（江苏专版）2019年高考物理总复习 第41讲 自感涡流讲义.doc

1第第 4141 讲讲 自感自感 涡流涡流考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求自感 涡流14 年T7选择，考查自 感现象和涡流的影 响因素分析综合弱项清单1.不清楚涡电流产 生的原理及影响涡 电流的因素；2.对电磁阻尼不够 重视，物理名词使 用不规范，如混淆 “阻尼” 、 “阻碍” 、 “阻力”等.知识整合一、自感现象1自感现象：由于导体本身的_变化而产生的电磁感应现象称为自感 2自感电动势 (1)定义：在_中产生的感应电动势 (2)表达式：_ (3)自感系数 L 相关因素：与线圈的_、形状、_以及是否有铁芯有关 单位：亨利(H)，1 mH_H，1 H_H. 二、涡流现象 当穿过导体的磁场发生变化时，在整块导体_发生_而产生漩涡状 _的现象 方法技巧考点 1 自感现象的分析 1自感现象的三大特点(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 2自感现象“阻碍”作用的理解 (1)流过线圈的电流增加时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相反，阻碍电流的增 加，使其缓慢地增加 (2)流过线圈的电流减小时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相同，阻碍电流的减 小，使其缓慢地减小2【典型例题 1】 (多选)如图所示的电路中，电源电动势为 E，内阻 r 不能忽略R1和 R2是两个定值电阻，L 是一个自感系数较大的线圈开关S原来是断开的从闭合开关S到 电路中电流达到稳定为止的时间内，通过 R1的电流 I1和通过 R2的电流 I2的变化情况是( )AI1开始较大而后逐渐变小BI1开始很小而后逐渐变大CI2开始很小而后逐渐变大DI2开始较大而后逐渐变小 考点 2 通电自感和断电自感的比较通电自感断电自感电路图器材要求A1、A2同规格，RRL，L 较大L 很大(有铁芯)，RLRA现象在开关S闭合的瞬间，A2灯立即 亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一 样亮在开关S断开时，灯A突然闪亮 一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯 重做实验，断开开关S时，会看 到灯A几乎马上熄灭)原因开关闭合时，流过电感线圈的电 流迅速增大，使线圈产生自感电 动势，阻碍了电流的增大，所以 流过A1灯的电流比流过A2灯的 电流增加得慢断开开关S时，流过线圈 L 的电 流减小，使线圈产生自感电动势， 阻碍了电流的减小，使电流继续 存在一段时间；在S断开后，通 过 L 的电流反向通过灯A，且由 于 RL<<RA，使得流过A灯的电流 在开关断开的瞬间突然增大，从 而使A的发光功率突然变大能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能【典型例题 2】 (多选)(16 年南通、泰州、扬州、淮安二模)如图所示电路中， A、B 为两个相同灯泡，L 为自感系数较大、电阻可忽略不计的电感线圈，C 为电容较大的电 容器下列说法中正确的有( )3A接通开关S，A 立即变亮，最后 A、B 一样亮B接通开关S，B 逐渐变亮，最后 A、B 一样亮C断开开关S，A、B 都立刻熄灭D断开开关S，A 立刻熄灭，B 逐渐熄灭1.(16 年苏北四市三模)(多选)如图所示的电路中，电感 L 的自感系数很 大，电阻可忽略，D 为理想二极管，则下列说法中正确的有( )A当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮B当S闭合时，L1一直不亮，L2逐渐变亮C当S断开时，L2立即熄灭D当S断开时，L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 考点 3 涡流现象及电磁阻尼 1涡流现象的产生原因 一块导体放在变化着的磁场中或相对于磁场运动时，由于导体内部都可构成闭合回路， 穿过回路的磁通发生变化，因此在导体中也会产生感应电流，这些电流在导体内自行闭合成 漩涡状，故称涡电流，简称涡流 2涡流现象的应用：电磁炉、感应加热、涡流探测 3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 总是阻碍导体运动的这种现象4【典型例题 3】 (14 年江苏高考)(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2.