专题10-6+自感现象+涡流-2018年高三物理一轮总复习名师伴学

专题10-6+自感现象+涡流-2018年高三物理一轮总复习名师伴学

专题10.6+自感现象+涡流 课前预习 ● 自我检测 一 互感现象 ‎1．定义：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，这种现象叫互感。‎ ‎2．作用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器、收音机的磁性天线。‎ 二 自感现象 ‎1．定义：当一个线圈中的电流自身发生变化时，它产生的变化(填“变化”或“不变”)的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在本身激发出感应电动势的电磁感应现象。‎ ‎2．公式：E＝L，其中L是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利。符号：H。1 mH＝10－3 H,1 μH＝10－6 H。‎ ‎3．决定因素：与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关，与E、ΔI、Δt等无关。‎ ‎ 三.涡流：当线圈中的电流发生变化时，在它附近的导体中产生的像水的旋涡一样的感应电流。‎ ‎(1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的相对运动。‎ ‎(2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中产生的感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来。‎ ‎(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用。‎ ‎ 课堂讲练 ● 典例分析 考点一 互感现象 ‎【典例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PQ、MN，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，则PQ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 ‎【反思总结】　‎ 本题是应用楞次定律判断问题的一般步骤的逆向应用。即已知感应电流的方向或者感应电流的效果，来判断原磁场的方向或原磁场如何变化。通过判断步骤的逆向应用，可更深刻地理解、更熟练地掌握楞次定律。另外还要通过此题来体会逆向分析的思路和方法。‎ 考点二 自感现象 ‎【典例2】 如图所示，电路中自感线圈电阻很小，可以忽略不计。R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(　　)‎ A．A比B先亮，然后A灭 B．B比A先亮，然后A灯逐渐变亮 C．A、B一起亮，然后A灭 D．A、B一起亮，然后B灭 ‎【答案】　B ‎【解析】　S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，由于L 的直流电阻很小，所以稳定后A灯的电流变大，A灯逐渐变亮，故A、C、D错；稳定后，由于与B灯连接的电阻很大，流过B灯支路的电流很小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。‎ ‎【反思总结】　分析通电自感需抓住三点：(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路；(2)电流增大过程中自感线圈对电流有阻碍作用；(3)电流稳定时自感线圈相当于导体。‎ ‎【典例3】 在如图所示的电路中，LA、LB为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，在S闭合状态下，LA、LB都能正常发光。现突然断开S，则(　　)‎ A．LA、LB会突然亮一下再熄灭 B．LA会突然亮一下再熄灭，LB突然熄灭 C．LA、LB同时变暗到熄灭 D．LB先熄灭，LA后熄灭 ‎【答案】　C ‎【反思总结】‎ ‎1．自感现象的四大特点 ‎(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．‎ ‎(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化．‎ ‎(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体．‎ ‎(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．‎ ‎2. 分析自感现象的两点注意 ‎(1)通过自感线圈中的电流不能发生突变，即通电过程，线圈中电流逐渐变大，断电过程，线圈中电流逐渐变小，方向不变．此时线圈可等效为“电源”，该“电源”与其他电路元件形成回路．‎ ‎(2)断电自感现象中灯泡是否“闪亮”问题的判断，在于对电流大小的分析，若断电后通过灯泡的电流比原来强，则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭．　 ‎ ‎3. 自感中灯泡“闪亮”与“不闪亮”的原因 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2：①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2＞I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变 ‎【跟踪短训】‎ 如图所示，线圈L的自感系数很大，且其电阻可以忽略不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，随着开关S闭合和断开的过程中，灯L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)(　　)‎ A．S闭合，L1亮度不变，L2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开，L2立即不变，L1逐渐变亮 B．S闭合，L1不亮，L2很亮；S断开，L1、L2立即不亮 C．S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2亮度不变；S断开，L2立即不亮，L1亮一下才熄灭 D．S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮；S断开，L2立即不亮，L1亮一下才熄灭 ‎【答案】　D 考点三 涡流 ‎【典例4】(多选) 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 ‎【答案】　AB ‎ 课后巩固 ● 课时作业 基础巩固 ‎1．下列关于互感现象的说法正确的是(　　)‎ A．一个线圈中的电流变化时，与之靠近的线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象 B．互感现象的实质是电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律 C．利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，人们制造了收音机的“磁性天线”‎ D．互感现象在电力工程以及电子电路中不会影响电路的正常工作 ‎【答案】　ABC ‎【解析】　互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，会影响电路的正常工作，选项D错误。‎ ‎2．关于自感现象，正确的说法是(　　)‎ A．自感电动势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 ‎3．(多选)电磁炉为新一代炊具，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在．电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物．