第3节 自感现象与涡流
[模型建构] (1)通电时,跟滑动变阻器R串联的灯泡A2立刻亮起来,跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来.
(2)电路接通时,电流由零开始增大,穿过线圈L的磁通量逐渐增大,为了阻碍磁通量的增大,感应电流产生的磁场与原来电流产生的磁场方向相反,阻碍了L中电流的增大,即推迟了电流达到正常值的时间.
[模型建构] (1)开关S断开时,小灯泡会逐渐熄灭.其原因是当开关S断开时,L与A构成闭合回路,自感线圈中产生的感应电流比原灯泡中的电流小.
(2)断开开关S后,A中的电流与L中的电流变化一致,只要满足线圈L的直流电阻小于灯泡A的电阻,断开开关S后,A比原来更亮.
[教材链接] 线圈本身 感应电动势
例1 C [解析] 闭合开关瞬间,A、B两灯立即亮,选项A、B错误;电路稳定时,A灯亮,B灯不亮,断开开关瞬间,A灯立即熄灭,B灯由于线圈的自感现象而闪亮后逐渐熄灭,通过B灯的电流方向从右向左,选项C正确,选项D错误.
变式1 B [解析] 闭合开关S后,调节R,使两个灯泡L1、L2发光的亮度一样,电流均为I,说明RL等于R接入电路的阻值,若t'时刻再闭合S,流过电感线圈L的电流迅速增大,使电感线圈L产生自感电动势,阻碍了流过L1的电流i1增大,直至电流为I,故A错误,B正确;t'时刻闭合S,流过灯泡L2的电流i2立即达到电流I,故C、D错误.
[科学论证] 根据E=n,自感电动势的大小跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关.自感现象中,穿过线圈的磁通量是由电流引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关.
[教材链接] (1)自身电流变化 (2)E=L 自感系数
例2 D [解析] 线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的,与线圈中有无电流、电流变化情况都没有关系,故B、C错误,D正确;自感电动势的大小除了与自感系数有关外,还与电流的变化率有关,故A错误.
[科学探究] (1)通电后铁锅中的水逐渐变热,玻璃杯中的水温不变化.
(2)线圈中通入变化的电流时,会产生变化的磁场,该变化的磁场在空间激发感生电场,铁锅是导体,感生电场驱动导体内的自由电荷定向移动,产生感应电流,电能转化为内能,水温升高.玻璃是绝缘体,不会产生电磁感应现象,所以玻璃杯中的水不会升温.
例3 C [解析] 高频感应炉的原理是给线圈通以高频变化的电流后,线圈产生高频变化的磁场,磁感线穿过金属,在金属内产生强涡流,由于涡流的热效应,使金属熔化,选项C正确.
变式2 增大电阻,减小涡流,减小铁芯的发热量,提高变压器的输电效率.
[科学探究] (1)仪表工作时指针向右转动,由楞次定律判断出铝框中的感应电流方向(从上往下看)沿逆时针方向.
(2)铝框由于有感应电流,受到安培力作用,由左手定则判断,铝框左边受向下的安培力,而右边受向上的安培力.
(3)因产生感应电流而受到的安培力阻碍铝框的转动;铝框的电阻较小,产生的感应电流较大,则受到的安培力较大,铝框又轻,这样可以使线圈偏转尽快停下来.
例4 B [解析] 从阻碍相对运动的角度来看,由于磁通量的变化是由线框和磁场间做相对运动引起的,因此感应电流的磁场总是阻碍线框相对磁场的运动.则线框向左摆动时受到的安培力方向向右,线框向右摆动时受到的安培力方向向左,选项B正确.
变式3 B [解析] 当磁铁逆时针转动时,由楞次定律可知,线圈将与磁铁同向转动,但转速一定小于磁铁的转速.若两者的角速度相同,则线圈就不切割磁感线,线圈中无感应电流产生,故B正确.
素养提升
示例 A [解析] 当电磁铁绕组通以图中所示的电流时,由安培定则可知,将产生向上的磁场,当电磁铁绕组中的电流增大时,根据楞次定律和安培定则可知,这时真空室空间内将产生顺时针方向的涡旋电场,电子沿着逆时针方向运动,电子将加速,选项A正确,选项B、C错误;由于电子被约束在半径为R的圆周上运动,根据T=可知,电子加速后,电子做圆周运动的周期减小,选项D错误.
随堂巩固
1.C [解析] 分析图甲,断开开关S1瞬间,A1突然闪亮,说明流经A1的电流瞬间增大,从而得到S1闭合,电路稳定时,A1中的电流小于L1中的电流,选项B错误.由并联电路特点可知,A1的电阻值大于L1的电阻值,选项A错误.分析图乙,开关S2闭合后,灯A2逐渐变亮,A3立即变亮,说明闭合S2瞬间,A2与A3中的电流不相等,那么L2与R中的电流也不相等,选项D错误.最终A2与A3亮度相同,说明流经A2与A3的电流相同,由欧姆定律可知,R接入电路的阻值与L2的电阻值相等,选项C正确.
2.B [解析] 电感一定时,电流变化越快,越大,由E=L知,自感电动势越大,A错误,B正确;线圈中电流为零时,电流的变化率不一定为零,自感电动势不一定为零,故C错误;当通过线圈的电流最大时,电流的变化率可能为零,自感电动势可能为零,故D错误.
3.BC [解析] 电磁炉通电线圈加恒定电流,会产生恒定磁场,穿过锅底的磁通量不会发生变化,不能产生涡流,所以没有加热效果,故A错误;电磁炉原理是通电线圈加变化的电流后,在锅底产生涡流,进而发热工作,故B正确;电流变化越快,则穿过锅底的磁通量变化就越快,根据法拉第电磁感应定律可知,产生的感应电动势就越大,涡流就越大,从而导致单位时间内产生的热量就越多,即电磁炉加热效果越好,故C正确;金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅,陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料,不会产生涡流,不是因为导热性能较差,故D错误.
4.CD [解析] 金属圆盘全部处于匀强磁场中或处于与其同心的环形匀强磁场中时,圆盘转动过程中不能形成电流回路,A、B错误;金属圆盘可看成由无数金属辐条组成,根据右手定则可知,圆盘转动过程中,靠近圆心处电势低,靠近边缘处电势高,在圆心和边缘之间有不充当“电源”的导体连接时就会有感应电流,同时会产生电磁阻力,C、D正确.
