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第3节　自感现象与涡流
(分值:100分)
选择题1~10题,每小题8分,共80分。
对点题组练
题组一　自感现象与自感电动势
1.关于自感现象、自感系数、自感电动势,下列说法正确的是 (　　)
　　　　　　　　　 　　　　
当线圈中通以恒定电流时,线圈中没有自感现象,线圈自感系数为零
线圈中电流变化越快,线圈的自感系数越大
自感电动势与原电流方向相反
对于确定的线圈,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
2.如图所示,电路中电源的内阻不能忽略,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(线圈L的自感系数很大,直流电阻较小) (　　)
A比B先亮,然后A逐渐熄灭
B比A先亮,然后B逐渐变暗
A、B一起亮,然后A逐渐熄灭
A、B一起亮,然后B逐渐熄灭
3.(多选)(2024·山东济南市期末)图甲和图乙是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 (　　)
图甲中,A1与L1的阻值不相同
图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流
图乙中,变阻器R与L2的阻值相同
图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等
4.传感器与计算机相结合能在屏幕上显示电流随时间变化的图像,如图所示的电路中,L为电感线圈, 为电流传感器,在开关闭合后电路中电流随时间变化的图像正确的是 (　　)
A B
C D
5.如图所示电路中,开关S原先闭合,电路处于稳定状态时,通过两电阻的电流大小分别为I1、I2,已知R1>R2,不计线圈L的直流电阻, 为理想电流表。在某一时刻突然断开开关S,则通过电流表的电流I随时间t变化的图线可能是 (　　)
A B
C D
题组二　涡流及其应用
6.(多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图,下列说法正确的是 (　　)
探测器内的探测线圈会产生交变磁场
只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
7.1824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。下列说法不正确的是 (　　)
圆盘上产生了感应电动势
圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变
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
综合提升练
8.如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感线圈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时刻断开开关S。下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像,正确的是 (　　)
A B
C D
9.如图电路中,电源电动势为E(内阻不可忽略),线圈L的直流电阻不计。以下判断正确的是 (　　)
闭合S稳定后,电容器两端电压为E
断开S的瞬间,通过R1的电流方向向右
断开S的瞬间,通过R2的电流方向向右
断开S的瞬间,R2中没有电流
10.某同学制作了一个自感电路板,原理图如图所示,L1、L2、L3是相同规格的小灯泡,线圈L的直流电阻不可忽略,D为理想二极管。下列说法正确的是 (　　)
闭合开关S,L3立即发光,L1逐渐亮起来、L2始终不亮
闭合开关S,稳定后L1、L2、L3的亮度相同
断开开关S,L1、L3逐渐熄灭,L2立即熄灭
断开开关S,L3会闪亮一下再逐渐熄灭
培优加强练
11.(20分)(鲁科版教材P53章末练习3改编)如图甲,在圆柱形区域内存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在此区域内,沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管,环心O在区域中心。一质量为m、带电荷量为q(q>0)的小球,在管内沿逆时针方向(从上向下看)做圆周运动。已知磁感应强度大小B随时间t的变化关系如图乙所示,其中T0=。设小球在运动过程中电荷量保持不变,对原磁场的影响可忽略。
(1)(10分)在t=0到t=T0这段时间内,小球不受细管侧壁的作用力,求小球的速度大小v0;
(2)(10分)在竖直向下的磁感应强度增大过程中,将产生涡旋电场,其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆,同一条电场线上各点的场强大小相等。试求t=T0到t=1.5T0这段时间内细管内涡旋电场的场强大小E。
第3节　自感现象与涡流
1.D　[当线圈中通以恒定电流时，线圈中没有自感现象，不产生自感电动势，但是线圈自感系数不为零，选项A错误；线圈中电流变化越快，产生的自感电动势越大，线圈的自感系数与电流变化快慢无关，选项B错误；根据楞次定律知，当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，自感电动势方向与原电流方向相反，当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向与原电流方向相同，选项C错误；对于确定的线圈，自感系数L一定，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比，选项D正确。]
2.B　[S闭合时，线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，电路稳定后线圈L的直流电阻较小，则路端电压减小，故流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。]
