1、1第 6 讲 自感现象 涡流目标定位 1.了解什么是自感现象、自感系数和涡流，知道影响自感系数大小的因素.2.了解自感现象和涡流的利用及其危害的防止.3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器的工作原理.一、自感现象1.线圈 A 中电流的变化引起的磁通量的变化，会在它自身激发感应电动势，这个电动势叫做自感电动势，这种现象叫做自感现象.2.电路中自感的作用是阻碍电流的变化.想一想 如图 361 所示的电路， L 为自感线圈，A 是一个灯泡， E 是电源.当 S 闭合瞬间，通过灯泡的电流方向如何？当 S 切断瞬间，通过灯泡的电流方向如何？图 361答案 当 S 闭合时，通过灯泡的电流方向为 a b；当
2、S 切断瞬间，由于电源提供给灯泡 A及线圈的电流立即消失，因此线圈要产生一个自感电动势来阻碍原电流减小，所以线圈此时相当于一个电源，产生的自感电流和原电流方向相同，流经 A 时的方向是 b a.二、电感器1.线路中的线圈叫做电感器，电感器的性能用自感系数表示，简称自感.2.线圈越大、匝数越多，它的自感系数越大.给线圈中加入铁芯，自感系数比没有铁芯时大得多.3.交流电通过电感器时，由于线圈中的自感电动势总是阻碍电流的变化，所以电感器对交流电有阻碍作用.4.在自感系数很大、电流很强的电路中，切断电源的瞬间都会产生很大的自感电动势，使开关两端出现很高的电压，形成电弧.电弧不仅会烧蚀开关，有时还会危及
3、人员的安全.想一想 自感现象中产生的自感电动势与线圈是否有关？可能与线圈的哪些因素有关？2答案 有关.与线圈的长度、大小、匝数及有无铁芯都有关.三、涡流及其应用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
4、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 362 所示.图 362(2)装置要求及作用：A 1、A 2规格相同， R 的作用是使灯泡 A1、A 2亮度相同， R1的作用是使灯泡 A1、A 2均正常发光.(3)实验现象：S 合上时，A 2立即正常发光，A 1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，A 2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(1)电路：如图 363 所示.3图 363(2)装置要求：线圈
5、 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 ILIA.(3)实验现象：断开 S 时，发现灯泡 A 先闪亮一下，过一会儿才熄灭.(4)现象分析：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U2R灯泡两端的电压或通
6、电电流，灯泡都会变亮.例 1 如图 364 所示为演示自感现象的实验电路，下列说法正确的是( )图 364A.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，A 1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，A 1、A 2、 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、A 2一起逐渐熄灭，选项 C、D 错误.针对训练 1 如图 365 所示的电路，当开关闭合时，小灯泡将_(选填
7、“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.4图 365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
8、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，
9、提高变压器的效率5C.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
10、、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 366 所示， L 为一纯电感线
11、圈(直流电阻不计)，A 为一灯泡，下列说法正确的是( )6图 366A.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 的电流答案 B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
12、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
13、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( )7A.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，电动势最大答案 B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 367 所示， A、 B 为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不
14、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 367A.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
15、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 AC8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.
16、题组二、电感在电路中的作用4.如图 368 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 t0 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 368答案 BD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
17、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 369 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( )9图 369A.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，然后渐渐变暗答案 AD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
18、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 ILIA(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 3610 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 3610A.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，
19、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 3611 所示，灯 LA、L B完全相同，带铁芯的线圈 L 的电阻可忽略.则( )10图 3611A.S 闭合瞬间、L A、L B同时发光，接着 LA变暗，L B更亮，最后 LA熄灭B.S 闭合瞬间，L A不亮，L B立即亮C.S 闭合瞬间，L A、L B都不立即亮D.稳定后再断开 S 的瞬间，L B熄灭，L A比 LB(断开 S 前)更亮答案 A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
20、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、L B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，L B会比以前更亮，A 正确，B、C 错误；稳定后断开 S 瞬间，L B熄灭，L A与 LB熄灭前一样亮，D 错误.8.如图 3612 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 3612A.先断开 S1 B.先断开 S2C.先拆除电流表 D.先拆除电阻 R答案 B解析 S 1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 3613 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，
