互感和自感涡流.doc

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1、互感和自感、涡流【学习目标】1、知道什么是互感现象和自感现象。2、知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。3、能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因。4、知道涡流是如何产生的，知道涡流对人类有利和有害的两方面，以及如何利用涡流和防止涡流。【要点梳理】要点一、互感现象 两个线圈之间没有导线相连，但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，这种现象称为互感，产生的感应电动势叫互感电动势。要点诠释：（1）互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。

2、（2）互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。 （3）在电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，应设法减小电路间的互感。要点二、自感现象 1实验 如图甲所示，首先闭合后调节，使亮度相同，然后断开开关。再次闭合，灯泡立刻发光，而跟线圈串联的灯泡却是逐渐亮起来的。 如图乙所示电路中，选择适当的灯泡和线圈，使灯泡的电阻大于线圈的直流电阻。断开时，灯并非立即熄灭，而是闪亮一下再逐渐熄灭。 图甲实验叫通电自感。在闭合开关的瞬间，通过线圈的电流发生变化而引起穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，通过灯泡的电流只能逐渐增大

3、，所以只能逐渐变亮。 图乙实验叫断电自感。断开的瞬间，通过线圈的电流减弱，穿过线圈的磁通量很快减小，线圈中出现感应电动势。虽然电源断开，但由于线圈中有感应电动势，且和组成闭合电路，使线圈中的电流反向流过灯，并逐渐减弱。由于的直流电阻小于灯的电阻，其原电流大于通过灯的原电流，故灯闪亮一下后才逐渐熄灭。 2结论 由于通过线圈自身的电流发生变化时，线圈本身产生感应电动势的现象叫自感现象。由于自感而产生的感应电动热叫自感电动势。要点诠释：1自感电动势的作用：总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。 2自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动

4、势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。 3自感电动势大小：，大小由电流变化的快慢和自感系数决定。要点三、自感系数 自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，简称为自感或电感，用表示。要点诠释：（1）大小：线圈长度越长，线圈横截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大；线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。 （2）物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在内改变时产生的自感电动势的大小。 （3）单位：亨利（符号），亨=毫亨=微亨（）。要点四、自感现象的应用和防止 1应用：电感线圈可以把电能转化为磁场能储存起来，也可以

5、把储存的磁场能转化为电能；当自感系数很大时，可以产生自感电动势，增大电路的瞬时电压。 电感线圈可以延续电流的变化时间，起到一定的稳定电流的作用，在交流电路中，常用电感线圈来通直流阻交流，通低频阻高频。电感线圈在各种电器设备和无线电技术中应用广泛，如日光灯电路中的镇流器、振荡电路等。 2危害和防止：在切断自感系数很大、电流很强的电路的瞬间，会产生很高的自感电动势，形成电弧，危及工作人员和设备安全，在这类电路中应采用特别的开关；制作精密电阻时，采用双线绕法来消除自感现象。要点五、电感和电阻的比较 1阻碍作用:电阻对电流有阻碍作用，电感对电流的变化有阻碍作用。 2大小因素:电阻越大，对电流的阻碍越大

6、，产生的电势差越大；电感越大，对电流的阻碍作用越大，产生的自感电动势越大。 3决定因素:电阻决定于导体长度、横截面积、材料电阻率；电感决定于线圈长度、横截面积、匝数、有无铁芯等。 4联系:电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量。要点六、线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用的比较 1两种阻碍作用产生的原因不同 线圈对稳定电流的阻碍作用，是由绕制线圈的导线的电阻决定，对稳定电流阻碍作用的产生原因，是金属对定向运动电子的阻碍作用。而线圈对变化电流的阻碍作用，是由线圈的自感现象引起的，当通过线圈中的电流变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生自感电动势，阻碍线圈中电流变化。 2两种阻碍作用产生