3.AC　[图甲中，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，是因为电路稳定时，L1的电流大于A1的电流，可知L1的电阻小于A1的电阻，故B错误，A正确；图乙中，闭合S2瞬间，L2对电流的变化有阻碍作用，所以L2中电流与变阻器R中电流不相等，最终A2与A3的亮度相同，说明变阻器R与L2的阻值相同，故D错误，C正确。]
4.B　[电路接通后，电路中的电流变大，由于线圈中产生自感电动势起阻碍作用，电流只能逐渐增大，直到最大时达到稳定，故B正确。]
5.D　[当开关S原先闭合，电路处于稳定状态时，由R1>R2知通过两电阻的电流大小I16.AD　[探测器内探测线圈产生变化的磁场，使金属物中产生涡流，涡流产生的交变磁场再反过来影响线圈中的电流，从而使金属物被探测到，A、D正确。]
7.D　[圆盘在转动中由于半径方向的金属条切割磁感线，从而在圆心和边缘之间产生了感应电动势，故A正确，不符合题意；圆盘在径向的金属条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等，从而形成涡流，涡流产生的磁场又导致磁针转动，故B正确，不符合题意；圆盘转动过程中，圆盘位置，圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，故C正确，不符合题意；引起磁针转动的电流是导体切割磁感线产生的，不是因为自由电子随圆盘转动形成的电流引起的，故D错误，符合题意。]
8.B　[开关S闭合的瞬间，由于电感线圈L的阻碍作用，由R与L组成的支路相当于断路，此后L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，因为本题中电源内阻为r，不能忽略，因而根据闭合电路欧姆定律I＝知，干路中的总电流不断增大，由U内＝Ir得内电压不断增大，由UAB＝E－Ir得路端电压UAB不断减小，直到某一定值；电路稳定后，由于R的阻值大于灯泡D的阻值，所以流过L的电流小于流过灯泡D的电流；当开关断开时，由于电感线圈L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与L中的电流相等(与灯泡中原来的电流方向相反且逐渐减小)，故UAB反向且逐渐减小，选项B正确。]
9.B　[闭合S稳定后，L相当于一段导线，R1被短路，所以C两端的电压等于路端电压，小于电动势E，故A错误；断开S的瞬间，L相当于电源，与R1组成回路，R1中的电流方向自左向右，故B正确；断开S的瞬间，电容器会放电，则R2中有电流，方向向左，故C、D错误。]
10.C　[闭合开关S，二极管正向导通，则L2、L3立即发光，由于线圈产生自感电动势阻碍电流的增大，则L1逐渐亮起来，故A错误；闭合开关S，稳定后，由于线圈L的直流电阻不可忽略，D为理想二极管，可知L1的亮度与L2、L3的亮度不相同，故B错误；断开开关S，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，由于二极管此时反向连接，则二极管断路，线圈与L1、L3构成回路，由于原来线圈电流小于L3电流，所以L1、L3逐渐熄灭，L2立即熄灭，故C正确，D错误。]
11.(1)　(2) 。
解析　(1)在t＝0到t＝T0这段时间内，小球不受细管侧壁的作用力，说明洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有qv0B0＝m，解得v0＝。
(2)根据法拉第电磁感应定律，感应电动势为
U＝＝πr2·＝
电势差与电场强度的关系，有U＝E·2πr
解得E＝＝，依题意T0＝
解得E＝。第3节　自感现象与涡流
学习目标　1.通过实验理解自感现象的概念和原理。2.能结合实例解释发生自感现象的原因。3.阅读教材掌握涡流的概念，并通过实例分析理解涡流的本质。
知识点一　自感现象与自感电动势
行驶在大街上的无轨电动车拖着两条长长的“辫子”——电弓。当道路不平车身颠簸时，“辫子”瞬间脱离电网线，在“辫子”与电网线之间就会闪现电火花，同时发出“啪、啪”的响声，“辫子”与电网线之间为什么会闪现电火花？
INCLUDEPICTURE"W339.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\课件\\同步\\2025（春）物理 选择性必修 第二册 鲁科版\\学生word文档\\W339.TIF" \* MERGEFORMATINET
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、自感现象
1.通电自感
(1)实验现象：按图连接电路，闭合开关，调节变阻器R0，使两灯泡的亮度相同。断开开关，再次闭合开关接通电路时，与变阻器R0串联的小灯泡1 ____________，与线圈L串联的小灯泡2 ________________。
(2)现象解释：在闭合开关接通电路的瞬间，电流由零开始迅速增大，小灯泡2所在支路穿过线圈的磁通量也随之增大，线圈中会产生________________。根据楞次定律，这个感应电动势要阻碍线圈中的电流________，使小灯泡2迟一会儿才与小灯泡1同样亮。
2.断电自感
(1)实验现象：按图连接电路，调节变阻器R0，使两灯泡的亮度相同。开关断开时，小灯泡2____________，但与线圈L并联的小灯泡1________________，而是过一会儿后才熄灭。这说明在开关断开的瞬间，线圈L与小灯泡1所构成的回路中仍然有____________和电流存在。
(2)现象解释：在开关断开的瞬间，通过线圈的电流突然________，穿过线圈的磁通量也随之________，从而发生电磁感应现象，线圈中产生的________________阻碍电流的减小。这样，线圈L和小灯泡1所构成的回路中仍然有电流通过，因此小灯泡并不立即熄灭。
3.由线圈________________变化所产生的电磁感应现象称为自感现象。
二、自感电动势
