第 3 課時(shí)　互感　自感與渦流
基礎(chǔ)知識(shí)歸納
1.互感現(xiàn)象
一個(gè)線圈中的　電流變化　時(shí)，所引起的磁場(chǎng)的變化在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生　感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)　的現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象.這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做互感電動(dòng)勢(shì).
2.自感現(xiàn)象
由于　導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化　而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象.在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫做　自感電動(dòng)勢(shì)　.
3.自感電動(dòng)勢(shì)的大小和方向
對(duì)于同一線圈來(lái)說(shuō)，自感電動(dòng)勢(shì)的大小取決于本身電流變化的快慢，其方向總　阻礙導(dǎo)體中原來(lái)電流的變化　.公式：E自＝L
4.自感系數(shù)
也叫自感或電感，由線圈的大小、形狀、匝數(shù)及是否有鐵芯決定，線圈越長(zhǎng)、單位長(zhǎng)度的匝數(shù)越多、橫截面積越大，自感系數(shù)越大，若線圈中加有鐵芯，自感系數(shù)會(huì)更大.單位：亨利(H).
5.渦流
(1)定義：當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生　感應(yīng)電流　，電流在導(dǎo)體內(nèi)形成閉合回路，很像水的旋渦，把它叫做渦電流，簡(jiǎn)稱渦流.
(2)特點(diǎn)：整塊金屬的電阻很小，渦流往往很大.
6.電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)
(1)電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為　電磁阻尼　.
(2)電磁驅(qū)動(dòng)：磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，這種作用稱為　電磁驅(qū)動(dòng)　.
重點(diǎn)難點(diǎn)突破
一、自感現(xiàn)象與互感現(xiàn)象的區(qū)別與聯(lián)系
1.區(qū)別：(1)互感現(xiàn)象發(fā)生在靠近的兩個(gè)線圈間，而自感現(xiàn)象發(fā)生在一個(gè)線圈導(dǎo)體內(nèi)部；(2)通過(guò)互感可以使能量在線圈間傳遞，而自感現(xiàn)象中，能量只能在一個(gè)線圈中儲(chǔ)存或釋放.
2.聯(lián)系：兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象.
二、通電自感和斷電自感的比較
通電自感斷電自感
電路圖
器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)
現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2立即亮起來(lái)，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)S斷開時(shí)，A燈漸漸熄滅
原
因由于開關(guān)閉合時(shí)，流過(guò)電感線圈的電流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙了電流的增大，使流過(guò)A1燈的電流比流過(guò)A2燈的電流增加得慢斷開開關(guān)S時(shí)，流過(guò)線圈L的電流減小，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間，在S斷開后，通過(guò)L的電流反向通過(guò)燈A，A燈不會(huì)立即熄滅，若RL＜RA，原來(lái)的IL＞IA，則A燈熄前要閃亮一下，若RL≥RA，原來(lái)的電流IL≤IA，則A燈逐漸熄滅，不再閃亮一下
能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能
三、斷電實(shí)驗(yàn)中，線圈中的電流有可能比原來(lái)的大嗎
不可能.因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象中，自感電動(dòng)勢(shì)也只能阻礙線圈中電流減小，而不能“阻止”，只是減慢了電流減小的速度，但最終結(jié)果還是要減小，所以斷電實(shí)驗(yàn)中，線圈中的電流不可能比原來(lái)的大.
四、渦流的產(chǎn)生機(jī)理
處在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體，只要磁場(chǎng)變化就會(huì)引起導(dǎo)體中的磁通量的變化，導(dǎo)體中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這一電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)體內(nèi)部構(gòu)成回路，導(dǎo)體內(nèi)就有感應(yīng)電流.因?yàn)檫@種電流像水中的旋渦，所以稱為渦流.在大塊的金屬內(nèi)部，由于金屬塊的電阻很小，所以渦電流很大，能夠產(chǎn)生很大的熱量.嚴(yán)格地說(shuō)，在變化的磁場(chǎng)中的一切導(dǎo)體內(nèi)都有渦流產(chǎn)生，只是渦電流的大小有區(qū)別，所以一些微弱的渦電流就被我們忽視了.
五、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)
電磁阻尼是導(dǎo)體與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到的安培力總是阻礙它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，利用安培力阻礙導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就是電磁阻尼.磁電式儀表的指針能夠很快停下，就是利用了電磁阻尼.“磁懸浮列車?yán)�用渦流減速”其實(shí)也是一種電磁阻尼.