5.AB [解析] 小磁针在圆盘所在处形成的磁场是非匀强磁场,圆盘可以等效为许多环形闭合线圈,圆盘转动过程中,穿过每个环形闭合线圈的磁通量不断地发生变化,在每一环形线圈上产生电动势和涡流,A正确;环形线圈随圆盘转动,由楞次定律可知,线圈会受到小磁针施加的阻碍相对运动的力,根据牛顿第三定律可知,小磁针会受到与线圈即圆盘转动方向相同的力的作用,此力来源于电磁感应形成的涡电流,而不是自由电子随圆盘转动形成的电流,B正确,D错误;从圆盘的整个盘面上看,圆盘转动过程中穿过整个圆盘的磁通量不变,C错误.第3节 自感现象与涡流
1.CD [解析] 线圈的自感系数是由线圈本身性质决定的,与线圈的大小、形状、匝数,以及是否有铁芯等因素有关,而与线圈内电流的变化率无关,A错误,D正确;自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化,即当线圈中电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反,当线圈中电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同,B错误,C正确.
2.D [解析] 电路稳定后,断开开关S,线圈产生自感电动势阻碍电流减小,并与R2组成闭合回路,则通过R2的电流方向为向左,通过L的电流方向向右,D正确.
3.D [解析] 由题意知,电流方向自右向左时,电流表指针向右偏,则电流方向自左向右时,电流表指针应向左偏.开关S断开的瞬间,G1中原电流立即消失,而对于G2所在支路,由于线圈L的自感作用,电流不会立即消失,自感电流沿L、G2、G1的方向在由它们组成的闭合回路中继续维持一段时间,即G2中的电流按原方向自右向左逐渐减小为零,此时G1中的电流和原电流方向相反,变为自左向右,且与G2中的电流同时缓慢减小为零,故选项D正确.
4.AD [解析] 在电路甲中,当接通开关S时,通过与灯泡相连的自感线圈的电流突然增大,由于线圈的自感作用,开始时,自感线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的增大,通过灯泡的电流很小,后来由于电流的不断增大,通过自感线圈的电流变化逐渐变慢,所以自感线圈的阻碍作用逐渐减小,当通过线圈的电流最大时,自感线圈就没有阻碍作用,所以通过灯泡的电流慢慢增大,故选项A正确;在电路乙中,当接通开关S时,通过自感线圈的电流突然增大,由于线圈的自感作用,开始时,自感线圈就产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的增大,通过线圈的电流很小(可认为是零),电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的,以后自感线圈的阻碍作用逐渐减小,通过自感线圈的电流逐渐增加,而通过灯泡的电流逐渐减小,直到流过线圈的电流最大时,自感线圈就没有阻碍作用,又因为自感线圈L的阻值可认为是零,所以通过灯泡的电流可以认为是零,故选项D正确.
5.AD [解析] 电磁灶是涡流现象在生活中的应用,主要利用感应电流(涡流)的热效应来加热锅体,故A正确;电磁灶使用时,线圈将电能转化为电磁能,锅又将电磁能转化为电能,电能通过涡电流做功再转化为内能,而电炉是直接利用电流的热效应,故B错误,D正确;铁质锅、不锈钢锅可在电磁灶上使用,铝锅不可在电磁灶上使用,是因为非磁性金属产生的涡流太弱,故C错误.
6.BD [解析] 因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流,会产生快速变化的磁场,故即使探测器静止在待检测物的上方,待检测物中依然会有“涡流”(感应电流)产生,故A错误,B正确;若待检测物为塑料,则因为塑料制品近乎绝缘体,导电性能极差,所以检测区域中虽然有磁通量变化,但是因为塑料内部没有能够自由移动的带电粒子或很少,因此待检测物中无感应电流或电流太小而不能引起报警,故C错误,D正确.
7.AD [解析] 图中的1在2中转动产生涡流,受到安培力作用,从而阻碍指针的转动,故A、D正确.
8.D [解析] 若保持开关闭合,则穿过铝环的磁通量不变,铝环中没有感应电流,故铝环要落回原处.铝环回落后再断开开关,穿过铝环的磁通量发生变化,则铝环中有了感应电流,为阻碍磁通量减小,铝环要向下运动,但由于支撑面的作用,故铝环不动,D正确,A、B、C错误.
9.B [解析] 该电路实际上就是利用伏安法测线圈的直流电阻,在实验完毕后,由于线圈的自感作用,如果电路拆去的先后顺序不对,就可能会损坏电表.当S1、S2闭合,电路稳定时,线圈中的电流方向为a→b,电压表右端为“+”,左端为“-”,指针正向偏转.若先断开S1或先拆电流表或先拆去电阻R瞬间,则线圈中产生自感电动势,线圈相当于电源,其a端相当于电源的负极,b端相当于电源的正极,此时电压表加了一个反向电压,使指针反偏,可能损坏电压表,B、C、D错误.若先断开S2,则由于电压表内阻很大,电路中总电阻变化很小,电流几乎不变,不会损坏其他器件,故应先断开S2,A正确.
10.D [解析] 老师做实验时,根据楞次定律可知,当磁铁向下靠近导体圆环时,圆环中产生了感应电流,磁铁的机械能转化为圆环的电能,所以磁铁的振动逐渐减弱;某同学另找器材再探究此实验,他安装好器材,经反复实验后发现:磁铁下方放置圆环,并没有对磁铁的振动产生影响,可能是由于下面的圆环中没有产生感应电流,即圆环的材料与老师的不同,是材料有问题,故A、B、C错误,D正确.
11.B [解析] 恒定电流不能在待焊接工件中产生感应电流,A错误;线圈中的电流应是变化的电流,且频率很高,这样会使磁通量变化快,产生的感应电动势较大,B正确;待焊接工件焊缝处的接触电阻应比非焊接部分电阻大,这样才能使焊缝处产生的热量多,C错误;当磁通量减少时,待焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向相同,D错误.
12.D [解析] 开关S闭合瞬间,a、b灯立即亮,由于线圈中产生自感电动势,阻碍电流的增加,使得c灯逐渐亮,故A错误;L是自感系数较大的线圈,其直流电阻可忽略,开关S闭合,电路稳定后,L相当于导线,则三灯都亮,故B错误;开关S断开后,b灯立即熄灭,由于线圈中产生自感电动势,阻碍电流的减小,则电流将在线圈与a、c灯之间形成新的回路,使得a、c灯逐渐熄灭,故C错误,D正确.
13.B [解析] 开关S闭合的瞬间,由于L对电流的阻碍作用,由R与L组成的支路相当于断路,后来由于L对电流的阻碍作用不断减小,相当于外电路并联部分的电阻不断减小,根据闭合电路欧姆定律,整个电路中的总电流增大,由U内=Ir得内电压增大,由UAB=E-Ir得路端电压UAB减小;电路稳定后,由于电阻R的阻值大于灯泡D的阻值,所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流,当开关断开时,由于L的自感作用,流过灯泡D的电流立即与流过L的电流相等,与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小,则A、B两点的电势高低情况与开关闭合时相反,两点电势差的绝对值逐渐减小,故B正确.