7、的效果不同 在通电线圈中，电流稳定值为，由此可知，线圈的稳态电阻决定了电流的稳定值。越大，电流由零增大到稳定值的时间越长，也就是说，线圈对变化电流的阻碍作用越大，电流变化的越慢。总之，稳态电阻决定了电流所能达到的稳定值，对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间。要点七、在断电自感中，灯泡是否闪亮一下的判断方法 如图所示电路中，当开关断开后，灯泡是否会闪亮一下？闪亮一下的条件是什么？ 设开关闭合时，电源路端电压为，线圈的电阻为，灯泡的电阻为，则通过线圈的电流为，通过灯泡的电流为。当开关断开后，线圈和灯泡组成的回路中的电流从开始减弱。 若，有，在断开开关的瞬间，通过灯泡的电流会瞬间增大，灯

8、泡会闪亮一下。若，有，断开开关后，通过灯泡的电流减小，灯泡不会闪亮一下。要点八、电路中电流大小变化的判断方法在进行分析计算时，要注意：如果电感线圈的直流电阻为零，那么电路稳定时可认为线圈短路；在电流由零增大的瞬间可认为线圈断路。 如图所示，闭合稳定后，若不考虑线圈的直流电阻，则灯泡不亮，流过线圈的电流较大。在断开的瞬间，灯泡和线圈构成了闭合回路，其中线圈中电流的流向不变，其大小只能在原来大小的基础上减弱。要点九、涡流 当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水中的旋涡，把它叫做涡电流，简称涡流。要点诠释：1涡流产生的原因:涡流是一种特殊的

9、电磁感应现象，当把块状金属放在变化的磁场中，或者让它在非均匀磁场中运动，金属块内就产生感应电流，因为金属块本身可自行构成闭合回路，且块状金属导体的电阻一般情况下很小，所以产生的涡流通常是很强的。 2涡流的防止:电动机、变压器的线圈中有变化的电流，因而在铁芯中产生了涡流，不仅浪费了能量，还可能损坏电器，因此，要想办法减小涡流。为了达到减小涡流的目的，采用了电阻率大的硅钢做铁芯的材料，并把硅钢做成彼此绝缘的薄片，这样，就大大减小了涡流。 3涡流的利用:用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中就产生涡流。涡流产生的热量使金属达到很高的温度并熔化。利用涡流冶炼金属

10、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。要点十、电磁阻尼 当导体在磁场中运动时，如果导体中出现涡流，即感应电流，则感应电流会使导体受到安培力作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象叫做电磁阻尼。 要点诠释：电磁阻尼在实际中有很多应用，课本上讲的使电学仪表的指针很快的停下来，就是电磁阻尼作用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。要点十一、电磁驱动如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，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，这种作用叫做电磁驱动。 电磁驱动的原因分析：如图所示，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量发生变

11、化，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量变化，线圈会跟着一起转动起来。 要点诠释：（1）线圈转动方向和磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁转速，即同向异步。 （2）下一章要介绍的感应电动机、家庭中用的电能表、汽车上用的电磁式速度表，就是利用这种电磁驱动。【典型例题】类型一、互感现象产生的条件例1. 如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒、，当在外力作用下运动时，在磁场力作用下向右运动，则所做的运动可能是（ ） A向右匀加速运动 B向左匀加速运动 C向右匀减速运动 D向左匀减速运动【答案】BC举一反三【变式】如图所示，金属球（铜球）下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后

12、释放，此后关于小球的运动情况是：（不计空气阻力）（ ） A 做等幅振动； B 做阻尼振动；C 振幅不断增大； D 无法判定【答案】B类型二、断电自感现象 例2如图所示的（）、（）两个电路中，电阻和自感线圈的电阻值都小，且小于灯泡的电阻，接通开关，使电路达到稳定，灯泡发光，则（ ） A在电路（）中，断开后，将逐渐变暗 B在电路（）中，断开后，将先变得更亮，然后逐渐变暗 C在电路（）中，断开后，将逐渐变暗 D在电路（）中，断开后，将先变得更亮，然后逐渐变暗 【答案】AD举一反三【变式】图为一演示实验电路图，图中是一带铁心的线圈，是一灯泡，电键处于闭合状态，电路是接通的现将电键打开，则在电路切断的瞬

