1、第4讲 自感涡流电磁阻尼与驱动 梳理基础强化训练 基础知识清单一、自感1自感现象由于导体本身的电流发生变化而产生变化的磁场，穿过线圈的磁通量发生变化，产生电磁感应的现象叫做自感现象2自感电动势(1)概念：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势它总是阻碍引起自感电动势的电流的变化(2)理解：自感电动势及自感现象仍然遵循电磁感应规律，其大小可由法拉第电磁感应定律求解，方向由楞次定律判定3大小(1)公式：E 自L I t，公式中 I t为线圈中电流的变化率，L为自感系数(2)理解：自感电动势的大小由线圈本身的 L 及电流变化的快慢决定电流变化越快，自感电动势越大；L 越大，自感电动势越大(3)自感
2、系数：自感系数简称自感(或电感)，它反应线圈产生自感电动势大小的能力其大小由线圈的长短、粗细、匝数和单位长度的匝数及是否有铁芯有关，线圈越细、越长、匝数越多、越密，有铁芯时，L 就越大而与 I t及 E 自无关自感系数的单位是亨利，符号为：H.二、两个典型的自感实验1通电自感(1)演示通电自感电路图如图所示，这是对比实验，开关闭合后，逐渐调节电阻 R，使得 A、B 两灯泡的亮度相同，断开开关，观察通电后两灯的亮度变化情况(2)当接通电路时，看到的现象：灯 B 立刻正常发光，灯 A逐渐变亮至正常发光(3)结论：因线圈中电流增大，线圈中产生自感电动势的方向与原电流方向相反(增反)，对要增大的电流有
3、阻碍作用，不能让电流立刻增加到最大值2断电自感及是否“闪亮”的讨论(1)演示断电自感现象的电路图如图所示，通电稳定后，使灯泡发光，不要超过额定功率，再断开开关，观察断电瞬间灯泡亮度的变化(2)讨论能否闪亮的问题：取决于灯泡 D 的实际功率原来灯泡与线圈并联，故两端的电压相等假设流经灯泡的电流为 ID，流经线圈的电流为 IL，当 S 断开后，L、D 形成闭合回路，当 ILID 时，灯泡的实际功率大于断开前的功率，亮度增大，故出现“闪亮”的现象；当 ILID 时，灯泡的实际功率等于或小于断开前的功率，亮度没有增大，故出现延迟一段时间再熄灭的现象；即：如果 RDRL，断开开关，出现延迟一段时间再熄灭
4、的现象；如果 RDRL，断开开关，灯泡出现“闪亮”的现象3自感现象中电流方向的确定(1)通电时，自感电动势阻碍电流的增大，与电流方向相反；含较大自感系数的线圈的支路此时可看作断路(2)断电时，自感电动势阻碍电流的减小，与原电流方向相同；线圈相当于新的电源，它提供的电流在原来 IL 的基础上渐渐减小；跟自感线圈并联的灯泡由于组成闭合电路，可能“闪亮”一下(3)电路稳定时，线圈有电阻则相当于一个定值电阻；没有电阻则相当于一根导线，跟线圈并联的灯泡不亮三、涡流如图所示，在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电
5、路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象导体内部的涡流也会产生热量，如果导体的电阻率小，则涡流很强，产生的热量就很大四、电磁阻尼与电磁驱动1电磁阻尼导体相对磁场运动时，切割磁感线产生感应电流，导体受到的安培力总是阻碍它们的相对运动，利用安培力阻碍导体与磁场间的相对运动就是电磁阻尼2电磁驱动如图所示，通过转动手柄使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，这种作用就是电磁驱动 基础随堂训练1
6、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当线圈中电流反向时线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反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解析 由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中电流不变时，不产生自感电动势，A 选项正确；当线圈中电流反向时相当于电流减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，B 选项错误；当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，C 选项正确；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，线圈中自