14.断开 镇流器的自感现象
[解析] 当开关闭合后,镇流器与同学们并联,由于电源为1.5 V的新干电池,所以通过同学们的电流很小.当开关断开时,镇流器中的电流发生变化,由于镇流器的自感作用,产生很高的瞬间电压,该电压加在同学们两端,通过同学们的电流较大,所以同学们有触电的感觉.第3节 自感现象与涡流
学习任务一 自感现象、磁场中的能量
[模型建构] 通电自感
通电自感电路图如图所示,A1、A2是规格完全一样的灯泡.闭合开关S,调节滑动变阻器R,使A1、A2亮度相同,再调节R1,使两灯正常发光,断开开关S.然后再闭合开关S,观察现象.
(1)通电时有什么现象发生
(2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因.
[模型建构] 断电自感
断电自感电路图如图所示,线圈L的直流电阻大于灯泡A的电阻,闭合开关S,待灯泡A正常发光,然后断开开关S.
(1)你观察到什么现象 试分析该现象发生的原因.
(2)要使开关S断开后,A比原来更亮,需要满足什么条件
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空:
自感现象:当一个线圈中的电流变化时,它产生的变化的磁场在 激发出 ,这种现象称为自感现象.
例1 如图所示,L是直流电阻不计的带铁芯的线圈,A、B是两个完全相同的小灯泡.下列说法中正确的是 ( )
A.闭合S瞬间,A灯立即亮,B灯从不亮到逐渐变亮
B.闭合S瞬间,B灯立即亮,A灯从不亮到逐渐变亮
C.断开S瞬间,A灯立即熄灭,B灯闪亮后熄灭
D.断开S瞬间,通过B灯的电流方向从左向右
[反思感悟]
变式1 [2024·福州一中月考] 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,调节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变化的图像是图中的 ( )
[反思感悟]
【要点总结】
1.对自感现象的理解
(1)自感现象是一种电磁感应现象,遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律.
①原电流增大时,在线圈中会产生与原电流方向相反的感应电动势,阻碍原电流的增大(增反);
②原电流减小时,在线圈中会产生与原电流方向相同的感应电动势,阻碍原电流的减小(减同).
注意:线圈中由于电流减小而产生的自感电动势会使线圈中的电流在原来大小的基础上逐渐减小,但不能阻止电流减小.
(2)自感现象表明磁场具有能量,自感现象当然也遵守能量守恒定律.
2.通电自感与断电自感的比较
通电自感 断电自感
电路图
器材规格 A1、A2灯同规格,R接入电路的阻值等于RL,L较大 L很大(有铁芯),RL现象观察 开关S闭合瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终一样亮 开关S断开时,A灯突然闪亮一下后再渐渐熄灭
能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能
学习任务二 自感电动势
[科学论证] 根据法拉第电磁感应定律分析自感电动势的大小与什么因素有关
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空:
自感电动势
(1)定义:由线圈 所产生的电动势.
(2)大小: ,其中L是 ,简称自感或电感.
例2 关于线圈的自感系数,下列说法正确的是 ( )
A.线圈的自感系数越大,则自感电动势一定越大
B.线圈中电流等于零时,自感系数也等于零
C.线圈中电流变化越快,则自感系数一定越大
D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
【要点总结】
1.自感电动势与电流的变化率成正比,与自感系数有关.
2.自感系数由线圈本身的性质决定,线圈的横截面积越大,匝数越多,则自感系数L越大;线圈带铁芯时自感系数比没带铁芯时大得多.
学习任务三 涡流
[科学探究] 在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅(如图所示),锅内放少许水,给线圈通入变化的电流一段时间.再用玻璃杯代替小铁锅,通电时间相同.
(1)铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同(忽略热传导)
(2)你认为产生这种现象的原因是什么
例3 [2024·上杭一中月考] 高频感应炉是用来熔化金属并对其进行冶炼的.图为冶炼金属的高频感应炉的示意图,炉内放入被冶炼的金属,线圈通入高频变化的电流,这时被冶炼的金属就能被熔化,这种冶炼方法速度快、温度易控制,并能避免有害杂质混入被炼金属中,因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理是( )
A.利用线圈中电流产生的焦耳热
B.利用线圈中电流产生的磁场
C.利用变化的电流的磁场在炉内金属中产生的涡流
D.给线圈通电的同时,给炉内金属也通了电
[反思感悟]
变式2 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的,而不是采用一整块硅钢,这是为什么
【要点总结】
1.对涡流的理解
本质 大块导体发生的电磁感应现象,同样遵守法拉第电磁感应定律
产生条件 两种情况:(1)块状金属放在变化的磁场中;(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动
特点 磁场变化越快,导体的横截面积越大,导体材料的电阻率越小,则形成的涡流越大
能量转化 (1)金属块放在变化的磁场中,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
2.涡流的利用与防止
涡流的 利用 (1)热效应:真空冶炼炉、电磁炉 (2)磁效应:如探测地雷、机场安检、金属探测
涡流的 防止 (1)危害:电动机、变压器的线圈中流过变化的电流时,在铁芯中产生的涡流 (2)防止办法:①增大铁芯材料的电阻率;②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯
学习任务四 电磁阻尼和电磁驱动
[科学探究] 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,如图所示.
(1)假定仪表工作时指针向右转动,铝框中的感应电流沿什么方向
(2)由于铝框转动时其中产生感应电流,铝框要受到安培力,该安培力是沿什么方向的
(3)因产生感应电流而受到的安培力对铝框的转动产生什么影响 使用铝框做线圈骨架有什么好处
例4 如图所示,一个闭合的矩形金属框abcd与一根绝缘轻杆B相连,轻杆上端O点是一个固定转轴,转轴与线框平面垂直,线框静止时恰位于蹄形磁铁的正中央,线框平面与磁感线垂直.现将线框由静止释放,在左右摆动过程中,线框受到磁场力的方向是 ( )
A.向左摆动的过程中,受力方向向左;向右摆动的过程中,受力方向向右
B.向左摆动的过程中,受力方向向右;向右摆动的过程中,受力方向向左
C.向左摆动的过程中,受力方向先向左后向右;向右摆动的过程中,受力方向先向右后向左
D.摆动过程中始终不受力
[反思感悟]
变式3 如图所示,蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO'转动.从上向下看,当磁铁逆时针转动时,线圈将 ( )
A.逆时针转动,且转速与磁铁相同
B.逆时针转动,且转速比磁铁小
C.顺时针转动,且转速与磁铁相同
D.逆时针转动,且转速比磁铁大
[反思感悟]
【要点总结】
电磁阻尼与电磁驱动的比较
电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由于导体在磁场中运动而产生感应电流,从而使导体受到安培力 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍导体运动 安培力的方向与导体运动方向相同,推动导体运动
能量 转化 导体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能 由于电磁感应,磁场能转化为电能,通过安培力做功,电能转化为导体的机械能,从而对外做功
相同点 两者都是电磁感应现象,都遵循楞次定律,都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动
电子感应加速器
现代科学研究中常要用到高速电子,电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备.它的基本原理如图所示,上、下为电磁铁的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室,电子在真空室中做圆周运动.上、下电磁铁线圈中通入大小、方向周期性变化的电流,在电磁铁两极产生变化的磁场,变化的磁场激发感生电场,使电子加速.电子枪的电子同时受到两个力的作用,一个是洛伦兹力,使电子做圆周运动;另一个是沿切线方向的感生电场力,使电子沿圆周不断加速.
