高中物理人教版特色专题营第7讲涡流电磁阻尼和电磁驱动《讲义教师版》Word格式.docx

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该电路可以看做是左右两部分并联后由串联起来。

S刚刚接通时，电压同时加在两部分电路中，所以两个灯泡同时变亮；

由于流过D1的电流等于流过D2的电流与流过R的电流的和，所以D1更亮。

S刚刚接通时，L上的自感会使提供它的电流慢慢增大。

根据变化电路的特性，L支路上的电流增大时，和它并联的D1上的电流就减小，和它串联的D2上的电流就增大。

所以S刚刚接通时D1灯先达到最亮；

S断开时，L和D1构成自感回路，D2不在回路中，所以S断开时，D2立刻熄灭，D1后熄灭。

故A正确，BCD错误。

练习3.

（2021春∙易门县校级月考）关于自感现象，正确的说法是（　）

A．感应电流一定和原来的电流方向相反

B．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大

C．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大

D．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大

【答案】D

A、当电流增大时，线圈产生自感电动势，根据楞次定律得知，自感电动势阻碍电流增大，则自感电动势方向与原电流方向相反；

当电流减小时，线圈产生自感电动势，有阻碍电流减小的作用，则自感电动势方向与原电流方向相同；

故A错误；

B、D、由法拉第电磁感应定律可知；

E=n

，即E与磁通量的变化率成正比，即电动势取决于磁通量的变化快慢，而电流变化快慢，则会导致磁场的变化快慢，从而实现磁通量的变化快慢，故对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大。

故B错误，D正确；

C、线圈的自感系数由线圈本身决定，与线圈中的电流、以及电流的变化无关。

故C错误。

情境导入

电磁炮的工作原理是什么呢？

知识精讲

自感互感

知识讲解

自感现象

（1）定义

当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象．产生的电动势叫作自感电动势．

（2）通电自感和断电自感

电路

现象

自感电动势

的作用

通电自感

接通电源的瞬间，灯泡A1慢慢的亮起来。

阻碍电流的增加

断电自感

断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗

阻碍电流的减小

（3）自感电动势的大小：

；

其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：

享利，符号H.1mH=10－3H；

1μH=10－6H.

（4）自感系数的决定因素：

由线圈本身性质决定，与线圈的形状、体积、匝数以及是否有铁芯等因素有关，与EL、ΔI、Δt等无关．

互感现象

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的现象．产生的电动势叫做互感电动势．

（2）应用

互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，变压器、收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的．

（3）危害

互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，在电力工程中和电子电路中，有时会影响电路正常工作．

例题精讲

例1.

（2021春∙武侯区校级期中）如图所示，A、B是完全相同的两只小灯泡，L为自感系数很大、直流电阻不计的线圈，下列说法正确的是（　）

A．闭合电键S瞬间，A灯逐渐变亮，B灯立即亮

B．电键闭合一段时间后，A灯不亮，B灯亮

C．断开电键S的瞬间，A、B灯同时熄灭

D．断开电键S的瞬间，A、B灯都闪亮一下后再熄灭

【答案】B

A、开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光。

B、开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光。

由于线圈的电阻可以忽略，灯A逐渐被短路，流过A灯的电流逐渐减小，A灯逐渐变暗，直至熄灭，而流过B的电流增大，所以B灯变亮。

故B正确；

C、D、断开开关S的瞬间，B灯的电流突然消失，立即熄灭；

流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，维持L中的电流逐渐减小，所以A灯突然闪亮一下再熄灭，故C错误，D错误。

例2.

（2021春∙宜城市期中）如图所示的电路中，A1、A2是两个相同的灯泡，L是一电阻不可忽略的线圈。

先合上开关S，稳定后调节滑动变阻器R，使两灯泡都正常发光，再保持R不变，则在开关重新合上或断开时，下列说法正确的是（　）

A．合上S时，A1灯立即亮起来，A2逐渐亮，最终二者一样亮

B．断开S时，A1、A2两灯都不会立即熄灭，但一定是同时熄灭

C．断开S时，A1、A2两灯都不会立即熄灭，且通过A1灯泡的电流方向与原电流方向相反

D．断开S时，A2灯会突然闪亮一下后再熄灭

A、在开关合上开关时，通过线圈的电流在增大，导致线圈出现自感电动势，从而阻碍灯泡A的电流增大，则A2比A1先到达正常发光状态，故A错误；

B、D、断开开关S的瞬间，因灯泡相同，则电流相等，所以两灯会慢慢熄灭，A2灯不会突然闪亮一下后再熄灭。

故B正确，D错误；

C、断开开关S的瞬间，由电感的特性可知：

L和A1组成的回路中的电流会维持不变，通过A1灯的电流的方向不变，而A2灯的电流方向与原电流方向相反，故C错误；

例3.

