于2mgLB．可能等于2mgLC．可能小于2mgLD．可能為零9．圖中A是一邊長為的正方形線框，電阻為R。今維持線框以恒定的速度v沿x軸運動，并穿過圖中所示的勻強磁場B區(qū)域。若以x軸正方向作為力的正方向，線框在圖示位置的時刻作為時間的零點，則磁場對線框的作用力F隨時間t的變化圖線（見圖）為（）二、填空題1010．如圖，在水平金屬導軌上有電阻R=0.1Ω，金屬桿ab與導軌組成一閉合矩形電路、，兩條導軌間距離1=40cm，矩形中導軌長2=50cm，導軌區(qū)域處于與水平面成30°角的勻強磁場中，磁感應強度隨時間的變化規(guī)律是B=(2+0.2t)T。若t=10s時，ab仍靜止，導軌與ab的電阻不計，則這時流經ab的電流I=_______，ab所受摩擦力為_______。1111．如圖為“研究電磁感應現象”的實驗裝置。（1）將圖中所缺的導線補接完整。（2）如果在閉合開關時發(fā)現靈敏電流計的指針向右偏了一下，那么合上開關后可能出現的情況有：①將原線圈迅速插入副線圈時，靈敏電流計指針將________；②原線圈插入副線圈后，將滑動變阻器觸頭迅速向左拉時，靈敏電流計指針________。（3）在做“研究電磁感應現象”實驗時，如果副線圈兩端不接任何元件，則副線圈電路中將＿＿＿．A．因電路不閉合，無電磁感應現象B．有電磁感應現象，但無感應電流，只有感應電動勢C．不能用楞次定律判斷感應電動勢方向D．可以用楞次定律判斷感應電動勢方向（4）如圖所示的A、B分別表示原、副線圈，若副線圈中產生順時針方向的感應電流，可能是因為＿＿＿＿．A．原線圈通入順時針方向電流，且正從副線圈中取出B．原線圈通入順時針方向電流，且其中鐵心正被取出A．原線圈通入順時針方向電流，且正從副線圈中取出B．原線圈通入順時針方向電流，且其中鐵心正被取出C．原線圈通入順時針方向電流，且將可變電阻器阻值調小D．原線圈通入逆時針方向電流，且正在斷開電源三、解答題12．一個10匝的閉合線圈的總電阻為0.5