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1、互感和自感、涡流编稿：张金虎 审稿：李勇康【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
2、发生于任何相互靠近的电路之间。（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S后调节R，使A气亮度相同，然后断开开关。再次闭合S，1灯泡气立刻发光，而跟线圈L串联的灯泡A却是逐渐亮起来的。甲 乙如图乙所示电路中，选择适当的灯泡A和线圈L，使灯泡A的电阻大于线圈L的直流 电阻。断开S时，灯A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S的瞬间，通过线圈L的电流发生变化而引起穿过 线圈L的磁通量发生变化，线圈L中产生
3、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A1的电流只能逐渐增大，所以A1只能逐渐变亮。图乙实验叫断电自感。断开S的瞬间，通过线圈L的电流减弱，穿过线圈的磁通量很 快减小，线圈L中出现感应电动势。虽然电源断开，但由于线圈L中有感应电动势，且和A 组成闭合电路，使线圈中的电流反向流过灯A，并逐渐减弱。由于L的直流电阻小于灯A的 电阻，其原电流大于通过灯A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
4、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：E凸=L御，大小由电流变化的快慢和自感系数L决定。自At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L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1s内改变1A时产生
5、的自感电动势的大小。(3) 单位：亨利(符号H )，1 亨=103毫亨=106微亨(1H = 103mH = 106 HH )。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、LC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，
6、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R对电流有阻碍作用，电感L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，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R决定于导体长度、横截面积、材料电阻率；电感L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
7、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. 两种阻碍作用产生的效果不同在通电线圈中，电流稳定值为E/R乙，由此可知，线圈的稳态电阻决定了电流的稳定 值。L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
8、中，当开关s断开后，灯泡A是否会闪亮一下？闪亮一下的条件是什么？L设开关闭合时，电源路端电压为u，线圈的电阻为R，灯泡的电阻为Ra，则通过线一， UU ,一, 圈的电流为II =,通过灯泡的电流为IA =。当开关断开后，线圈和灯泡组成的回路LA中的电流从I开始减弱。L若RaRl 有，在断开开关的瞬间，通过灯泡的电流会瞬间增大，灯泡会闪亮AL一下。若Ra Rl 有1 2/-，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，s闭合
9、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I 较大。在s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
10、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
11、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
12、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（）x xA. 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【解析】这是一道涉及互感现象的问题，当MN棒中有感应电流，受安培力的作用而 向右运动时，由左手定则可判断出MN中电流的方向是由M流至N，此电流在L中产生 的磁场的方向是向上的。若PQ棒向右运动，由右手定则及安培定则可知L2产生的磁场的方向也是向上的。由 于L产生的磁场方向
13、与L产生的磁场方向相同，可知L产生的磁场的磁通量是减少的，故PQ棒做的是向右的匀减速运动。C选项是可能的。若PQ棒向左运动，则它产生的感应电流在L中产生的磁场是向下的，与L产生的磁场方向是相反的，由楞次定律可知如中的磁场是增强的，故PQ棒做的是向左的匀加速运动。B选项是可能的。【总结升华】该题综合应用了左手定则、右手定则、安培定则和楞次定律。用手判别方 向时务必分清使用左右手。举一反三【高清课堂：法拉第电磁感应定律 例10】【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；C .振幅不断增大;B 做阻
14、尼振动;D .无法判定.【答案】B类型二、断电自感现象例2. （2014顺德区期末）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&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】闭合开关S，电路稳定灯泡正常发光时，如果电感线圈L中的电阻比灯泡的电 阻大，则电感线圈L中的电流IL比
15、灯泡A中的电流匕小，当开关S断开，则由于自感现象， L和A构成回路使L和A中的电流从IL开始减小，因此不可能看到小灯泡闪亮的现象，C 项正确。【总结升华】自感现象是特殊的电磁感应现象，根据楞次定律分析要使实验现象明显的 条件：线圈的电阻应小于灯泡的电阻。举一反三【高清课堂：法拉第电磁感应定律 例4】【变式】图为一演示实验电路图，图中L是一带铁心的线圈，A是一灯泡，电键K处 于闭合状态，电路是接通的.现将电键K打开，则在电路切断的瞬间，通过灯泡A的电流 方向是从 端到 端.这个实验是用来演示现象的.AHl【答案】a，力，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，R的阻值和乙的自感系数都很大，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（）IIT sA. A比B先亮，然后A灭B. B比A先亮，然后B逐渐变暗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】本题考查通电自感现象的分析，关键是要知道纯电感线圈在电路稳定前后的