(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 一定频率的正弦交变电流，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变电流频率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 【典型例题 4】 (17 年南通模拟)如图所示，圆筒形铝管竖直置于水平桌面上，一磁块5从铝管的正上方由静止开始下落，穿过铝管落到水平桌面上，下落过程中磁块不与管壁接 触忽略空气阻力，则在下落过程中( )A磁块做自由落体运动B磁块的机械能守恒C铝管对桌面的压力大于铝管的重力D磁块动能的增加量大于重力势能的减少量3.如图所示，在 O 点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在 A 点由静 止释放向右摆至最高点 B.不考虑空气阻力，则下列说法正确的是( )AA、B 两点在同一水平线BA 点高于 B 点CA 点低于 B 点D铜环将做等幅摆动6当堂检测 1.(多选)图a是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究 自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为 R，L是一个自感系数足够大的自感线圈， 其直流电阻值也为 R.图b是某同学画出的在 t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随 时间变化的图象关于这些图象，下列说法中正确的是( )图a甲 乙 丙 丁 图b 第 1 题图A图b中甲是开关S由断开变为闭合，通过传感器 1 的电流随时间变化的情况B图b中乙是开关S由断开变为闭合，通过传感器 1 的电流随时间变化的情况C图b中丙是开关S由闭合变为断开，通过传感器 2 的电流随时间变化的情况D图b中丁是开关S由闭合变为断开，通过传感器 2 的电流随时间变化的情况 2(16 年苏锡常镇二模)(多选)如图所示，两个相同灯泡L1、L2，分别与电阻 R 和自感 线圈 L 串联，接到内阻不可忽略的电源的两端，当闭合开关S到电路稳定后，两灯泡均正常 发光已知自感线圈的自感系数很大，则下列说法中正确的是( )A闭合开关S到电路稳定前，灯泡L1逐渐变亮B闭合开关S到电路稳定前，灯泡L2由亮变暗C断开开关S的一段时间内，A 点电势比 B 点电势高D断开开关S的一段时间内，灯泡L2亮一下逐渐熄灭第 2 题图第 3 题图3如图所示，电源电动势为 E，其内阻不可忽略，L1、L2是完全相同的灯泡，线圈 L 的直流电阻不计，电容器的电容为 C，合上开关S，电路稳定后( )7A电容器的带电量为 CEB灯泡L1、L2的亮度相同C在断开S的瞬间，通过灯泡L1的电流方向向右D在断开S的瞬间，灯泡L2立即熄灭 4(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( )第 4 题图A圆盘上产生了感应电动势B圆盘内的涡电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 5电磁炉热效率高达 90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可 靠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( )第 5 题图A当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好B电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因这些材料的导热性能较差D在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用89第 41 讲 自感 涡流 知识整合 基础自测一、1.电流 2.(1)自感现象 (2)EL (3)长度 匝数 103 106I t二、内部 电磁感应 感应电流 方法技巧 ·典型例题 1·AC 【解析】 开关闭合时，流过自感线圈L的电流迅速增大，使线 圈产生较大的自感电动势，阻碍电流的增大，故开关 S 闭合瞬间，通过R1的电流I1较大， 通过R2的电流I2很小；当稳定后L相当于导体，通过R1的电流I1变小，通过R2的电流I2 变大，故 AC 正确 BD 错误故选 AC. ·典型例题 2·ABD 【解析】 刚接通开关 S 时，电容器被充电，A灯有电流通过， 立即变亮，电感线圈产生较大的自感电动势，阻碍电流通过，B逐渐变亮，电路稳定时， 电容器相当于断路，电感线圈相当于导线，A、B串联，亮度一样，A、B 选项正确；当断开 开关 S 时，电容器放电，电感线圈中的电流大小与方向均不会突变，B逐渐熄灭，A不在回 路中，立即熄灭，C 项错误，D 项正确 ·变式训练 1·BD 【解析】 当 S 闭合时，二极管具有单向导电性，此时为反向电 流，所以 L1一直不亮，自感线圈 L 阻碍电流的增大，阻碍不等于阻止，所以 L2逐渐变亮， A 项错误，B 项正确；当 S 断开时，自感线圈L中的电流大小及方向不能突变，此时对二极 