1.由线圈自身电流变化所产生的感应电动势称为自感电动势。
2.自感电动势的作用：自感电动势总是要________导体自身的电流发生变化。
3.自感电动势的大小：E＝L，其中L是自感系数，简称________或________，单位：________，符号为H。
4.自感系数大小的决定因素：线圈的自感与线圈的形状、横截面积、长短、匝数等因素有关。线圈的横截面积________，单位长度匝数________，线圈________，它的自感就越大，此外，将铁芯插入线圈，会使线圈的自感大大增加。
5.自感现象的应用：日光灯镇流器，与电容器组成振荡电路，电焊机。
【思考】
1.按照如图所示电路图连接电路。
(1)开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？
(2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.按照如图所示电路图连接电路。
INCLUDEPICTURE"AB227.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\课件\\同步\\2025（春）物理 选择性必修 第二册 鲁科版\\学生word文档\\AB227.TIF" \* MERGEFORMATINET
(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？
(2)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 (2024·福建德化一中期中)如图所示，L为自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0，A和B是两个相同的小灯泡。下列说法正确的是(　　)
A.S闭合瞬间，A先亮B后亮
B.S闭合稳定后，A、B一样亮
C.S断开，B立即熄灭，A闪亮后熄灭
D.S断开瞬间，A中电流方向自左向右
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 (多选)如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(　　)
A.在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
B.在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C.在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗
D.在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
总结提升　自感中“闪亮”与“不闪亮”的判断
与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
电路图 INCLUDEPICTURE"AB229.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\同步\\高二下\\2024（春）物理 选择性必修 第二册 鲁科版（新教材新标准）教师用书(鲁琼闽贵)\\AB229.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE"AB230.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\同步\\高二下\\2024（春）物理 选择性必修 第二册 鲁科版（新教材新标准）教师用书(鲁琼闽贵)\\AB230.TIF" \* MERGEFORMATINET
通电时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流突然增大，灯泡立刻变亮，然后逐渐减小达到稳定
断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变
例3 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，L1、L2和L3是3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L1、L2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过L1和L2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(　　)
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
知识点二　涡流及其应用
如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，感应电流的方向可以判断吗？
INCLUDEPICTURE"W347.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\课件\\同步\\2025（春）物理 选择性必修 第二册 鲁科版\\学生word文档\\W347.TIF" \* MERGEFORMATINET
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.涡流：将一金属块放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就会产生____________。这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像________一样。我们把这种感应电流称为涡电流，简称涡流。
2.涡流的特点：若金属的电阻率很小，穿过金属的磁通量变化时产生的涡流______，使金属________。
3.产生涡流的两种情况
(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(运动方向与磁场方向不平行)。
