互感和自感渦流專(zhuān)題

1、互感和自感、渦流【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、互感現(xiàn)象兩個(gè)線圈之間沒(méi)有導(dǎo)線相連，但當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 這種現(xiàn)象稱(chēng)為互感，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫互感電動(dòng)勢(shì)。要點(diǎn)詮釋?zhuān)?1) 互感現(xiàn)象是一種常見(jiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它不僅發(fā)生于繞在同一鐵芯上的兩個(gè)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(xiàn)象可以把能量從一個(gè)電路傳到另一個(gè)電路。變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。(3) 在電子電路中，互感現(xiàn)象有時(shí)會(huì)影響電路的正常工作，應(yīng)設(shè)法減小電路間的互感。要點(diǎn)二、自感現(xiàn)象1.實(shí)驗(yàn)如圖甲所示，首先閉合 S后調(diào)節(jié)R ,使A、A2亮度相同，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。再次閉合S

2、，燈泡 代立刻發(fā)光，而跟線圈L串 聯(lián)的燈泡a卻是逐漸晃起來(lái)的。甲 乙如圖乙所示電路中，選擇適當(dāng)?shù)臒襞軦和線圈L,使燈泡A的電阻大于線圈L的直流電阻。斷開(kāi) S時(shí)，燈A并非立即熄滅，而是閃亮一下再逐漸熄滅。圖甲實(shí)驗(yàn)叫通電自感。 在閉合開(kāi)關(guān)S的瞬間，通過(guò)線圈L的電流發(fā)生變化而引起穿過(guò)線圈L的磁通量發(fā)生變化， 線圈L中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈中電流的增大，通過(guò)燈泡A的電流只能逐漸增大，所以 A只能逐漸變亮。圖乙實(shí)驗(yàn)叫斷電自感。斷開(kāi) S的瞬間，通過(guò)線圈L的電流減弱，穿過(guò)線圈的磁通量很快減小，線圈L中出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。雖然電源斷開(kāi)，但由于線圈L中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且和 A組成閉合電路，使線圈中的電

3、流反向流過(guò)燈A,并逐漸減弱由于 L的直流電阻小于燈 A的電阻，其原電流大于通過(guò)燈 A的原電流，故燈閃亮一下后才逐漸熄滅。2.結(jié)論由于通過(guò)線圈自身的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈本身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)熱叫自感 電動(dòng)勢(shì)。要點(diǎn)詮釋?zhuān)?. 自感電動(dòng)勢(shì)的作用：總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化，即總是起著推退電流變化的作用。2. 自感電動(dòng)勢(shì)的方向：自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原來(lái)電流的變化，當(dāng)原來(lái)電流增大時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原來(lái)電流方向相反；當(dāng)原來(lái)電流減小時(shí)， 自感電動(dòng)勢(shì)與原來(lái)電流方向相同。3. 自感電動(dòng)勢(shì)大?。篍自=L ，大小由電流變化的快慢和自感系數(shù)L決定。t要點(diǎn)三、自感系數(shù)自感系數(shù)是表

4、示線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)本領(lǐng)大小的物理量，簡(jiǎn)稱(chēng)為自感或電感，用L表示。要點(diǎn)詮釋?zhuān)?1) 大?。壕€圈長(zhǎng)度越長(zhǎng)，線圈橫截面積越大，單位長(zhǎng)度上匝數(shù)越多，線圈的自感系數(shù)越大；線圈有鐵芯比無(wú)鐵芯時(shí)自 感系數(shù)大得多。(2) 物理意義：表征線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)本領(lǐng)大小的物理量，數(shù)值上等于通過(guò)線圈的電流在 1s內(nèi)改變1A時(shí)產(chǎn)生的自感電 動(dòng)勢(shì)的大小。(3)單位：亨利(符號(hào) H ), 1 亨=103毫亨=106微亨(1H=103mH=106HH )。要點(diǎn)四、自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止1. 應(yīng)用：電感線圈可以把電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)，也可以把儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能；當(dāng)自感系數(shù)很大時(shí)，可以產(chǎn) 生自感電動(dòng)勢(shì)，增大電路的瞬時(shí)電壓。