下列相关说法中正确的是(　　)‎ A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的 B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好 C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的 D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果 ‎【答案】 CD　‎ ‎【解析】 涡流是由电磁感应产生的，故锅体内是变化的磁场，由法拉第电磁感应定律可知，磁场变化频率越高，感应电动势越大，故C、D正确．‎ ‎4．某线圈通有如图所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有(　　)‎ A．第1s末 B．第2s末 C．第3s末 D．第4s末 ‎【答案】　BD ‎【解析】　在自感现象中当原电流减小时，自感电动势与原电流的方向相同，当原电流增加时，自感电动势与原电流方向相反．在0～1 s内原电流正方向减小，所以自感电动势的方向是正方向，在1～2 s内原电流负方向增加，所以自感电动势与其方向相反，即沿正方向；同理分析2～3 s、3～4 s内可得正确选项为B、D.‎ ‎5. 如图所示，L是一个带有铁芯的线圈，灯正常发光，当S断开时，出现的情况是(　　)‎ A．灯立即熄灭 B．灯逐渐熄灭 C．灯比原来更亮一些，再逐渐熄灭 D．灯比原来更亮一些，再突然熄灭 ‎【答案】　A ‎【解析】　当电流发生变化时，产生自感电动势，只有当处于闭合回路中才会产生感应电流，灯才会逐渐熄灭．当S断开时，虽然有自感电动势，但不存在闭合回路，故灯立即熄灭，正确选项为A.‎ ‎6. 如图所示灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略．则(　　)‎ A．S闭合的瞬间，LA、LB同时发光，接着LA变暗，LB更亮，最后LA熄灭 B．S闭合瞬间，LA不亮，LB立即亮 C．S闭合瞬间，LA、LB都不立即亮 D．稳定后再断开S的瞬间，LB熄灭，LA比LB(原先亮度)更亮 ‎【答案】　A ‎7．(多选) 如图所示，灯泡A、B与定值电阻的阻值均为R，L是自感系数较大的线圈，当S1闭合、S2断开且电路稳定时，A、B两灯亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中正确的是(　　)‎ A．B灯立即熄灭 B．A灯将比原来更亮一下后熄灭 C．有电流通过B灯，方向为c→d D．有电流通过A灯，方向为b→a ‎【答案】 AD ‎8．(多选) 涡流检测是工业上无损检测的方法之一．如图所示，线圈中通以一定频率的正弦交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化．下列说法中正确的是(　　)‎ A．涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化 B．涡流的频率等于通入线圈的交流电频率 C．通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力 D．待测工件可以是塑料或橡胶制品 ‎【答案】 ABC　‎ ‎【解析】 由楞次定律可知，涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化，选项A正确；类似于变压器，涡流的频率等于通入线圈的交流电频率，选项B正确；由于电流在磁场中受安培力作用，故通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力，选项C正确；涡流必须是在导体中产生，故待测工件不能是塑料或橡胶制品，选项D错误．‎ 综合应用 ‎9．(多选)如图所示，电源的电动势为E，内阻r不能忽略。A、B是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈。关于这个电路的以下说法正确的是(　　)‎ A．开关由闭合到电路中电流稳定的时间内，A灯立刻亮起，而后逐渐变暗，最后亮度稳定 B．开关由闭合到电路中电流稳定的时间内，B灯立刻亮起，而后逐渐变暗，最后亮度稳定 C．开关由闭合到断开的瞬间，A灯闪亮一下再熄灭 D．开关由闭合到断开的瞬间，电流自右向左通过A灯 ‎【答案】　AD ‎10．某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象．虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是(　　)‎ A．电源的内阻较大 B.小灯泡电阻偏大 C．线圈电阻偏大 D.线圈的自感系数较大 ‎【答案】　C ‎【解析】　画出电路图，如图所示．‎ 断开时，灯泡有不显著的延时熄灭现象，而不出现闪亮现象，说明当开关处于闭合状态时流经灯泡的电流IA大于流经线圈L的电流IL，当断开开关时，线圈和灯泡组成临时回路，流经灯泡的电流在原来IL的基础上逐渐减小，所以不会出现闪亮现象，当线圈L的电阻比灯泡的电阻大时，再断开开关，不会出现闪亮现象，故选项C正确．‎ ‎11. 在生产实际中,有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈,当电路中的开关S由闭合到断开时,线圈会产生很高的自感电动势,使开关S处产生电弧,危及操作人员的人身安全。为了避免电弧的产生,可在线圈处并联一个元件,下列方案可行的是(　　)‎ ‎【答案】 D ‎【解析】 闭合S时,二极管处于反向截止状态,不影响电路正常工作。断开S时,由于自感现象,线圈跟二极管D组成闭合回路,此时二极管处于正向导通,可以避免电弧的产生,故选项D正确。‎ ‎12. 如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，L1、L2和L3是3个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源．在t＝0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S.规定以电路稳定时流过L1、L2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过L1和L2的电流，则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是(　　)‎ ‎【答案】 C 拔高专练 ‎13. 如图所示的电路中,两个灵敏电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央,当电流从“+”接线柱流入时,指针向右摆;电流从“-”接线柱流入时,指针向左摆。在电路接通后再断开的瞬间,下列说法中符合实际情况的是(　　)‎ A.G1表指针向左摆,G2表指针向右摆 B.G1表指针向右摆,G2表指针向左摆 C.G1、G2表的指针都向左摆 D.G1、G2表的指针都向右摆 ‎【答案】: B ‎14. (多选) 如图所示,是一种延时开关的原理图,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通;当S1断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段时间才被释放。则(　　)‎ A. 由于A线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用 B.由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用 C.如果断开B线圈的开关S2,无延时作用 D.如果断开B线圈的开关S2,延时将变长 ‎【答案】: BC ‎【解析】: 线圈A相当于条形磁铁,其产生的磁场随线圈A中的电流的增大而增大,随线圈A中的电流的减小而减小,而电流的变化可以通过开关的闭合、断开来实现,从而引起线圈B中磁通量变化而产生感应电流。S2闭合时,S1断开瞬间,线圈A在线圈B中产生的磁场减弱,线圈B产生感应电流,产生的磁场吸引衔铁D,使衔铁D延迟一段时间释放,选项B正确;若S2断开时,S1断开瞬间,线圈B中不会产生感应电流,将起不到延时作用,选项C正确。‎ ‎ ‎