4.产生涡流时的能量转化
(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能。
(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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。
5.涡流的应用与防止
(1)涡流的应用：电磁炉、安检门。
(2)涡流的防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。
减小涡流的方法：用电阻率较大且涂有绝缘材料的硅钢板材叠加做成铁芯。
【思考】
　高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒，使用时监考教师手持探测器，在考生前后左右和容易藏东西的部位划过，如藏有金属物品，即便是一粒金属纽扣，探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么？
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例4 (多选)(2024·贵州安顺市高二期中)如图是高频焊接原理示意图。当线圈中通以变化的电流时，待焊接的金属工件的焊缝处就会产生大量热量将金属熔化，把工件焊接在一起。下列说法正确的是(　　)
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A.电源的频率越高，工件中的感应电流越大
B.电源的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电流大
D.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电阻大
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
随堂对点自测
1.(自感电动势)(鲁科版教材P49“迷你实验室”改编)如图所示，将两头刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上，一端接上电池(电池另一极与锉刀接触)，手执导线的另一端，在锉刀上来回划动，由于锉刀表面凹凸不平，就会产生电火花。下列说法正确的是(　　)
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A.产生电火花的回路只由导线与电池组成
B.如导线端只向一个方向划动也能产生电火花
C.锉刀采用什么材料制成对实验没有影响
D.导线端划动的方向决定了自感电动势的方向
2.(自感现象)(多选)(2024·福建三明市期末)如图为自感现象演示实验，R0为滑动变阻器，L为电感线圈。闭合开关，灯1立即变亮，而另一个相同的灯2逐渐变亮，最终两灯的亮度相同。下列说法正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE"C207.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\课件\\同步\\2025（春）物理 选择性必修 第二册 鲁科版\\学生word文档\\C207.TIF" \* MERGEFORMATINET
A.闭合开关瞬间，流过L与R0的电流相等
B.闭合开关电路稳定后，流过L与R0的电流相等
C.闭合开关电路稳定后，流过L与R0的电流不等
D.开关断开瞬间，流过灯1的电流方向由左向右
3.(涡流及其应用)电磁炉具有无明火、无污染、高效节能等优点，某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是(　　)
A.若将交流电源改为恒定电流，则简易电磁炉仍能正常工作
B.若将金属杯换作陶瓷器皿，则简易电磁炉仍能正常工作
C.若仅增大交流电的频率，则简易电磁炉的功率增大
D.在线圈和金属杯之间放一层绝缘垫片，简易电磁炉将不能正常工作
第3节　自感现象与涡流
知识点一
导学
提示　电弓脱离电网线的瞬间电流减小，由于自感现象，产生的自感电动势很大，使电弓与电网线之间的空气被电离，从而产生电火花。
知识梳理
一、1.(1)立刻亮了　逐渐亮起来　(2)感应电动势　增大
2.(1)立刻熄灭　没有立刻熄灭　电动势　(2)减小　减小　感应电动势　　3.自身的电流
二、2.阻碍　3.自感　电感　亨利　4.越大　越多　越长
[思考] 1.提示　(1)灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。
(2)接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。
2.提示　(1)灯泡逐渐熄灭。开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡逐渐熄灭。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。
(2)开关闭合时，灯泡中的电流方向向左，开关断开瞬间，灯泡中的电流方向向右，所以开关断开前后，流过灯泡的电流方向相反。
例1 C　[S闭合的瞬间，电路中的电流突然增大，L会产生自感电动势来阻碍线圈中变强的电流，即L相当于一个大电阻，可将其电流忽略不计，所以灯泡A、B会同时变亮，A错误；S闭合稳定后，由于L的电阻几乎为零，所以灯泡A将被短路，只有灯泡B在亮，B错误；S断开时，灯泡B将立即熄灭，线圈L和灯泡A则组成了一个回路，自感电流将流过灯泡A，所以灯泡A将闪亮后熄灭，C正确；S断开的瞬间，电路中的电流突然减小，所以L中激发的自感电流与S断开之前电路中流过L的电流同向，所以自感电流在A中的方向为自右向左，D错误。]
例2 AD　[在电路甲中，断开S，由于线圈产生自感电动势阻碍电流变小，导致回路中的电流逐渐减小，A将逐渐变暗，故A正确，B错误；在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，于是原来通过线圈的电流通过灯泡形成新的回路，由于通过灯泡A的电流比原来的大，导致A将变得更亮一下，然后逐渐变暗，故C错误，D正确。]
