2013届桃州中学高三物理导学案
第四章 电磁感应
【课 题】§4.3 自感 涡流
【学习目标】
了解自感现象、理解自感电动势的概念．
【知识要点】
1．自感现象
(1)概念：由于导体本身的 变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做 ．
(2)表达式：E＝ .
(3)自感系数L
①相关因素：与线圈的 、形状、 以及是否有 有关．
（4）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，R＝RL，L较大
L很大(有铁芯)，RL?RA
现象
在S闭合瞬间，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(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到灯A马上熄灭)
原因
由于开关闭合时，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，使流过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，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的电流反向通过电灯A，且由于RL?RA，使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使A灯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
2.涡流
(1)定义：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 ，电流在导体内 回路．很像水的旋涡，因此把它叫做涡电流，简称涡流．
(2)涡流的应用： 、 、 等．
(3)涡流的防止：为减小涡流，电动机、变压器铁芯是用 叠成的，而不采用整块硅钢铁芯．
【典型例题】
一、自感现象
【例题1】在右图所示的电路中，带铁芯的、电阻较小的线圈L与灯A并联，合上电键S，灯A正常发光，则下列说法正确的是( )
A．当断开S时，灯A立即熄灭
B．当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭
C．若用电阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯A立即熄灭
D．若用电阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭
【变式训练1】如下图(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，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
二、自感现象的图像问题
【例题2】(2010·江苏高考)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t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是( )
【例题3】．(2011·北京·19)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
【变式训练1】如图8所示的电路，开关原先闭合，电路处于稳定状态，在某一时刻突然断开开关S，则通过电阻R1中的电流I1随时间变化的图线可能是下图中的( )
二、涡流
【例题3】如右图所示，一闭合金属球用绝缘细线挂于O点，将金属球拉离平衡位置并释放，金属球摆动过程中经过一匀强磁场区域，该区域的宽度比金属球的直径大，不计空气阻力，则下述说法中正确的是( )
A．金属球向右穿过磁场后，还能摆至原高度
B．在进入和离开磁场时，金属球中均有涡流产生
C．金属球进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大
D．金属球最终将静止在平衡位置
【能力训练】
1（2012海淀区期末）. 如图5所示的甲、乙两个电路，电感线圈的自感系数足够大，且直流电阻不可忽略，闭合开关S，待电路达到稳定后，灯泡均能发光。现将开关S断开，这两个电路中灯泡亮度的变化情况可能是 （ ）
A．甲电路中灯泡将渐渐变暗
B．甲电路中灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．乙电路中灯泡将渐渐变暗
D．乙电路中灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗
2(2012苏锡常镇一模). 如图所示电路中，L为电感线圈，C为电容器，当开关S由断开变为闭合时
A．A灯中无电流通过，不可能变亮
B．A灯中有电流通过，方向由a到b
C．B灯逐渐熄灭，c点电势高于d点电势
D．B灯逐渐熄灭，c点电势低于d点电势
3（2012届苏州高三1月调研测试）..在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感系数较大而电阻不能忽略的线圈，E为电源，S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的下列说法正确的是（ ）
（A）合上开关，a先亮，b后亮；稳定后a、b一样亮
（B）合上开关，b先亮，a后亮；稳定后b比a更亮一些
（C）断开开关，a逐渐熄灭、b先变得更亮后再与a同时熄灭
（D）断开开关，b逐渐熄灭、a先变得更亮后再与b同时熄灭
4(2012淮阴中学.3月调研)．如图所示电路中，L为电感线圈，C为电容器，A、B是两个相同的灯泡。开关S断开且电路处于稳定状态时，B灯正常发光。现将开关S由断开变为闭合时，下列说法正确的是（ ）
A．A灯有电流通过，方向由到
B．A灯中无电流通过，不可能变亮
C．B灯立即熄灭，c点电势低于d点电势
D．B灯逐渐熄灭，c点电势低于d点电势
5.（2012泰州中学第二学期学情检测）. 如图所示电路中，电源电动势为E，线圈L的电阻不计。以下判断正确的是
A．闭合S瞬间，R1、R2中电流强度大小相等
B．闭合S，稳定后，R1中电流强度为零
C．断开S的瞬间，R1、R2中电流立即变为零
D．断开S的瞬间，R1中电流方向向右，R2中电流方向向左
6.（2012苏北四市二模）．如图所示，E、r为电源的电动势、内阻，R1、R2为定值电阻，线圈L的直流电阻不计，C为电容器。下列说法中正确的是
A．合上开关S的瞬间，R1中无电流
B．合上开关S稳定后，R2中无电流
C．合上开关S稳定后，断开S的瞬间，R1中电流方向向右
D．合上开关S稳定后，断开S的瞬间，R2中电流方向向右
7.(2012徐州高三一模)．（自感）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，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，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D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2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
例题答案：
1. [答案] BC
[解析] 当S断开时，线圈L产生自感电动势，和A形成回路，又线圈L电阻较小，故A突然闪亮后熄灭．若用电阻代替线圈L，则无自感现象，断开S时，灯A立即熄灭．选项B、C正确．
变式1. 答案：AD
解析：在(a)电路中，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．
(b)电路中电阻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，灯A中电流突然变大，灯A变得更亮，然后渐渐变暗．故A、D正确．
2. 答案：B
解析：闭合开关S后，灯泡D直接发光，电感L的电流逐渐增大，电路中的总电流也将逐渐增大，电源内电压增大，则路端电压UAB逐渐减小；断开开关S后，灯泡D中原来的电流突然消失，电感L中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小，所以灯泡D中电流将反向，并逐渐减小为零，即UAB反向逐渐减小为零，所以选项B正确．
3. 答案C
解析：开关断开时延时熄灭现象的显著程度取决于电路闭合时线圈L中的电流I1和灯泡A中电流I2的大小关系．当I1比I2大时，开关断开时，灯泡会先亮一下，再熄灭．I1比I2大得越多，灯泡的延时熄灭现象越显著．电路闭合时线圈L和灯泡A并联，由并联电路特点可知，线圈电阻偏大时，I1就偏小，延时现象就不明显，选项B错误，C正确；电源内阻的大小对电流I1和I2的大小关系没有影响，选项A错误；线圈的自感系数大，产生的自感电动势也大，阻碍作用就越强，灯泡熄灭的时间应越长，故选项D错误．
变式2 [答案] D
[解析] 开关S原先闭合时，电路处于稳定状态，流过R1的电流方向向左，大小为I1，与R1并联的R2和线圈L支路，电流I2的方向也向左，当某一时刻开关S突然断开时，L中向左的电流I2要减小，因自感现象，线圈L产生自感电动势，在回路“L→R1→A→R2”中形成感应电流，电流通过R1的方向与原来反向，变为向右，并从I2开始逐渐减小到零，故D选项正确．
4. 答案：B
反馈训练
能力训练答案
1. 答案：AD
2.答案：ACD
3. 答案：D
4.答案:B
5. 答案：BD
6.答案：D
7. 答案：C
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