5、電感線圈可以延續(xù)電流的變化時(shí)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(lái)通直流阻交流，通低頻 阻高頻。電感線圈在各種電器設(shè)備和無(wú)線電技術(shù)中應(yīng)用廣泛，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(shù)很大、電流很強(qiáng)的電路的瞬間，會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，形成電弧，危及工作人員和 設(shè)備安全，在這類(lèi)電路中應(yīng)采用特別的開(kāi)關(guān)；制作精密電阻時(shí)，采用雙線繞法來(lái)消除自感現(xiàn)象。要點(diǎn)五、電感和電阻的比較1 .阻礙作用：電阻R對(duì)電流有阻礙作用，電感 L對(duì)電流的變化有阻礙作用。2. 大小因素：電阻越大，對(duì)電流的阻礙越大，產(chǎn)生的電勢(shì)差越大；電感越大，對(duì)電流的阻礙作用越大，產(chǎn)生的自感電

6、動(dòng)勢(shì)越大。3. 決定因素：電阻R決定于導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積、材料電阻率；電感L決定于線圈長(zhǎng)度、橫截面積、匝數(shù)、有無(wú)鐵芯等。4 .聯(lián)系：電感和電阻都是反映導(dǎo)體本身性質(zhì)的物理量。要點(diǎn)六、線圈對(duì)變化電流的阻礙作用與對(duì)穩(wěn)定電流的阻礙作用的比較1. 兩種阻礙作用產(chǎn)生的原因不同線圈對(duì)穩(wěn)定電流的阻礙作用，是由繞制線圈的導(dǎo)線的電阻決定，對(duì)穩(wěn)定電流阻礙作用的產(chǎn)生原因，是金屬對(duì)定向運(yùn)動(dòng)電子 的阻礙作用。而線圈對(duì)變化電流的阻礙作用，是由線圈的自感現(xiàn)象引起的，當(dāng)通過(guò)線圈中的電流變化時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量發(fā) 生變化，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙線圈中電流變化。2. 兩種阻礙作用產(chǎn)生的效果不同在通電線圈中，電流穩(wěn)定值為 E/ Rl,

7、由此可知，線圈的穩(wěn)態(tài)電阻決定了電流的穩(wěn)定值。L越大，電流由零增大到穩(wěn)定值的時(shí)間越長(zhǎng)，也就是說(shuō)，線圈對(duì)變化電流的阻礙作用越大，電流變化的越慢。總之，穩(wěn)態(tài)電阻決定了電流所能達(dá)到的穩(wěn)定值， 對(duì)變化電流的阻礙作用決定了要達(dá)到穩(wěn)定值所需的時(shí)間。要點(diǎn)七、在斷電自感中，燈泡是否閃亮一下的判斷方法如圖所示電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān) S斷開(kāi)后，燈泡 A是否會(huì)閃亮一下？閃亮一下的條件是什么？LA®設(shè)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源路端電壓為 u，線圈的電阻為 R,燈泡的電阻為 Ra,則通過(guò)線圈的電流為Il=U,通過(guò)燈泡的電Rl流為Ia =土。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，線圈和燈泡組成的回路中的電流從Il開(kāi)始減弱。Ra若Ra> Rl,有Ia

8、< Il,在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的瞬間，通過(guò)燈泡的電流會(huì)瞬間增大，燈泡會(huì)閃亮一下。若Ra至Rl，有Ia芝、，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，通過(guò)燈泡的電流減小，燈泡不會(huì)閃亮一下。要點(diǎn)八、電路中電流大小變化的判斷方法在進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，要注意：如果電感線圈的直流電阻為零，那么電路穩(wěn)定時(shí)可認(rèn)為線圈短路；在電流由零增大的瞬 間可認(rèn)為線圈斷路。如圖所示，s閉合穩(wěn)定后，若不考慮線圈的直流電阻，則燈泡不亮，流過(guò)線圈的電流I較大。在s斷開(kāi)的瞬間，燈泡和線圈構(gòu)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(lái)大小的基礎(chǔ)上減弱。 要點(diǎn)九、渦流當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在導(dǎo)體內(nèi)自成閉合回路，