電磁驅(qū)動(dòng)是導(dǎo)體與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到的安培力總是阻礙它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該知道安培力阻礙磁場(chǎng)與導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式是多種多樣的.當(dāng)磁場(chǎng)以某種方式運(yùn)動(dòng)時(shí)(例如磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng))，導(dǎo)體中的安培力阻礙導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使導(dǎo)體跟著磁場(chǎng)動(dòng)起來(lái)(跟著轉(zhuǎn)動(dòng))，這就是電磁驅(qū)動(dòng).
典例精析
1.互感現(xiàn)象
【例1】如圖所示，兩圓環(huán)A、B置于同一水平面上，其中A為均勻帶電絕緣環(huán)，B為導(dǎo)體環(huán).當(dāng)A以如圖所示方向繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度發(fā)生變化時(shí)，B中產(chǎn)生如圖所示的方向的感應(yīng)電流，則(　　)
A.A可能帶正電且轉(zhuǎn)速減小 B.A可能帶正電且轉(zhuǎn)速增大
C.A可能帶負(fù)電且轉(zhuǎn)速減小 D.A可能帶負(fù)電且轉(zhuǎn)速增大
【解析】本題考查楞次定律，解題關(guān)鍵是考慮到產(chǎn)生B中感應(yīng)電流的原因有兩種可能情形，即穿過(guò)B環(huán)的磁通量向外減少，或者穿過(guò)B環(huán)的磁通量向里增加.由題目所給的條件可以判斷，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外，根據(jù)楞次定律，原磁場(chǎng)的方向與感應(yīng)電流的磁場(chǎng)相同時(shí)，磁通量是減少的，環(huán)A應(yīng)該做減速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾娏�，�?yīng)該帶負(fù)電，故選項(xiàng)C是正確的，同理可得B是正確的.
【答案】BC
【思維提升】根據(jù)電流強(qiáng)度的定義，轉(zhuǎn)速變化必將引起A的等效電流變化，從而使B中磁通量發(fā)生改變而產(chǎn)生感應(yīng)電流，再結(jié)合楞次定律可判斷.
2.自感現(xiàn)象
【例2】如圖所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡正常發(fā)光，當(dāng)斷開開關(guān)S的瞬間會(huì)有(　　)
A.燈A立即熄滅 B.燈A慢慢熄滅
C.燈A突然閃亮一下再慢慢熄滅 D.燈A突然閃亮一下再突然熄滅
【解析】本題中，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，由于通過(guò)自感線圈的電流從有變到零，線圈將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，但由于線圈L與燈A在S斷開后不能形成閉合回路，故在開關(guān)斷開后通過(guò)燈A的電流為零，燈立即熄滅.
【答案】A
【思維提升】有自感電動(dòng)勢(shì)并不一定有電流，因?yàn)楸仨氁�閉合回路才能使電流形成通路.
【拓展1】如圖所示是測(cè)定自感系數(shù)很大的線圈L直流電阻的電路，L兩端并聯(lián)一個(gè)電壓表，用來(lái)測(cè)自感線圈的直流電壓，在測(cè)量完畢后，將電路拆開時(shí)應(yīng)先( B )
A.斷開S1 B.斷開S2
C.拆除電流表 D.拆除電阻R
【解析】若先斷開S1，會(huì)在電壓表兩端產(chǎn)生一較大自感電動(dòng)勢(shì)，有可能燒毀電壓表，先拆除電流表及電阻R會(huì)發(fā)生同樣的情況，故應(yīng)選B.
3.渦流現(xiàn)象
【例3】著名物理學(xué)家弗曼曾設(shè)計(jì)過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如圖所示.在一塊絕緣板上中部安一個(gè)線圈，并接有電源，板的四周有許多帶負(fù)電的小球，整個(gè)裝置支撐起來(lái).忽略各處的摩擦，當(dāng)電源接通的瞬間下列關(guān)于圓盤的說(shuō)法中，正確的是(　　)
A.圓盤將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
B.圓盤將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
C.圓盤不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)
D.無(wú)法確定圓盤是否會(huì)動(dòng)
【解析】瞬間增強(qiáng)的磁場(chǎng)會(huì)在周圍產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針的旋渦電場(chǎng)，負(fù)電荷受到逆時(shí)針?lè)较虻碾妶?chǎng)力，帶動(dòng)圓盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而負(fù)電荷的這種定向運(yùn)動(dòng)則形成了順時(shí)針的環(huán)形電流，故選項(xiàng)A正確.