如何让电子一边加速一边维持半径不变的圆周运动呢 根据洛伦兹力公式f=qvB=m,当速度v不断增加时,只要使磁感应强度B对应不断增加并满足上述等式,则可以让电子运动半径保持不变.实际中磁场的磁感应强度B是有上限的,所以在磁场增至最大值之前,需要将电子引离轨道进入实验室的靶室.
示例 [2024·泉州五中月考] 现代科学研究中常用到高速电子,电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备.电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成.当电磁铁绕组通以变化的电流时,产生变化的磁场,穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化,这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场,电子将在涡旋电场的作用下加速.如图所示(上图为侧视图、下图为俯视图),电子被“约束”在半径为R的圆周上运动,当电磁铁绕组通有图中所示的电流时 ( )
A.若电子沿逆时针运动,保持电流的方向不变,则当电流增大时,电子将加速
B.若电子沿顺时针运动,保持电流的方向不变,则当电流增大时,电子将加速
C.若电子沿逆时针运动,保持电流的方向不变,则当电流减小时,电子将加速
D.被加速时电子做圆周运动的周期不变
1.(通电自感和断电自感)图甲和乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈.实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同.下列说法正确的是( )
A.图甲中,A1与L1的电阻值相同
B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流
C.图乙中,变阻器R接入电路的阻值与L2的电阻值相同
D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等
2.(自感电动势)[2024·厦门外国语学校月考] 关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是 ( )
A.电感一定时,电流变化越大,自感电动势越大
B.电感一定时,电流变化越快,自感电动势越大
C.通过线圈的电流为零的瞬间,自感电动势为零
D.通过线圈的电流为最大值的瞬间,自感电动势最大
3.(涡流的应用)(多选)[2024·厦门六中月考] 电磁炉又名电磁灶,是现代厨房革命的产物,它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生,因此热效率得到了极大的提高,是一种高效节能厨具,完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具.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.电磁炉通电线圈加恒定电流,电流越大,则电磁炉加热效果越好
B.电磁炉原理是通电线圈加变化的电流后,在锅底产生涡流,进而发热工作
C.电磁炉通电线圈通入的电流变化越快,则电磁炉加热效果越好
D.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅,主要原因是这些材料的导热性能较差
4.(电磁阻尼)(多选)[2024·河北石家庄期末] 神舟十二号乘组在与香港大中学生进行的天地连线中,聂海胜示范了太空踩单车.太空自行车是利用电磁力增加阻力的一种体育锻炼器材.某同学根据电磁学的相关知识,设计了这样的单车原理图,其中圆形结构为金属圆盘,当航天员踩脚踏板时,金属圆盘随之旋转.下列设计中可行的方案有 ( )
A.金属圆盘全部处于匀强磁场中
B.金属圆盘处于与其同心的环形匀强磁场中
C.金属圆盘的一半处于匀强磁场中
D.金属圆盘处于有矩形边界的匀强磁场中
5.(电磁驱动)(多选)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示,实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.下列说法正确的是( )
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动第3节 自感现象与涡流建议用时:40分钟
◆ 知识点一 自感、自感电动势
1.(多选)下列关于自感现象的说法中正确的是( )
A.线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比
B.当线圈中电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相反
C.当线圈中电流增大时,自感电动势的方向与原电流方向相反
D.线圈的自感系数由线圈本身的性质决定
2.如图所示电路中,L为一自感系数较大的线圈,闭合开关S,电路稳定后,在电阻R2和线圈L所在支路均有电流.现将开关S断开,则 ( )
A.通过R2和L的电流方向都向左
B.通过R2和L的电流方向都向右
C.通过R2的电流方向向右,通过L的电流方向向左
D.通过R2的电流方向向左,通过L的电流方向向右
3.[2024·诏安一中期中] 在如图所示的电路中,L为电阻很小的线圈,G1和G2为零刻度在表盘中央的两个相同的电流表.当开关S闭合时,电流表G1、G2的指针都偏向右方;当断开开关S时,将出现的现象是 ( )
A.G1和G2的指针都立即回到零刻度
B.G1的指针立即回到零刻度,而G2的指针缓慢地回到零刻度
C.G1的指针缓慢地回到零刻度,而G2的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零刻度
D.G2的指针缓慢地回到零刻度,而G1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零刻度
4.(多选)在如图所示的甲、乙电路中,电阻R和灯泡阻值相等,自感线圈L的阻值可认为是零.在接通开关S时,下列说法正确的是 ( )
A.在电路甲中,A将渐渐变亮
B.在电路甲中,A将先变亮,后渐渐变暗
C.在电路乙中,A将渐渐变亮
D.在电路乙中,A将由亮渐渐变暗,后熄灭
◆ 知识点二 涡流
5.(多选)电磁灶是现代家庭中的理想灶具,如图甲、乙所示是某型号电磁灶的部分解剖图和竖直方向的截面图.下列有关电磁灶的说法正确的是 ( )
A.电磁灶在使用时主要利用涡流的热效应
B.电磁灶发热原理与电炉相同
C.不锈钢锅、铝锅均可在电磁灶上使用
D.电磁灶加热食物是电磁感应在生活中的应用
6.(多选)[2024·湖南师大附中月考] 金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域,其利用的是电磁感应原理:探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流,从而产生快速变化的磁场,该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”.“涡流”会产生磁场,从而影响原始磁场,导致探测器发出蜂鸣声而报警.下列说法正确的是 ( )
A.欲使待检测物体内部产生“涡流”(感应电流),探测器需在待检测物上方不停地晃动
B.探测器静止在待检测物上方时,待检测物内部仍然可以产生“涡流”
C.若待检测物为塑料则不能报警,因为检测区域内没有磁通量变化
D.若待检测物为塑料则不能报警,因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少