例4.

例5.

涡流电磁阻尼和电磁驱动

1．涡流

（1）定义：

由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫做涡电流，简称涡流．

（2）决定因素：

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．

（3）涡流产生的条件

①穿过金属块的磁通量发生变化．

②金属块自身构成闭合回路．

③金属块的电阻较小．

（4）利用．

①电磁炉：

金属块内产生涡流时将会产生电热，因此可以用涡流来加热物体．电磁炉就是利用了这一原理．

②真空冶炼：

用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入周期性变化的电流，炉内的金属中产生涡流．涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度，利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．

（5）防止：

①增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢，它的电阻率比较大．

②用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少．

2．涡流现象中的能量分析

伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能．

（1）金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能．

（2）如果是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，最终转化为内能，就会产生电热．

3．电磁阻尼

（1）电磁阻尼：

当导体在磁场中运动时，导体中产生的感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．

（2）应用：

磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数．

4．电磁驱动

（1）概念：

磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，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的现象．

交流感应电动机．

（2021春∙秦州区校级月考）下列现象中利用涡流的是（　）

A．金属探测器

B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯

C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉

D．磁电式仪表的线圈用铝框做骨架

【答案】ACD

A、金属探测器中变化电流遇到金属物体，在金属物体上产生涡流。

故A正确。

B、变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯，是为了防止涡流，而不是利用涡流。

故B错误。

C、真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量。

故C正确。

D、铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动。

而塑料做骨架达不到此作用。

故D正确。

（2021春∙蚌埠月考）用下述方法给仪器内部的金属部分加热：

把含有玻璃外壳的仪器放在通有交变电流的线圈中，仪器内部的金属部分变热了，而玻璃外壳还是冷的。

金属变热是由于金属部分产生了____。

【答案】

涡流

含有玻璃外壳的仪器放在通有交变电流的线圈中，仪器内部的金属部分变热了，而玻璃外壳还是冷的。

金属变热是由于金属部分产生了涡流。

（2021春∙梅州期末）下列图中，不属于涡流现象的是（　）

A．

真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金

B．

充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热

C．

工人穿上金属丝织成的衣服可以屏蔽外电场高压带电作业

D．

安检门可以探测人身是否携带金属物品

A、真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金，属于涡流现象，故A正确。

B、充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热，属于涡流现象，故B正确。

C、超高压带电作业的工人穿戴的工作服是用包含金属丝的织物制成的，这种工作服叫屏蔽服，其作用是在穿用后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等电位屏蔽面，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害，所以不属于涡流现象，故C错误。

D、安检门可以探测人身是否携带金属物品，属于涡流现象，故D正确。

（2021秋∙南昌期末）如图是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情景．探测线圈内通有交变电流，能产生迅速变化的磁场．当探测线圈靠近金属物体时，这个磁场能在金属物体内部能产生涡电流，涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场．如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈下面有金属物体了．以下用电器与金属探测器工作原理相似--利用涡流的是（　）

变压器

日光灯

电磁炉

直流电动机

当探测器中通以交变电流线圈靠近金属物时，线圈在空间产生交变的磁场，金属物品横截面的磁通量发生变化，会产生感应电流，故探测器采用了电磁感应原理中的涡流的原理；

A、变压器采用了电磁互感原理，要防止涡流。

B、日光灯的镇流器采用的是线圈的自感现象，与涡流无关。

故B错误；

C、电磁炉中，将炉子中的线圈通以交变电流，线圈将产生变化的磁场，该磁场穿过铁质锅时，在锅底的部分将产生涡流，所以电磁炉的原理与金属探测器工作原理相似。

故C正确；

D、直流电动机是通电导体在磁场中受力，与涡流无关。

故D错误；

（2021秋∙爱民区校级期末）如图所示，一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉离平衡位置并释放，圆环摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界，若不计空气阻力，则（　）

A．圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度

B．在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流

C．圆环进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大

D．圆环最终将静止在平衡位置

A、圆环向右穿过磁场后，会产生电流，圆环中将产生焦耳热，根据能量守恒知圆环的机械能将转化为电能，所以回不到原来的高度了，故A错误。

B、当圆环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生电流。

故B正确。

C、整个圆环进入磁场后，磁通量不发生变化，不产生感应电流，机械能守恒。

离平衡位置越近速度越大，感应电流为零。

D、在圆环不断经过磁场，机械能不断损耗过程中圆环越摆越低，最后整个圆环只会在磁场区域来回摆动，因为在此区域内没有磁通量的变化（一直是最大值），所以机械能守恒，即圆环最后的运动状态为在磁场区域来回摆动，而不是静止在平衡位置。

故D错误。

例6.