管而言为正向电流，L1突然变亮，然后 L1、L2逐渐变暗至熄灭，C 项错误，D 项正确 ·典型例题 3· AB 【解析】 此电路为电磁炉模型的简化，当线圈通交流电时，金 属杯底可以看作金属环拼接而成，内部会产生感应电流增加线圈的匝数，磁场增强，感 应电流变大，加热功率变大，水沸腾的更快，A 项正确提高电流的频率，可以提高磁场 的变化率，同样可使感应电流变大，B 项正确；换成瓷杯，不能发生电磁感应现象，不能 加热水，C 项错误；取走铁芯，磁场变弱，电磁感应现象变弱，D 项错误 ·变式训练 2·ABC 【解析】 根据楞次定律得出涡流的磁场总是要阻碍穿过工件的 磁通量的变化，A 项正确；元件中涡流的频率等于通过线圈的交变电流的频率，B 项正确； 根据“阻碍”两字判断两者之间存在周期性变化的作用力，C 项正确；涡流效应只在待测 元件是金属时才会产生，D 项错误 ·典型例题 4·C 【解析】 磁块下落过程，穿过铝管侧壁的磁通量发生变化，铝管 中将产生涡电流，涡电流的磁场将阻碍磁块与铝管的相对运动，使得磁块受到向上的阻力， 铝管则受到向下的作用力，此过程磁块将部分重力势能转化为电能，综上分析，答案选 C. ·变式训练 3·B 【解析】 铜环摆动过程中，每当进出磁场时，穿过铜环的磁通量 发生变化，铜环中会产生感应电流，感应电流使铜环受安培力，阻碍其相对磁场的运动， 故铜环在电磁阻尼作用下将做振幅逐渐减小的摆动，最终在磁场中做等幅摆动，答案选 B. 当堂检测 1BC 【解析】 开关 S 由断开变为闭合，由于L的自感作用，通过传感器 1 的电流 一开始有一个固定的电流值，当稳定以后，自感消失，电流增大达到最大后，保持不变， 故 A 错误，B 正确；开关 S 由闭合变为断开，传感器 1 的电流立即为零，由于L的自感作 用(相当于电源)，传感器 2 的电流与原来反向且逐渐减小为零，故 C 正确 D 错误；故选 BC. 2AB 【解析】 闭合开关到电路稳定前，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流的增 大，灯泡 L1所在的支路电流从零开始不断增大，则灯泡 L1逐渐变亮，A 项正确；刚闭合开 关时，灯泡 L1所在的支路电流为零，灯泡 L2所在的支路电流此时最大，到电路稳定前自感 线圈L阻碍电流通过的本领逐渐减小，外电阻总阻值逐渐减小，干路电流逐渐增大，内电压逐渐增大，外电压逐渐减小，灯泡 L2的亮度逐渐变暗，B 项正确；两灯泡相同，且断开 开关 S 前，两灯泡均正常发光，则有ILI1I2，断开开关 S 后，自感线圈L中的电流大 小及方向不能突变，则I2IL，灯泡L2的亮度在断开开关 S 的瞬间亮度不变，流过灯泡 L2的电流方向向左，则B点的电势高于A点的电势，C 项错误；随着自感线圈L中的电流 逐渐变小，灯泡 L2逐渐变暗至熄灭，D 项错误 3C 【解析】 当电路稳定后，电容器与灯泡并联，其电压低于电源电动势E，因 此电容器的电量小于CE，故 A 错误；由于线圈的直流电阻为零，当电路稳定后，则灯泡 L1 被短路，故 B 错误；当断开 S 的瞬间，线圈中电流要减小，则出现自感电动势，通过灯泡 L1的电流方向向右，故 C 正确；断开 S 的瞬间，电容器也要放电，则灯泡 L2慢慢熄灭，故 D 错误答案选 C. 4AB 【解析】 当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感 应电动势，选项 A 正确；如图所示，铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿 过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍 其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，选项 B 正确； 在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项 C 错误；圆盘中的 自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏 转，选项 D 错误第 4 题图 5B 【解析】 电磁炉就是采用涡流感应加热原理；其内部通过电子线路板组成部分产 生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具底部金属部分将产生涡流，利用涡流 的热效应来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的故 A 错误 B 正确；电磁炉工作时需要 在锅底产生感应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于金属导体，不能产生感应电流，C 错误； 由于线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到 加热作用D 错误