◆ 知识点三 电磁阻尼和电磁驱动
7.(多选)如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器,下列说法中正确的是 ( )
A.2是磁铁,1中产生涡流
B.1是磁铁,2中产生涡流
C.该装置的作用是使指针能够转动
D.该装置的作用是使指针能够很快地稳定下来
8.[2024·厦门六中月考] 绕有线圈的铁心直立在水平桌面上,铁心上套一铝环,线圈与电源、开关相连,如图所示.闭合开关的瞬间,铝环跳起一高度.保持开关闭合,会出现 ( )
A.铝环停留在这一高度,直到断开开关,铝环回落
B.铝环不断升高,直到断开开关,铝环回落
C.铝环回落,断开开关时,铝环又跳起
D.铝环回落,断开开关时,铝环不再跳起
9.如图所示的电路可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻,线圈两端并联一个电压表,用来测量自感线圈两端的直流电压,在实验完毕后,将电路拆开时应 ( )
A.先断开开关S1
B.先断开开关S2
C.先拆去电流表
D.先拆去电阻R
10.[2024·南平一中月考] 物理课上,老师做了一个“电磁阻尼”实验:弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁,将磁铁托起到某一高度后放开, 磁铁上下振动很长时间才能停下来.如图所示,当磁铁上下振动时,若在其正下方放置一个固定的铝质闭合圆环,则磁铁会很快地停下来.某同学模仿老师另找器材再进行此实验,他安装好器材,经反复实验后发现:磁铁下方放置的圆环并没有对磁铁的振动产生影响.其失败原因可能是他选用的 ( )
A.弹簧的劲度系数太小
B.磁铁的质量太小
C.磁铁的磁性太强
D.圆环的材料有问题
11.[2024·福州一中月考] 如图所示是一种焊接方法的原理示意图.将圆形待焊接金属工件放在线圈中,然后在线圈中通以某种电流,待焊接工件中会产生感应电流,感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化,待焊接工件就焊接在一起.我国生产的自行车车轮圈就是用这种办法焊接的.下列说法中正确的是 ( )
A.线圈中的电流是很强的恒定电流
B.线圈中的电流是变化的电流,且频率很高
C.待焊接工件焊缝处的接触电阻比非焊接部分电阻小
D.待焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反
12.[2024·福鼎二中月考] 如图所示,L是自感系数较大的线圈,其直流电阻可忽略,a、b、c是三个相同的小灯泡.下列说法正确的是 ( )
A.开关S闭合瞬间,b、c灯立即亮,a灯逐渐亮
B.开关S闭合,电路稳定后,b、c灯亮,a灯不亮
C.开关S断开后,c灯立即熄灭,a、b灯逐渐熄灭
D.开关S断开后,b灯立即熄灭,a、c灯逐渐熄灭
13.[2024·古田一中期末] 如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值. 在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开S.如图所示表示A、B两点间电势差UAB随时间t变化的图像中正确的是 ( )
14.[2024·莆田一中月考] 如图所示,一个称为“千人震”的趣味物理小实验所用器材是一节电动势为1.5 V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器,几位同学手拉手连成一排,另一位同学将电池、镇流器、开关用导线连接起来,并将它们和首、尾两位同学两只空着的手相连,在开关 (选填“闭合”或“断开”)时就会使连成一排的同学都有触电的感觉,该实验的原理是 .
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一、选择题(共58张PPT)
第3节 自感现象与涡流
学习任务一 自感现象、磁场中的能量
学习任务二 自感电动势
学习任务三 涡流
学习任务四 电磁阻尼和电磁驱动
素养提升
备用习题
随堂巩固
学习任务一 自感现象、磁场中的能量
［模型建构］ 通电自感
通电自感电路图如图所示，、是规格完全一样的灯泡.闭合开关，调节滑动变阻器，使、亮度相同，再调节，使两灯正常发光，断开开关.然后再闭合开关，观察现象.
(1) 通电时有什么现象发生？
[答案] 通电时，跟滑动变阻器串联的灯泡立刻亮起来，跟线圈串联的灯泡逐渐亮起来.
(2) 根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因.
[答案] 电路接通时，电流由零开始增大，穿过线圈的磁通量逐渐增大，为了阻碍磁通量的增大，感应电流产生的磁场与原来电流产生的磁场方向相反，阻碍了中电流的增大，即推迟了电流达到正常值的时间.
［模型建构］ 断电自感
断电自感电路图如图所示，线圈的直流电阻大于灯泡A的电阻，闭合开关，待灯泡A正常发光，然后断开开关.
(1) 你观察到什么现象 试分析该现象发生的原因.
[答案] 开关断开时,小灯泡会逐渐熄灭.其原因是当开关断开时，与A构成闭合回路，自感线圈中产生的感应电流比原灯泡中的电流小.
(2) 要使开关断开后，A比原来更亮，需要满足什么条件？
[答案] 断开开关后，A中的电流与中的电流变化一致，只要满足线圈的直流电阻小于灯泡A的电阻，断开开关后，A比原来更亮.
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空：
自感现象：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场在__________激发出____________，这种现象称为自感现象.
线圈本身
感应电动势
例1 如图所示，是直流电阻不计的带铁芯的线圈，A、B是两个完全相同的小灯泡.下列说法中正确的是( )
C
A.闭合瞬间，A灯立即亮，B灯从不亮到逐渐变亮
B.闭合瞬间，B灯立即亮，A灯从不亮到逐渐变亮
C.断开瞬间，A灯立即熄灭，B灯闪亮后熄灭
D.断开瞬间，通过B灯的电流方向从左向右
[解析] 闭合开关瞬间，A、B两灯立即亮，选项A、B错误；电路稳定时，A灯亮，B灯不亮，断开开关瞬间，A灯立即熄灭，B灯由于线圈的自感现象而闪亮后逐渐熄灭，通过B灯的电流方向从右向左，选项C正确，选项D错误.
变式1 [2024·福州一中月考] 在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡和分别串联一个带铁芯的电感线圈和一个滑动变阻器.闭合开关后，调节，使和发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为.然后断开，若时刻再闭合，则在前、后的一小段时间内，正确反映流过的电流、流过的电流随时间变化的图像是图中的( )
B
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&
[解析] 闭合开关后，调节，使两个灯泡、发光的亮度一样，电流均为，说明等于接入电路的阻值，若时刻再闭合，流过电感线圈的电流迅速增大，使电感线圈产生自感电动势，阻碍了流过的电流增大，直至电流为，故A错误，B正确；时刻闭合，流过灯泡的电流立即达到电流，故C、D错误.
【要点总结】
1.对自感现象的理解
(1)自感现象是一种电磁感应现象,遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律.
①原电流增大时,在线圈中会产生与原电流方向相反的感应电动势,阻碍原电流的增大(增反)；
②原电流减小时,在线圈中会产生与原电流方向相同的感应电动势,阻碍原电流的减小(减同).