9、很像水中的旋渦,把它叫做渦電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流。要點(diǎn)詮釋?zhuān)篿 .渦流產(chǎn)生的原因：渦流是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)把塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中，或者讓它在非均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，金屬塊內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng) 電流，因?yàn)榻饘賶K本身可自行構(gòu)成閉合回路，且塊狀金屬導(dǎo)體的電阻一般情況下很小，所以產(chǎn)生的渦流通常是很強(qiáng)的。2.渦流的防止：電動(dòng)機(jī)、變壓器的線圈中有變化的電流，因而在鐵芯中產(chǎn)生了渦流，不僅浪費(fèi)了能量，還可能損壞電器，因此，要想辦法 減小渦流。為了達(dá)到減小渦流的目的，采用了電阻率大的硅鋼做鐵芯的材料，并把硅鋼做成彼此絕緣的薄片，這樣，就大大減 小了渦流。3 .渦流的利用：用來(lái)冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈，線圈中通入

10、反復(fù)變化的電流，爐內(nèi)的金屬中就產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使 金屬達(dá)到很高的溫度并熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程能在真空中進(jìn)行，這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可 以冶煉局質(zhì)量的合金。要點(diǎn)十、電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果導(dǎo)體中出現(xiàn)渦流，即感應(yīng)電流，則感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力作用，安培力的方向總是阻 礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做電磁阻尼。要點(diǎn)詮釋?zhuān)弘姶抛枘嵩趯?shí)際中有很多應(yīng)用，課本上講的使電學(xué)儀表的指針很快的停下來(lái)，就是電磁阻尼作用。電磁阻尼還常用于電氣 機(jī)車(chē)的電磁制動(dòng)器中。要點(diǎn)十一、電磁驅(qū)動(dòng)如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)

11、動(dòng)起來(lái)，這種 作用叫做電磁驅(qū)動(dòng)。ftan a p電磁驅(qū)動(dòng)的原因分析：如圖所示，當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，由楞次定律知，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn) 生，以阻礙磁通量變化，線圈會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。要點(diǎn)詮釋?zhuān)?1) 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向和磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速，即同向異步。(2) 下一章要介紹的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、家庭中用的電能表、汽車(chē)上用的電磁式速度表，就是利用這種電磁驅(qū)動(dòng)。【典型例題】類(lèi)型一、互感現(xiàn)象產(chǎn)生的條件例1 .如圖所示，在同一平面內(nèi)的 a、b兩線圈，當(dāng)開(kāi)關(guān) S閉合和斷開(kāi)瞬間，b線圈中感應(yīng)電流的方向如何？舉一反三【變式】關(guān)于自感現(xiàn)象，正確的說(shuō)法是()A .感應(yīng)電流不一定和原電流方向

12、相反B .線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)較大的其自感系數(shù)一定較大C. 對(duì)于同一線圈，當(dāng)電流變化較快時(shí)，線圈中的自感系數(shù)也較大D. 對(duì)于同一線圈，當(dāng)電流變化越大時(shí)，線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)也較大例2.如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動(dòng)的金屬棒PQ、MN ,當(dāng)PQ在外力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，MN在磁A. 向右勻加速運(yùn)動(dòng)B.向左勻加速運(yùn)動(dòng)C.向右勻減速運(yùn)動(dòng)D.向左勻減速運(yùn)動(dòng)【變式】如圖所示，閉合金屬環(huán)從高h(yuǎn)的曲面滾下,又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)閉合環(huán)初速為零，摩擦不計(jì)，則（A .若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度小于h B .C .若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度等于h D .類(lèi)型二、斷電自感現(xiàn)象例3.如圖所示的（a