（2021秋∙玄武区校级期末）下列图中，A图是真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金；

B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；

C图是安检门可以探测人身是否携带金属物品；

D图是工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业。

属于涡流现象的是

（　）

【答案】ABC

A、真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金时，是使金属材料发生涡流而快速发热的，故A正确；

B、图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热是因为线圈在铁芯中产生涡流而发热的，故B正确；

C、安检门可以探测人身是否携带金属物品是通过物体上产生涡流而使报警器发出警告的，故C正确；

D、工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业是利用静电屏蔽原理，故D错误。

例7.

（2021秋∙海门市期末）电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，“火力”强劲，安全可靠。

如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（　）

A．电磁炉的工作原理是利用了电磁感应现象

B．电磁炉用陶瓷锅加热食物效果比铁锅好

C．使用电磁炉时严禁触碰炉面板，因为会被烫伤

D．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作

【答案】AD

A、锅体中的工作原理是利用了电磁感应现象，产生的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是交流电。

故A正确，D正确。

B、金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅的，陶瓷锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流。

C、电磁炉的板面为玻璃面板，不能直接用来加热，所以接触炉面板时，不一定会被烫伤。

故C错误；

当堂练习

（2021春∙西城区校级期中）如图所示的电路中，P、Q为两相同的灯泡，L的电阻不计，则下列说法正确的是（　）

A．S断开瞬间，P立即熄灭，Q过一会儿才熄灭

B．S接通瞬间，P、Q同时达到正常发光

C．S断开瞬间，通过P的电流从左向右

D．S断开瞬间，通过Q的电流与原来方向相同

A、稳定后当电键K断开后，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与灯泡P、Q构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭。

B、灯Q与电源串联，当电键K闭合时，灯P立即发光。

通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，Q逐渐亮起来。

所以P比Q先亮。

由于线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，两灯电流相等，亮度相同。

CD、由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，电流的方向与L中电流的方向相同，所以通过Q的电流与原来方向相同，通过P的电流与原来方向相反，是从右向左。

故C错误，D正确；

（2021春∙福建期中）为了演示接通电源的瞬间和断开电源的电磁感应现象，设计了如图所示的电路图，相同的A灯和B灯，线圈L的直流电阻的阻值与定值电阻R的电阻相等，下列说法正确的是（　）

A．开关接通的瞬间，A灯的亮度大于B灯的亮度

B．通电一段时间后，A灯的亮度小于B灯的亮度

C．断开开关的瞬间，A灯和B灯立即熄灭

D．若满足R灯<

RL则开关断开瞬间，A灯会闪亮一下再熄灭

A、闭合开关的瞬间，通过L的电流增大，产生自感电动势，阻碍原电流的变化，从而使通过A灯的电流比B灯的电流大，所以灯A的亮度大于灯B的亮度，故A正确；

B、当通电一段时间后，电路的电流稳定，若L的直流电阻和R相等，通过两灯的电流相同，所以两灯亮度相同，故B错误；

C、断电瞬间，通过L的电流减小，产生自感电动势，阻碍原电流的变化；

由于线圈L与灯泡A组成自感回路，从而使A灯逐渐熄灭，但B灯立即熄灭。

D、若满足R灯>

RL则当电路中的电流稳定时，流过灯A的电流小于流过线圈L中的电流，所以断开瞬间由于线圈L与灯泡A组成自感回路，流过灯A的电流从流过线圈原来的电流值开始减小，所以A灯才会闪亮一下再熄灭，故D错误。

（2021春∙浙江期中）如图所示，L1、L2、L3是完全相同的灯泡，L为直流电阻可忽略的自感线圈，开关S原先接通，L2、L3处于稳定状态。

当开关S断开时，下面说法正确的是（电源内阻忽略不计）（　）

A．L1闪亮一下后熄灭

B．L2闪亮一下后熄灭

C．L2变暗一下后熄灭

D．L3闪亮一下后恢复原来的亮度

A、s接通L1被短路，S断开后L1和L2串联与电源形成回路，L1会发光，故A错误；

BC、L2先是与L3并联，S断开后与L1串联，亮度会降低但不会熄灭，故BC错误；

D、L3由于跟自感线圈串联，S断开瞬间线圈跟L3形成串联，由于自感作用会使L3闪亮，待稳定后L3两端电压恢复到原来大小，亮度也恢复到原来的亮度，故D正确；

练习4.

练习5.

当堂总结

出门测

（2021春∙湖北月考）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的两端与阻值很小的电阻R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。

延时继电器就是这样得名的。

不考虑涡流的影响。

下列说法正确的是（　）

A．断开开关S，电阻R中的电流从上往下

B．保持开关S闭合，电阻R中的电流从上往下

C．断开开关S后，延时原因是由于A的自感现象

D．若线圈B不闭合，仍有延时效果

B、S保持闭合，线圈中电流稳定，则B中无感应电流，故