注意：线圈中由于电流减小而产生的自感电动势会使线圈中的电流在原来大小的基础上逐渐减小,但不能阻止电流减小.
(2)自感现象表明磁场具有能量，自感现象当然也遵守能量守恒定律.
2.通电自感与断电自感的比较
通电自感 断电自感
电路图 ______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________
器材规格 、灯同规格，接入电路的阻值等于，较大 很大(有铁芯)，
现象观察 开关闭合瞬间，灯立即亮起来，灯逐渐变亮，最终一样亮 开关断开时，A灯突然闪亮一下后再渐渐熄灭
能量转化 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能
学习任务二 自感电动势
［科学论证］ 根据法拉第电磁感应定律分析自感电动势的大小与什么因素有关
[答案] 根据，自感电动势的大小跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关.自感现象中,穿过线圈的磁通量是由电流引起的,故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关.
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空：
自感电动势
(1) 定义：由线圈______________所产生的电动势.
(2) 大小：_________，其中是__________,简称自感或电感.
自身电流变化
自感系数
例2 关于线圈的自感系数，下列说法正确的是( )
D
A.线圈的自感系数越大，则自感电动势一定越大
B.线圈中电流等于零时，自感系数也等于零
C.线圈中电流变化越快，则自感系数一定越大
D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
[解析] 线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与线圈中有无电流、电流变化情况都没有关系，故B、C错误，D正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关外，还与电流的变化率有关，故A错误.
【要点总结】
1.自感电动势与电流的变化率成正比，与自感系数有关.
2.自感系数由线圈本身的性质决定，线圈的横截面积越大,匝数越多,则自感系数越大;线圈带铁芯时自感系数比没带铁芯时大得多.
学习任务三 涡流
［科学探究］ 在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上面放一口小铁锅(如图所示)，锅内放少许水，给线圈通入变化的电流一段时间.再用玻璃杯代替小铁锅，通电时间相同.
(1) 铁锅和玻璃杯中的水温有什么不同(忽略热传导)？
[答案] 通电后铁锅中的水逐渐变热，玻璃杯中的水温不变化.
(2) 你认为产生这种现象的原因是什么？
[答案] 线圈中通入变化的电流时，会产生变化的磁场，该变化的磁场在空间激发感生电场，铁锅是导体，感生电场驱动导体内的自由电荷定向移动，产生感应电流，电能转化为内能，水温升高.玻璃是绝缘体，不会产生电磁感应现象，所以玻璃杯中的水不会升温.
例3 [2024·上杭一中月考] 高频感应炉是用来熔化金属并对其进行冶炼的.图为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频变化的电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快、温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理是( )
C
A.利用线圈中电流产生的焦耳热
B.利用线圈中电流产生的磁场
C.利用变化的电流的磁场在炉内金属中产生的涡流
D.给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电
[解析] 高频感应炉的原理是给线圈通以高频变化的电流后，线圈产生高频变化的磁场，磁感线穿过金属，在金属内产生强涡流，由于涡流的热效应，使金属熔化，选项C正确.
变式2 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为什么？
[答案] 增大电阻，减小涡流，减小铁芯的发热量，提高变压器的输电效率.
【要点总结】
1.对涡流的理解
本质 大块导体发生的电磁感应现象，同样遵守法拉第电磁感应定律
产生条件 两种情况：(1)块状金属放在变化的磁场中；(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动
特点 磁场变化越快，导体的横截面积越大，导体材料的电阻率越小，则形成的涡流越大
能量转化 (1)金属块放在变化的磁场中，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
2.涡流的利用与防止
涡流的利用 (1)热效应：真空冶炼炉、电磁炉
(2)磁效应：如探测地雷、机场安检、金属探测
涡流的防止 (1)危害：电动机、变压器的线圈中流过变化的电流时,在铁芯中产生的涡流
(2)防止办法：①增大铁芯材料的电阻率；②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯
学习任务四 电磁阻尼和电磁驱动
［科学探究］ 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，如图所示.
(1) 假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？
[答案] 仪表工作时指针向右转动，由楞次定律判断出铝框中的感应电流方向(从上往下看)沿逆时针方向.
(2) 由于铝框转动时其中产生感应电流，铝框要受到安培力，该安培力是沿什么方向的？
[答案] 铝框由于有感应电流,受到安培力作用，由左手定则判断，铝框左边受向下的安培力，而右边受向上的安培力.
(3) 因产生感应电流而受到的安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？
[答案] 因产生感应电流而受到的安培力阻碍铝框的转动；铝框的电阻较小，产生的感应电流较大，则受到的安培力较大，铝框又轻，这样可以使线圈偏转尽快停下来.
例4 如图所示,一个闭合的矩形金属框与一根绝缘轻杆相连,轻杆上端点是一个固定转轴,转轴与线框平面垂直,线框静止时恰位于蹄形磁铁的正中央,线框平面与磁感线垂直.现将线框由静止释放,在左右摆动过程中,线框受到磁场力的方向是( )
B
A.向左摆动的过程中,受力方向向左;向右摆动的过程中,受力方向向右
B.向左摆动的过程中,受力方向向右;向右摆动的过程中,受力方向向左
C.向左摆动的过程中,受力方向先向左后向右;向右摆动的过程中,受力方向先向右后向左
D.摆动过程中始终不受力
[解析] 从阻碍相对运动的角度来看,由于磁通量的变化是由线框和磁场间做相对运动引起的,因此感应电流的磁场总是阻碍线框相对磁场的运动.则线框向左摆动时受到的安培力方向向右,线框向右摆动时受到的安培力方向向左,选项B正确.
变式3 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，线圈将( )
B
A.逆时针转动，且转速与磁铁相同 B.逆时针转动，且转速比磁铁小
C.顺时针转动，且转速与磁铁相同 D.逆时针转动，且转速比磁铁大
[解析] 当磁铁逆时针转动时，由楞次定律可知，线圈将与磁铁同向转动，
但转速一定小于磁铁的转速.若两者的角速度相同，则线圈就不切割磁感线，线圈中无感应电流产生，故B正确.
【要点总结】
电磁阻尼与电磁驱动的比较
电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动 安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动
能量转化 导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能 由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，从而对外做功
相同点 两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动
电子感应加速器
现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备.它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动.上、下电磁铁线圈中通入大小、方向周期性变化的电流，在电磁铁两极产生变化的磁场，变化的磁场激发感生电场，使电子加速.电子枪的电子同时受到两个力的作用，一个是洛伦兹力，使电子做圆周运动；另一个是沿切线方向的感生电场力，使电子沿圆周不断加速.