例3 C　[当闭合开关后，因为线圈与L1串联，所以电流I1会慢慢增大，灯泡L2这一支路立即就有电流；当开关断开后，因为线圈阻碍电流的减小，而且L1和L2、L3构成回路，所以通过L1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，且方向不变，通过L1的电流也流过L2，所以I2变成反向，由于电路稳定时通过L1的电流I1大于通过L2的电流I2，则I2会突然变大再逐渐减小，故A、B、D错误，C正确。]
知识点二
导学
提示　有。变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场使导体产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它称为涡电流，简称涡流。涡流的方向遵循楞次定律，可根据安培定则判断。
知识梳理
1.感应电流　旋涡
2.较大　很快发热
[思考] 提示　金属探测器通过其通有交流电的探测线圈，在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。
例4 AD　[根据法拉第电磁感应定律，电源的频率越高，感应电动势越大，工件中的感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，A正确，B错误；焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处接触面积小，电阻大，C错误，D正确。]
随堂对点自测
1.B　[回路由导线、锉刀、电池组成，故锉刀必须用易导电的材料制成，A、C错误；锉刀表面凹凸不平，在移动过程中电路在通路和断路状态间不断变化，线圈产生自感电动势，电火花的产生和自感电动势的方向均与导线端划动方向无关，故B正确，D错误。]
2.BD　[闭合开关瞬间，电感线圈L对电流的增大有阻碍作用，所以流过L与R0的电流不相等，A错误；灯1、2是两个相同的灯泡，最终亮度相同，所以闭合开关电路稳定后，流过L与R0的电流相等，B正确，C错误；开关断开瞬间，电感线圈L产生自感电动势，电流由右向左。线圈L、滑动变阻器、灯1、灯2构成回路，灯1的电流由左向右，D正确。]
3.C　[交流电源产生变化的磁场，通过金属杯的磁通量发生变化而产生涡流，利用涡流来加热食物或者水，如果将交流电源改为恒定电流或者将金属杯换作陶瓷器皿，将不能产生涡流，即简易电磁炉不能正常工作，A、B错误；仅增大交流电的频率，根据法拉第电磁感应定律可知，涡流增大，简易电磁炉的功率增大，C正确；交流电源产生变化的磁场能穿过绝缘垫片，通过金属杯的磁通量仍会发生变化而产生涡流，故电磁炉仍能正常工作，D错误。](共53张PPT)
第3节　自感现象与涡流
第2章 电磁感应及其应用
1.通过实验理解自感现象的概念和原理。2.能结合实例解释发生自感现象的原因。3.阅读教材掌握涡流的概念，并通过实例分析理解涡流的本质。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　涡流及其应用
知识点一　自感现象与自感电动势
知识点一　自感现象与自感电动势
行驶在大街上的无轨电动车拖着两条长长的“辫子”——电弓。当道路不平车身颠簸时，“辫子”瞬间脱离电网线，在“辫子”与电网线之间就会闪现电火花，同时发出“啪、啪”的响声，“辫子”与电网线之间为什么会闪现电火花？
提示　电弓脱离电网线的瞬间电流减小，由于自感现象，产生的自感电动势很大，使电弓与电网线之间的空气被电离，从而产生电火花。
一、自感现象
1.通电自感
(1)实验现象：按图连接电路，闭合开关，调节变阻器R0，使两灯泡的亮度相同。断开开关，再次闭合开关接通电路时，与变阻器R0串联的小灯泡1 __________，与线圈L串联的小灯泡2 ____________。
(2)现象解释：在闭合开关接通电路的瞬间，电流由零开始迅速增大，小灯泡2所在支路穿过线圈的磁通量也随之增大，线圈中会产生____________。根据楞次定律，这个感应电动势要阻碍线圈中的电流______，使小灯泡2迟一会儿才与小灯泡1同样亮。
立刻亮了
逐渐亮起来
感应电动势
增大
2.断电自感
(1)实验现象：按图连接电路，调节变阻器R0，使两灯泡的亮度相同。开关断开时，小灯泡2 __________，但与线圈L并联的小灯泡1 ______________，而是过一会儿后才熄灭。这说明在开关断开的瞬间，线圈L与小灯泡1所构成的回路中仍然有________和电流存在。
(2)现象解释：在开关断开的瞬间，通过线圈的电流突然______，穿过线圈的磁通量也随之______，从而发生电磁感应现象，线圈中产生的____________阻碍电流的减小。这样，线圈L和小灯泡1所构成的回路中仍然有电流通过，因此小灯泡并不立即熄灭。
立刻熄灭
没有立刻熄灭
电动势
减小
减小
感应电动势
3.由线圈____________变化所产生的电磁感应现象称为自感现象。
自身的电流
二、自感电动势
1.由线圈自身电流变化所产生的感应电动势称为自感电动势。
2.自感电动势的作用：自感电动势总是要______导体自身的电流发生变化。
4.自感系数大小的决定因素：线圈的自感与线圈的形状、横截面积、长短、匝数等因素有关。线圈的横截面积______，单位长度匝数______，线圈______，它的自感就越大，此外，将铁芯插入线圈，会使线圈的自感大大增加。
5.自感现象的应用：日光灯镇流器，与电容器组成振荡电路，电焊机。
阻碍
自感
电感
亨利
越大
越多
越长
【思考】
1.按照如图所示电路图连接电路。
(1)开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？
(2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因。
提示　(1)灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的。