13、间，通过灯泡的电流方向是从_端到_端这个实验是用来演示_现象的 【答案】，自感类型三、通电自感现象例3如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，的阻值和的自感系数都很大，、为两个完全相同的灯泡，当闭合时，下列说法正确的是（ ） A比先亮，然后灭 B比先亮，然后逐渐变暗 C、一起亮，然后灭 D、一起亮，然后灭 【答案】B类型四、正确理解自感电动势例4 如图所示，为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关的瞬间会有（ ） A灯立即熄灭 B灯慢慢熄灭 C灯突然闪亮一下再慢慢熄灭 D灯突然闪亮一下再突然熄灭 【答案】A 举一反三【变式】如图所示的电路中，两灯电阻均为，且，为纯电感线圈，原先均

14、断开，则（ ） A闭合瞬间，灯先亮，灯后亮，以后两灯一样亮B闭合后，再闭合，两灯亮度不变C均闭合后，再断开，灯立即熄灭，灯闪亮一下才熄灭D均闭合后，先断开，再断开，灯立即熄灭，灯闪亮一下才熄灭【答案】AC类型五、自感现象在电路中的应用 例5在如图所示的电路中，为电阻很小的线圈，和为零点在表盘中央的相同的电流表。当开关闭合时，电流表指针偏向右方，那么当开关断开时，将出现的现象是（ ） A和指针都立即回到零点 B指针立即回到零点，而指针缓慢地回到零点 C指针缓慢回到零点，而指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 DG1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而指针缓慢地回到零点 【答案】D类型六、

15、自感现象的应用和防止 例6在如图所示的四个日光灯的接线图中，为启动器，为开关，为镇流器。能使日光灯正常发光的是（ ） 【答案】AC 举一反三【变式】如图所示是一种延时开关，当闭合时，电磁铁将衔铁吸下，线路接通。当断开时，由于电磁感应作用，将延迟一段时间才被释放。对于这个延时开关的工作情况，下列说法中正确的是 （ ） A由于线圈的电磁感应作用，才产生延时释放的作用B由于线圈的电磁感应作用，才产生延时释放的作用C如果断开线圈的电键，无延时作用D如果断开线圈的电键，延时将变长【答案】BC例7在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示。其原理是（ ）

16、 A当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消 B当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消 C当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消 D以上说法都不对 【答案】C举一反三【变式】在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是 （ ）【答案】D类型七、涡流的应用 例8如图所示是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交变电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起。我国生

17、产的自行车车架就是用这种办法焊接的。 试定性地说明：为什么交变电流的频率越高，焊缝处放出的热量越多。 【答案】见解析例9如图所示是冶炼金属用的高频感应炉。请说明其工作原理。 【答案】见解析类型八、电磁阻尼的分析和应用例10弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它（如图所示），磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况。 【答案】见解析举一反三【变式】如图所示，是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁

18、场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则( ) A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反B.线框进入磁场区域后，越靠近线时速度越大，因而产生的感应电流也越大C.线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能【答案】AC 例11在科技馆中常看到这样的表演： 一根长左右的空心铝管竖直放置（如图甲所示），把一枚磁性很强的小圆片从铝管上端放入管口，圆片直径略小于铝管的内径。从一般经验来看，小圆片自由落下左右的时间不应超过，但把小圆片从上端管口放入管中后，过了许久才从铝管下端落出。小圆片在管内运

19、动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆片靠近铝管，也不见它们相互吸引。是什么原因使小圆片在铝管中缓慢下落呢？如果换用有裂缝的铝管（如图乙所示），圆片在铝管中的下落就快多了。这又是为什么？ 【答案】磁性小圆片在铝管内下落过程中，穿过圆筒任一截面的磁通量发生变化，故铝管中有感应电流产生，此感应电流会阻碍磁片下落，而有裂缝的铝管在任一截面回路均为开路，不会形成感应电流，因而无电磁阻尼。类型九、电磁驱动的应用例12如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（ ） A线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C线圈转动时将产生感应电流D线圈转动时感应电流的方向始终是 【答案】BC