如何让电子一边加速一边维持半径不变的圆周运动呢？根据洛伦兹力公式,当速度不断增加时，只要使磁感应强度对应不断增加并满足上述等式，则可以让电子运动半径保持不变.实际中磁场的磁感应强度是有上限的，所以在磁场增至最大值之前，需要将电子引离轨道进入实验室的靶室.
示例 [2024·泉州五中月考] 现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备.电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成.当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场的作用下加速.如图所示(上图为侧视图、下图为俯视图)，电子被“约束”在半径为的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时( )
A
A.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，则当电流增大时，电子将加速
B.若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，则当电流增大时，电子将加速
C.若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，则当电流减小时，电子将加速
D.被加速时电子做圆周运动的周期不变
[解析] 当电磁铁绕组通以图中所示的电流时，由安培定则可知，将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中的电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空室空间内将产生顺时针方向的涡旋电场，电子沿着逆时针方向运动，电子将加速，选项A正确，选项B、C错误；由于电子被约束在半径为的圆周上运动，根据可知，电子加速后，电子做圆周运动的周期减小，选项D错误.
1.如图所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的
长度，灯泡具有一定的亮度.若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入
螺线管内，则将看到( )
A
A.灯泡变暗 B.灯泡变亮
C.螺线管缩短 D.螺线管长度不变
[解析] 当软铁棒插入螺线管中时，穿过螺线管的磁通量增加，故产生反向的自感电动势，使总电流减小，灯泡变暗，每匝线圈间同向电流吸引力减小，螺线管变长.
2.如图所示，电阻 ， ，线圈的直流电阻不计，电源电动势
，内阻 .开始时，开关 闭合，则( )
C
A.断开 前，电容器所带电荷量最多
B.断开 前，电容器两端的电压为
C.断开 的瞬间，电容器的 板带上正电
D.断开 的瞬间，电容器的 板带上正电
[解析] 断开开关 前，线圈电流稳定，线圈的直流电阻不计，
则电容器两端电压为零，所以电容器上没有电荷，故A、B
错误；当开关断开瞬间，线圈电流减小，由于线圈的自感现
象，线圈中产生感应电动势，且左端电势高于右端，从而对
电容器充电，因此电流流向 板，故 板带上正电，故C正确，D错误.
3. (多选) 如图甲所示，电源的电动势为 ，内阻不计，两个同样的灯泡 、
的电阻均为 .闭合开关，稳定后两个灯泡的亮度一样，且 、 间导线
无电流，并于 时刻断开开关，断开开关前后一段时间内通过灯 的电流随时
间变化的图像如图乙所示.下列判断正确的是( )
BC
A.电阻 的阻值为
B.电感线圈 的直流电阻为
C.闭合开关时，两灯同时亮， 灯更亮
D.断开开关后，两灯均逐渐变暗后熄灭
[解析] 稳定时灯泡亮度一样，且 、
间导线无电流，说明 与 的电阻值
也是相等的，由图乙可知，电路中的电
流稳定时，上边支路的电流为 ，
而下边支路的电流为 ，对上边支路，有 ，
对下边支路，有 ，解得 ，故A错误，B
正确；由于闭合开关时 有阻碍作用，可知闭合开关时电路的结构为灯泡 与
电阻 并联后再与 串联，所以闭合开关时，两灯同时亮， 灯更亮，故C正
确；断开开关时， 、 构成自感回路，所以断开开关后， 灯先灭， 灯先
闪亮后逐渐变暗熄灭，故D错误.
4.某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈 、
小灯泡A、开关 和电池组 ，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 ，小灯泡发光；再断开开关
，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽然多次重复，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( )
C
A.电源的内阻较大 B.小灯泡的电阻偏大
C.线圈的电阻偏大 D.线圈的自感系数较大
[解析] 断开开关时，灯泡能否发生闪亮，取决于灯泡中的电
流有没有增大，与电源的内阻无关，A错误；若小灯泡的电
阻偏大，则稳定时流过灯泡的电流小于流过线圈的电流，断
开开关时，根据楞次定律可知，流过灯泡的电流从线圈原来
的电流逐渐减小，灯泡将发生闪亮现象，B错误；若线圈的
电阻偏大，则稳定时流过灯泡的电流大于流过线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律可知，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡不发生闪亮现象，C正确；若线圈的自感系数较大，则产生的自感电动势较大，但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小，D错误.
5.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，采取了双线绕法，如图所示，其道理是( )
C
A.当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消
B.当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流相互抵消
C.当电路中的电流变化时，两股导线中的磁通量相互抵消
D.当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消
[解析] 能否有感应电动势，关键在于穿过回路的磁通量是否变化，由于导线是双线绕法，则穿过回路的磁通量等于零，无论通过的电流变化与否，磁通量均为零，所以不存在感应电动势和感应电流.
6.(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，下列措施可行的是
( )
AB
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] 根据法拉第电磁感应定律知，增加线圈的匝数可使线圈中的磁场增强，提高交流电源的频率可使磁通量的变化率增大，这两种方法都能使感应电动势增大，故选项A、B正确.若将金属杯换为瓷杯，则没有闭合电路，也就没有感应电流;若取走线圈中的铁芯，则会使线圈中的磁场大大减弱，磁通量的变化率减小，感应电动势减小，故选项C、D错误.
7.如图所示为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框
中有一接收线圈.工作过程中某段时间通电线圈中存在(由左向右看)
顺时针方向均匀减小的电流，则( )
D
A.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针
B.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流增大
C.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针
D.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化
[解析] 左侧门框中某段时间通电线圈中存在(由左向右看)顺时针方向均匀减小的电流，无金属片通过时，右侧接收线圈中磁通量减小，根据楞次定律，右侧线圈中产生的感应电流方向为顺时针，大小恒定，选项A、B错误.有金属片通过时，金属片中产生涡流，使右侧接收线圈中的感应电流大小发生变化，方向仍为顺时针，故选项C错误，D正确.
8.(多选)健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质飞轮
的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人在健身时带动飞
轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍，拉动控制拉杆可以改
变磁铁与飞轮间的距离.下列说法正确的是( )
CD
A.飞轮受到的阻力大小与其材料的密度有关
B.飞轮受到的阻力大小与其材料的电阻率无关
C.飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越大
D.磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到的阻力越大
[解析] 因为飞轮在磁场中做切割磁感线运动，所以会
产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场
会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相
对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安
培力，而安培力大小与其材料的电阻率有关，与其密度
无关，故A、B错误；磁铁越靠近飞轮，飞轮所在处的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越大，故C正确；磁铁和飞轮间的距离一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮转速越大，则飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，故D正确.
9.如图所示，光滑绝缘水平面上有两个金属环，环1竖直放置，环2水平放置，
均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间
分割线向右运动时，下列说法正确的是( )
C
A.两环都向右运动 B.两环都向左运动
C.环1静止，环2向右运动 D.两环都静止
[解析] 条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零，无感应电流，仍静止；环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动，C正确.