【答案】A
【思維提升】渦流現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種特殊情況，實(shí)際上是產(chǎn)生了一個(gè)旋渦電場(chǎng)，使導(dǎo)體中的自由電荷受電場(chǎng)力發(fā)生了定向移動(dòng).
【拓展2】如圖所示是利用高頻交流電焊接自行車零件的原理示意圖，其中外圈A是通高頻交變電流的線圈，B是自行車零件，a是待焊接口，焊接時(shí)接口兩端接觸在一起.當(dāng)A中通有交變電流時(shí)，B中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得接口處金屬熔化焊接起來(lái).
(1)試分析說(shuō)明，焊接的快慢與交變電流的頻率有什么關(guān)系.
(2)試分析說(shuō)明，為什么焊接過(guò)程中，接口a處被熔化而零件的其他部分并不很熱？
【解析】(1)A中交變電流的頻率越高，B中磁通量的變化率越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，感應(yīng)電流I越大，所以電流熱功率P＝I2R也越大，焊接得越快.
(2)B中各處電流大小相等，但接口a處電阻大，電流熱功率大，而其他部分電阻小，電流熱功率小，所以接口a處已被熔化而零件的其他部分并不很熱.
易錯(cuò)門診
4.電磁阻尼
【例4】如圖所示，一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)線掛于O點(diǎn)，將圓環(huán)拉離平衡位置并釋放，圓環(huán)擺動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)有界的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，A、B為該磁場(chǎng)的豎直邊界.若不計(jì)空氣阻力，則(　　)
A.圓環(huán)向右穿過(guò)磁場(chǎng)后，還能擺至原來(lái)的高度
B.在進(jìn)入和離開磁場(chǎng)時(shí)，圓環(huán)中均有感應(yīng)電流
C.圓環(huán)進(jìn)入磁場(chǎng)后離平衡位置越近速度越大，感應(yīng)電流也越大
D.圓環(huán)最終將靜止在平衡位置
【錯(cuò)解】BD.如圖所示，當(dāng)圓環(huán)從1位置開始下落，進(jìn)入和擺出磁場(chǎng)和擺出磁場(chǎng)時(shí)(即2位置和3位置)，由于有磁通量變化，圓環(huán)上產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)B正確；由于金屬圓環(huán)自身存在內(nèi)阻，所以必然有熱量產(chǎn)生(即有能量損失).因此，圓環(huán)不會(huì)再擺到4位置，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)圓環(huán)進(jìn)入磁場(chǎng)后，穿過(guò)環(huán)內(nèi)的磁通量不再發(fā)生變化，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于每次通過(guò)磁場(chǎng)都有能量損失，所以圓環(huán)最終將靜止在平衡位置，D選項(xiàng)正確.
【錯(cuò)因】物體有慣性，人的思維也有慣性.這位同學(xué)忘記了分析當(dāng)圓環(huán)僅在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，穿過(guò)圓環(huán)內(nèi)的磁通量的變化情況，導(dǎo)致選擇錯(cuò)誤.可見，在分析物理問(wèn)題時(shí)，要嚴(yán)格按照物理規(guī)律成立的條件進(jìn)行.
【正解】如題圖所示，當(dāng)圓環(huán)從1位置開始下落，進(jìn)入和擺出磁場(chǎng)時(shí)(即2和3位置)，由于圓環(huán)內(nèi)磁通量發(fā)生變化，所以有感應(yīng)電流產(chǎn)生.同時(shí)，金屬圓環(huán)本身有內(nèi)阻，必然有能量的轉(zhuǎn)化，即有能量的損失.因此圓環(huán)不會(huì)擺到4位置.隨著圓環(huán)進(jìn)出磁場(chǎng)，其能量逐漸減少，圓環(huán)擺動(dòng)的振幅越來(lái)越小.當(dāng)圓環(huán)只在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中擺動(dòng)時(shí)，圓環(huán)內(nèi)無(wú)磁通量的變化，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，無(wú)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化.題意中不存在空氣阻力，擺線的拉力垂直于圓環(huán)的速度方向，拉力對(duì)圓環(huán)不做功，所以系統(tǒng)的能量守恒，所以圓環(huán)最終將在A、B間來(lái)回?cái)[動(dòng).
【答案】B


本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaosan/63682.html

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