(2)接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来。
2.按照如图所示电路图连接电路。
(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？
(2)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？
提示　(1)灯泡逐渐熄灭。开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡逐渐熄灭。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。
(2)开关闭合时，灯泡中的电流方向向左，开关断开瞬间，灯泡中的电流方向向右，所以开关断开前后，流过灯泡的电流方向相反。
C
例1 (2024·福建德化一中期中)如图所示，L为自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0，A和B是两个相同的小灯泡。下列说法正确的是(　　)
A.S闭合瞬间，A先亮B后亮
B.S闭合稳定后，A、B一样亮
C.S断开，B立即熄灭，A闪亮后熄灭
D.S断开瞬间，A中电流方向自左向右
解析　S闭合的瞬间，电路中的电流突然增大，L会产生自感电动势来阻碍线圈中变强的电流，即L相当于一个大电阻，可将其电流忽略不计，所以灯泡A、B会同时变亮，A错误；S闭合稳定后，由于L的电阻几乎为零，所以灯泡A将被短路，只有灯泡B在亮，B错误；S断开时，灯泡B将立即熄灭，线圈L和灯泡A则组成了一个回路，自感电流将流过灯泡A，所以灯泡A将闪亮后熄灭，C正确；S断开的瞬间，电路中的电流突然减小，所以L中激发的自感电流与S断开之前电路中流过L的电流同向，所以自感电流在A中的方向为自右向左，D错误。
AD
例2 (多选)如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(　　)
A.在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
B.在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，
然后渐渐变暗
C.在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗
D.在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，
然后渐渐变暗
解析　在电路甲中，断开S，由于线圈产生自感电动势阻碍电流变小，导致回路中的电流逐渐减小，A将逐渐变暗，故A正确，B错误；在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，于是原来通过线圈的电流通过灯泡形成新的回路，由于通过灯泡A的电流比原来的大，导致A将变得更亮一下，然后逐渐变暗，故C错误，D正确。
总结提升　自感中“闪亮”与“不闪亮”的判断
与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡
电路图
通电时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流突然增大，灯泡立刻变亮，然后逐渐减小达到稳定
断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；
②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变
例3 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，L1、L2和L3是3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L1、L2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过L1和L2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(　　)
C
解析　当闭合开关后，因为线圈与L1串联，所以电流I1会慢慢增大，灯泡L2这一支路立即就有电流；当开关断开后，因为线圈阻碍电流的减小，而且L1和L2、L3构成回路，所以通过L1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，且方向不变，通过L1的电流也流过L2，所以I2变成反向，由于电路稳定时通过L1的电流I1大于通过L2的电流I2，则I2会突然变大再逐渐减小，故A、B、D错误，C正确。
知识点二　涡流及其应用
如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，感应电流的方向可以判断吗？
提示　有。变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场使导体产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它称为涡电流，简称涡流。涡流的方向遵循楞次定律，可根据安培定则判断。
1.涡流：将一金属块放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就会产生__________。这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像______一样。我们把这种感应电流称为涡电流，简称涡流。
2.涡流的特点：若金属的电阻率很小，穿过金属的磁通量变化时产生的涡流______，使金属__________。
3.产生涡流的两种情况
(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(运动方向与磁场方向不平行)。
感应电流
旋涡
较大
很快发热
4.产生涡流时的能量转化