7、感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，D 选项错误 答案 AC2.在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡 L1 和 L2 分别串联一个带铁芯的电感线圈 L和一个滑动变阻器 R，闭合开关 S 后，调整 R，使 L1 和 L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为 I，然后，断开 S.若 t时刻再闭合 S，则在 t前后的一小段时间内，正确反映流过 L1的电流 i1、流过 L2的电流 i2随时间t 变化的图像是()解析 由于小灯泡 L1 与电感线圈串联，断开 S 后再闭合，流过 L1的电流从无到有(即增大)，电感线圈对电流有阻碍作用，所以流过灯泡 L1的电流从 0 开始逐渐增大，最终达到 I，A
8、选项错误，B 选项正确；由于小灯泡 L2 与滑动变阻器串联，断开 S后再闭合，立即有电流通过 L2，假设电感线圈产生的反电动势很大，相当于开始 L1支路断路，电源电压全部加在 L2支路上，电流较大，随着自感电动势的减小，使得 L1 支路上有电流，使得L2 两端的电压减小，流过 L2的电流逐渐减小，最终减到 I，C、D 选项错误 答案 B3(2014江苏)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有()A增加线圈的匝数 B提高交流电源的频率C将金属杯换为瓷杯D取走线圈中的铁芯解析 采用线圈产生的交变磁场使金属杯中有
9、磁通量的变化，产生涡流现象，从而进行加热的由法拉第电磁感应定律可知，增加线圈的匝数、提高交流电的频率均可以提高发热功率；则可以缩短加热时间，A、B 选项正确；将杯子换作瓷杯不会产生涡流，无法加热水，C 选项错误；取走铁芯磁场减弱，则加热时间变长，D 选项错误 答案 AB4(2014广东)如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管 P 和塑料管 Q 竖直放置小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块()A在 P 和 Q 中都做自由落体运动B在两个下落过程中的机械能都守恒C在 P 中的下落时间比在 Q 中的长D落至底部时在 P 中的速度比在 Q 中的大解析 小磁块在铜管中下落时，由于电
10、磁阻尼作用，不做自由落体运动，而在塑料管中不受阻力作用而做自由落体运动，因此在 P 中下落得慢，用时长，到达底端速度小，C 选项正确，A、B、D 选项错误 答案 C5如图所示的电路中，电源的电动势为 E，内阻为 r，电感L 的电阻不计，电阻 R 的阻值大于灯泡 D 的阻值在 t0 时刻闭合开关 S，经过一段时间后，在 tt1时刻断开 S.下列表示 A、B 两点间电压 UAB 随时间 t 变化的图像中，正确的是()解析 S 闭合时，由于自感作用，L 有产生与原电动势 E 方向相反的自感电动势，阻碍 L 支路电流的增加，假设自感电动势较大，导致 L 支路断路，电源电压几乎全部加在 D 两端，所以闭
11、合瞬间电压较大，然后电压逐渐减小到稳定，也可由感抗的变化得出，U 外 R外R外rE，可知 U 外也是从大变小的过程，A、C 选项错误；t1时刻断开 S，由于自感在 L、R、D 构成的回路中电流从 B 向 A 经中间 D 流过，所以 t1时刻 UAB 反向，电阻 R 的阻值大于灯泡 D 的阻值，故电感上的自感电流小于灯泡 D 上原来的电流，可知 B 选项正确 答案 B6如图(a)、(b)所示的电路中，电阻 R 和自感线圈 L 的电阻值都很小，且小于灯 A 的电阻，接通 S，使电路达到稳定，灯泡A 发光，则()A在电路(a)中，断开 S，A 将渐渐变暗B在电路(a)中，断开 S，A 将先变得更亮，
12、然后渐渐变暗C在电路(b)中，断开 S，A 将渐渐变暗D在电路(b)中，断开 S，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗解析 在电路(a)中，灯 A 和线圈 L 串联，它们的电流相同，断开 S 时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，但流过灯 A 的电流仍逐渐减小，从而灯 A 只能渐渐变暗，感应电流的方向与原来流经灯泡的电流的方向也相同；在电路(b)中，电阻 R和灯 A 串联，灯 A 的电阻大于线圈 L 的电阻，电流则小于线圈L 中的电流，断开 S 时，电源不再给灯供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过 R、A 形成回路，从 L 原有的电流开始减小，流经灯 A 中电流比原来流经灯泡上的电流大，灯 A 变得更亮，然后渐渐变暗，A、D 选项正确 答案 AD请做：题组层级快练（三十七）