10.如图所示，用一根长为 、质量不计的细杆与一
个上弧长为 、下弧长为 的金属线框的中点连接
并悬挂于 点，悬点正下方 处存在一个上弧长为
、下弧长为 的方向垂直于纸面向里的匀强磁
场，且 .现将线框拉起到如图所示位置，松手
后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦.下列说法正
确的是( )
A.金属线框进入磁场时，感应电流的方向为
B.金属线框离开磁场时，感应电流的方向为
C.金属线框 边进入磁场与 边离开磁场的速度大小总是相等的
D.金属线框最终将在有界磁场中做往复运动
[解析] 金属线框进入磁场时，由于电磁感应，产生感应电流，根据楞次定律可
判断，电流的方向为 ，故A错误.金属线框离开磁场时，由
于电磁感应，产生感应电流，根据楞次定律可判断，电流的方向为
，故B错误.根据能量守恒定律，线框每次经过磁场边界时
都会消耗机械能，故金属线框 边进入磁场与 边离开磁场的速度大小不相
等，如此往复摆动，最终金属线框在有界磁场内做往复运动，故C错误，D正
确.
√
11.电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被视为将带来交通工具大革命.多国科学家都致力于此项研究.据2015年央广新闻报 道，美国国家航空航天
局 在真空成功试验了电磁驱动引擎.如果得以应用，
该技术将在未来的星际旅行中派上大用场.在日常生活中，比如摩托车和汽车上
装有的磁性转速表就是利用了电磁驱动原理.如图所示是磁性转速表及其原理图.
关于磁性转速表的电磁驱动原理，下列说法正确的是( )
A.铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
B.永久磁体随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力而转动
C.铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反
D.由于铝盘和永久磁体被同转轴带动，所以两者转动是完全同步的
√
[解析] 当永久磁体随转轴转动时，产
生转动的磁场，在铝盘中会产生感应
电流，这时永久磁体的磁场会对铝盘
上的感应电流有力的作用，铝盘带动
指针转动，由于弹簧游丝反抗铝盘的转动，会使指针稳定指在某一刻度上，A错误，B正确；该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律可知，铝盘中感应电流的磁场总是阻碍永久磁体转动，要使穿过铝盘磁通量的变化减小，永久磁体转动方向应与铝盘转动方向相同，C错误；永久磁体固定在转轴上，铝盘国定在指针轴上，铝盘和永久磁体不是同转轴带动，所以两者转动不是同步的，D错误.
1.(通电自感和断电自感)图甲和乙是教材中演示自感现象的两个电路图，和为电感线圈.实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关，灯逐渐变亮，而另一个相同的灯
C
A.图甲中，与的电阻值相同
B.图甲中，闭合，电路稳定后，中电流大于中电流
C.图乙中，变阻器接入电路的阻值与的电阻值相同
D.图乙中，闭合瞬间，中电流与变阻器中电流相等
立即变亮，最终与的亮度相同.下列说法正确的是( )
[解析] 分析图甲，断开开关瞬间，突然闪亮，说明流经的电流瞬间增大，从而得到闭合,电路稳定时，中的电流小于中的电流，选项B错误.由并联电路特点可知，的电阻值大于的
电阻值，选项A错误.分析图乙，开关闭合后，灯逐渐变亮，立即变亮，说明闭合瞬间，与中的电流不相等，那么与中的电流也不相等，选项D错误.最终与亮度相同，说明流经与的电流相同，由欧姆定律可知，接入电路的阻值与的电阻值相等，选项C正确.
2.(自感电动势)[2024·厦门外国语学校月考] 关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是( )
B
A.电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大
B.电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大
C.通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零
D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大
[解析] 电感一定时，电流变化越快，越大，由知，自感电动势越大，A错误，B正确；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C错误；当通过线圈的电流最大时，电流的变化率可能为零，自感电动势可能为零，故D错误.
3.(涡流的应用)(多选)[2024·厦门六中月考] 电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高，是一种高效节能厨具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热
BC
A.电磁炉通电线圈加恒定电流，电流越大，则电磁炉加热效果越好
B.电磁炉原理是通电线圈加变化的电流后，在锅底产生涡流，进而发热工作
C.电磁炉通电线圈通入的电流变化越快，则电磁炉加热效果越好
D.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
厨具.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( )
[解析] 电磁炉通电线圈加恒定电流，会产生恒定磁场，穿过锅底的磁通量不会发生变化，不能产生涡流，所以没有加热效果，故A错误；电磁炉原理是通电线圈加变化的电流后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B正确；电流变化越快，则
穿过锅底的磁通量变化就越快，根据法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势就越大，涡流就越大，从而导致单位时间内产生的热量就越多，即电磁炉加热效果越好，故C正确；金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，不会产生涡流，不是因为导热性能较差，故D错误.
4.(电磁阻尼)(多选)[2024·河北石家庄期末] 神舟十二号乘组在与香港大中学生进行的天地连线中，聂海胜示范了太空踩单车.太空自行车是利用电磁力增加阻力的一种体育锻炼器材.某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图，其中圆形结构为金属圆盘，当航天员踩脚踏板时，金属圆盘随之旋转.下列设计中可行的方案有( )
CD
A.金属圆盘全部处于匀强磁场中
B.金属圆盘处于与其同心的环形匀强磁场中
C.金属圆盘的一半处于匀强磁场中
D.金属圆盘处于有矩形边界的匀强磁场中
[解析] 金属圆盘全部处于匀强磁场中或处于与其同心的环形匀强磁场中时，圆盘转动过程中不能形成电流回路，A、B错误；金属圆盘可看成由无数金属辐条组成，根据右手定则可知，圆盘转动过程中，靠近圆心处电势低，靠近边缘处电势高，在圆心和边缘之间有不充当“电源”的导体连接时就会有感应电流，同时会产生电磁阻力，C、D正确.
5.(电磁驱动)(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示，实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后.下列说法正确的是( )
AB
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动
[解析] 小磁针在圆盘所在处形成的磁场是非匀强磁场，圆盘可以等效为许多环形闭合线圈，圆盘转动过程中，穿过每个环形闭合线圈的磁通量不断地发生变化，在每一环形线圈上产生电动势和涡流，A正确；环形线圈随圆盘转动，由楞次定律可知，线圈会受到小磁针施加的阻碍相对运动的力，根据牛顿第三定律可知，小磁针会受到与线圈即圆
盘转动方向相同的力的作用，此力来源于电磁感应形成的涡电流，而不是自由电子随圆盘转动形成的电流，B正确,D错误；从圆盘的整个盘面上看，圆盘转动过程中穿过整个圆盘的磁通量不变，C错误.