(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能。
(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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。
5.涡流的应用与防止
(1)涡流的应用：电磁炉、安检门。
(2)涡流的防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。
减小涡流的方法：用电阻率较大且涂有绝缘材料的硅钢板材叠加做成铁芯。
【思考】
高考考场用的金属探测器是一根长的黑色扁棒，使用时监考教师手持探测器，在考生前后左右和容易藏东西的部位划过，如藏有金属物品，即便是一粒金属纽扣，探测器也会鸣响。金属探测器的原理是什么？
提示　金属探测器通过其通有交流电的探测线圈，在隐蔽金属中产生涡流，涡流的磁场又影响探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用。
例4 (多选)(2024·贵州安顺市高二期中)如图是高频焊接原理示意图。当线圈中通以变化的电流时，待焊接的金属工件的焊缝处就会产生大量热量将金属熔化，把工件焊接在一起。下列说法正确的是(　　)
A.电源的频率越高，工件中的感应电流越大
B.电源的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电流大
D.焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电阻大
AD
解析　根据法拉第电磁感应定律，电源的频率越高，感应电动势越大，工件中的感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，A正确，B错误；焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处接触面积小，电阻大，C错误，D正确。
随堂对点自测
2
B
1.(自感电动势)(鲁科版教材P49“迷你实验室”改编)如图所示，将两头刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上，一端接上电池(电池另一极与锉刀接触)，手执导线的另一端，在锉刀上来回划动，由于锉刀表面凹凸不平，就会产生电火花。下列说法正确的是(　　)
A.产生电火花的回路只由导线与电池组成
B.如导线端只向一个方向划动也能产生电火花
C.锉刀采用什么材料制成对实验没有影响
D.导线端划动的方向决定了自感电动势的方向
解析　回路由导线、锉刀、电池组成，故锉刀必须用易导电的材料制成，A、C错误；锉刀表面凹凸不平，在移动过程中电路在通路和断路状态间不断变化，线圈产生自感电动势，电火花的产生和自感电动势的方向均与导线端划动方向无关，故B正确，D错误。
BD
2.(自感现象)(多选)(2024·福建三明市期末)如图为自感现象演示实验，R0为滑动变阻器，L为电感线圈。闭合开关，灯1立即变亮，而另一个相同的灯2逐渐变亮，最终两灯的亮度相同。下列说法正确的是(　　)
A.闭合开关瞬间，流过L与R0的电流相等
B.闭合开关电路稳定后，流过L与R0的电流相等
C.闭合开关电路稳定后，流过L与R0的电流不等
D.开关断开瞬间，流过灯1的电流方向由左向右
解析　闭合开关瞬间，电感线圈L对电流的增大有阻碍作用，所以流过L与R0的电流不相等，A错误；灯1、2是两个相同的灯泡，最终亮度相同，所以闭合开关电路稳定后，流过L与R0的电流相等，B正确，C错误；开关断开瞬间，电感线圈L产生自感电动势，电流由右向左。线圈L、滑动变阻器、灯1、灯2构成回路，灯1的电流由左向右，D正确。
C
3.(涡流及其应用)电磁炉具有无明火、无污染、高效节能等优点，某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是(　　)
A.若将交流电源改为恒定电流，则简易电磁
炉仍能正常工作
B.若将金属杯换作陶瓷器皿，则简易电磁炉
仍能正常工作
C.若仅增大交流电的频率，则简易电磁炉的功率增大
D.在线圈和金属杯之间放一层绝缘垫片，简易电磁炉将不能正常工作
解析　交流电源产生变化的磁场，通过金属杯的磁通量发生变化而产生涡流，利用涡流来加热食物或者水，如果将交流电源改为恒定电流或者将金属杯换作陶瓷器皿，将不能产生涡流，即简易电磁炉不能正常工作，A、B错误；仅增大交流电的频率，根据法拉第电磁感应定律可知，涡流增大，简易电磁炉的功率增大，C正确；交流电源产生变化的磁场能穿过绝缘垫片，通过金属杯的磁通量仍会发生变化而产生涡流，故电磁炉仍能正常工作，D错误。
课后巩固训练
3
D
题组一　自感现象与自感电动势
1.关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是(　　)
A.当线圈中通以恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零
B.线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大
C.自感电动势与原电流方向相反
D.对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
对点题组练
B
2.如图所示，电路中电源的内阻不能忽略，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(线圈L的自感系数很大，直流电阻较小)(　　)
A.A比B先亮，然后A逐渐熄灭
B.B比A先亮，然后B逐渐变暗
C.A、B一起亮，然后A逐渐熄灭
D.A、B一起亮，然后B逐渐熄灭
解析　S闭合时，线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流
的增大，所以B比A先亮，电路稳定后线圈L的直流电阻较小，则路端电压减小，故流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。