13、）、（ b ）兩個(gè)電路中，電阻 電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡 A發(fā)光，若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度等于 h若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度小于hR和自感線圈L的電阻值都小，且小于燈泡A的電阻，接通開(kāi)關(guān) S,使Ls'LA .在電路（a）中，斷開(kāi)S后，B.在電路（a）中，斷開(kāi)S后，C.在電路（b）中，斷開(kāi)S后，D.在電路（b）中，斷開(kāi)S后，A將逐漸變暗A(chǔ)將先變得更亮，然后逐漸變暗A(chǔ)將逐漸變暗A(chǔ)將先變得更亮，然后逐漸變暗舉一反三【變式】圖為一演示實(shí)驗(yàn)電路圖，圖中 L是一帶鐵心的線圈， A是一燈泡，電鍵 K處于閉合狀態(tài)，電路是接通的.現(xiàn)將電鍵K打開(kāi)，則在電路切斷的瞬間，通過(guò)燈泡A的電流方向是從 端到 端.這個(gè)

14、實(shí)驗(yàn)是用來(lái)演示 現(xiàn)象的.場(chǎng)力作用下向右運(yùn)動(dòng)，則 PQ所做的運(yùn)動(dòng)可能是（）類(lèi)型三、通電自感現(xiàn)象例4.如圖所示，燈 La、LB完全相同，帶鐵芯的線圈 L的電阻可忽略。貝U（）A . S閉合的瞬間，La、Lb同時(shí)發(fā)光，接著La變暗，Lb更亮，最后La熄滅B . S閉合瞬間，La不亮，LB立即亮C. S閉合瞬間，La、LB都不立即亮D. 穩(wěn)定后再斷開(kāi)S的瞬間，Lb熄滅，La比Lb （原先亮度）更亮 類(lèi)型四、正確理解自感電動(dòng)勢(shì)例5.如圖所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S的瞬間會(huì)有（）AA. 燈A立即熄滅B.燈A慢慢熄滅C.燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅 D.燈A突然閃亮一下

15、再突然熄滅舉一反三【高清課堂：法拉第電磁感應(yīng)定律 例6】【變式】如圖所示電路，線圈 L電阻不計(jì)，貝U （）A . S閉合瞬間，A板帶正電，B板帶負(fù)電B . S保持閉合，A板帶正電，B板帶負(fù)電C. S斷開(kāi)瞬間，B板帶正電，A板帶負(fù)電D .由于線圈電阻不計(jì)，電容器被短路，上述三種情況電容器兩板都不帶電例6 .圖甲所示電路，開(kāi)關(guān) S閉合。流過(guò)電感線圈類(lèi)型五、自感現(xiàn)象在電路中的應(yīng)用L的電流為ii，流過(guò)燈泡A的電流為i2，且ii> i2。在時(shí)刻ti將S斷開(kāi),流過(guò)燈泡A的電流隨時(shí)間變化的圖象可能是圖乙中的（）口石I甲乙【變式】在如圖所示的電路中，兩個(gè)相同的小燈泡Li和L2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈

16、L和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 R。閉合開(kāi)關(guān)S后，調(diào)整R ,使L和L2發(fā)光的亮度一樣，此時(shí)流過(guò)兩個(gè)燈泡的電流均為I。然后，斷開(kāi)S。若t時(shí)刻再閉合S,則在t前后的一小段時(shí)間內(nèi)，正確反映流過(guò)Li的電流ii、流過(guò)L2的電流i2隨時(shí)間t變化的圖像是（）類(lèi)型六、自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止例7.在如圖所示的四個(gè)日光燈的接線圖中,S為啟動(dòng)器，&為開(kāi)關(guān)，L為鎮(zhèn)流器。能使日光燈正常發(fā)光的是（【變式】如圖所示是一種延時(shí)開(kāi)關(guān)，當(dāng)$閉合時(shí)，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通。當(dāng)$斷開(kāi)時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，D將延退一段時(shí)間才被釋放。對(duì)于這個(gè)延時(shí)開(kāi)關(guān)的工作情況，下列說(shuō)法中正確的是（）A. 由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用B. 由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用C. 如果斷開(kāi)B線圈的電鍵無(wú)延時(shí)作用D. 如果斷開(kāi)B線圈的電鍵 延時(shí)將變長(zhǎng)例8.在制作精密電阻時(shí)，為了消除使用過(guò)程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采用雙線并繞的方法，如圖所示。其原 理是（）A. 當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)相互抵消B. 當(dāng)電路