AC
3.(多选)(2024·山东济南市期末)图甲和图乙是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的阻值不相同
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与L2的阻值相同
D.图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
解析　图甲中，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，是因为电路稳定时，L1的电流大于A1的电流，可知L1的电阻小于A1的电阻，故B错误，A正确；图乙中，闭合S2瞬间，L2对电流的变化有阻碍作用，所以L2中电流与变阻器R中电流不相等，最终A2与A3的亮度相同，说明变阻器R与L2的阻值相同，故D错误，C正确。
B
4.传感器与计算机相结合能在屏幕上显示电流随时间变化的图像，如图所示的电路中，L为电感线圈， 为电流传感器，在开关闭合后电路中电流随时间变化的图像正确的是(　　)
解析　电路接通后，电路中的电流变大，由于线圈中产生自感电动势起阻碍作用，电流只能逐渐增大，直到最大时达到稳定，故B正确。
D
5.如图所示电路中，开关S原先闭合，电路处于稳定状态时，通过两电阻的电流大小分别为I1、I2，已知R1>R2，不计线圈L的直流电阻， 为理想电流表。在某一时刻突然断开开关S，则通过电流表的电流I随时间t变化的图线可能是(　　)
解析　当开关S原先闭合，电路处于稳定状态时，由R1>R2知通过两电阻的电流大小I1AD
题组二　涡流及其应用
6.(多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法正确的是(　　)
A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场
B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C.探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
解析　探测器内探测线圈产生变化的磁场，使金属物中产生涡流，涡流产生的交变磁场再反过来影响线圈中的电流，从而使金属物被探测到，A、D正确。
D
7.1824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。下列说法不正确的是(　　)
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
磁通量不变
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　圆盘在转动中由于半径方向的金属条切割磁感线，从而在圆心和边缘之间产生了感应电动势，故A正确，不符合题意；圆盘在径向的金属条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等，从而形成涡流，涡流产生的磁场又导致磁针转动，故B正确，不符合题意；圆盘转动过程中，圆盘位置，圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，故C正确，不符合题意；引起磁针转动的电流是导体切割磁感线产生的，不是因为自由电子随圆盘转动形成的电流引起的，故D错误，符合题意。
B
综合提升练
8.如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感线圈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时刻断开开关S。下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像，正确的是(　　)
B
A.闭合S稳定后，电容器两端电压为E
B.断开S的瞬间，通过R1的电流方向向右
C.断开S的瞬间，通过R2的电流方向向右
D.断开S的瞬间，R2中没有电流
9.如图电路中，电源电动势为E(内阻不可忽略)，线圈L的直流电阻不计。以下判断正确的是(　　)
解析　闭合S稳定后，L相当于一段导线，R1被短路，所以C两端的电压等于路端电压，小于电动势E，故A错误；断开S的瞬间，L相当于电源，与R1组成回路，R1中的电流方向自左向右，故B正确；断开S的瞬间，电容器会放电，则R2中有电流，方向向左，故C、D错误。
C
10.某同学制作了一个自感电路板，原理图如图所示，L1、L2、L3是相同规格的小灯泡，线圈L的直流电阻不可忽略，D为理想二极管。下列说法正确的是(　　)
A.闭合开关S，L3立即发光，L1逐渐亮起来、L2始终不亮
B.闭合开关S，稳定后L1、L2、L3的亮度相同
C.断开开关S，L1、L3逐渐熄灭，L2立即熄灭
D.断开开关S，L3会闪亮一下再逐渐熄灭
解析　闭合开关S，二极管正向导通，则L2、L3立即发光，由于线圈产生自感电动势阻碍电流的增大，则L1逐渐亮起来，故A错误；闭合开关S，稳定后，由于线圈L的直流电阻不可忽略，D为理想二极管，可知L1的亮度与L2、L3的亮度不相同，故B错误；断开开关S，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，由于二极管此时反向连接，则二极管断路，线圈与L1、L3构成回路，由于原来线圈电流小于L3电流，所以L1、L3逐渐熄灭，L2立即熄灭，故C正确，D错误。
培优加强练
(1)在t＝0到t＝T0这段时间内，小球不受细管侧壁的作用力，求小球的速度大小v0；
(2)在竖直向下的磁感应强度增大过程中，将产生涡旋电场，其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆，同一条电场线上各点的场强大小相等。试求t＝T0到t＝1.5T0这段时间内细管内涡旋电场的场强大小E。

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