鲁科版（新教材）2022版高考一轮复习第13章电磁感应第3讲自感和涡流（物理 学案）

第3讲　自感和涡流

　自感、涡流、电磁阻尼和电磁驱动    

1.自感现象    

(1)概念：由于导体本身的电流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作自感电动势。                                                       

(2)表达式：E＝L。    

(3)自感系数L的影响因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关。                

2.涡流    

(1)涡流：块状金属放在变化磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内产生的漩涡状感应电流。                                                       

(2)产生原因：金属块内的磁通量变化→感应电动势→感应电流。

考点1　涡流(基础考点)

1.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是(　　)                                                       

A　　 　 　B　 　　　　C　　　　　D

2.(多选)如图所示，条形磁铁位于固定的半圆光滑轨道的圆心位置，半径为R；一质量为m的金属球从半圆轨道的一端沿半圆轨道由静止下滑，重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　)                                         

A．金属球会运动到半圆轨道的另一端    

B．由于金属球没有形成闭合电路，所以金属球中不会产生感应电流    

C．金属球受到的安培力做负功    

D．系统产生的总热量为mgR    

3.(多选)如图甲所示是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术的原理图。其原理是用通电线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及其位置的信息。如图乙所示是一个由带铁芯的线圈L、开关S和电源连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起。对以上两个实例的理解正确的是(　　)                                                       

A．涡流探伤技术运用了电流的热效应，跳环实验演示了自感现象    

B．能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料    

C．金属探伤时接的是交流电，跳环实验装置中接的是直流电 

D．以上两个实例中的线圈所连接的电源可以都是恒压直流电源

考点2　互感和自感(能力考点)

典例　(多选)如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是(　　)

A．开关S闭合时，b、c灯立即亮，a灯逐渐亮    

B．开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮    

C．开关S断开时，b、c灯立即熄灭，a灯逐渐熄灭    

D．开关S断开时，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭    

自感现象是特殊的电磁感应现象，应用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行理解。                

【技法总结】    

处理自感现象问题的技巧    

(1)通电自感：线圈相当于一个变化的电阻，阻值由无穷大逐渐减小，通电瞬间自感线圈处相当于断路。                                                       

(2)断电自感：断电时自感线圈处相当于电源，自感电动势由某值逐渐减小到0，回路中的电流在原电流基础上逐渐减为0。                                         

(3)电流稳定时，理想的自感线圈相当于导线，非理想的自感线圈相当于定值电阻。                

1.如图所示，某小组利用电流传感器(接入电脑，图中未画出)记录灯泡A和自感元件L构成的并联电路在断电瞬间各支路电流随时间的变化情况，i1表示小灯泡中的电流，i2表示自感元件中的电流(已知开关S闭合，电路稳定时，i2>i1)，则下列图像正确的是(　　)                                         

A　　 　　　B　　　　C　　　　　D

2.(2020·青岛模拟)(多选)如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的两个灯泡，线圈L的电阻可以忽略不计，下列说法正确的是(　　)

A．闭合开关S，接通电路时，A2始终比A1亮    

B．闭合开关S，接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮 

C．断开开关S，切断电路时，A2先熄灭，A1过一会儿才熄灭 

D．断开开关S，切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭  

典例　(多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示，磁铁附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音。下列说法正确的有(　　)                                                       

A．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作    

B．取走磁铁，电吉他将不能正常工作    

C．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势    

D．弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化    

【核心归纳】    

新课程关注高新科技，注重理论联系实际，高中物理中的“电磁感应”与科研、交通、航天、生活生产密切相关，如：电磁测量、磁悬浮列车、振动发电等，这些试题以最新科技成果立意命题，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念。分析这类新情境试题时，要通过分析、类比、联想，将新情境与学过的知识联系起来，建立物理模型，考查学生运用所学知识解决实际问题的能力。                                                       

变式1　随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化。如图所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是(　　)                                                       

A．无线充电时，手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应” 

B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电   

C．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同  

D．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电   

变式2　(2020·天津高考)(多选)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中(　　)                                                       

A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化    

B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变    

C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递    

D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失    

变式3 磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈。当以速度v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其E­t关系如图所示。如果只将刷卡速度改为 ，线圈中的E­t关系图像可能是(　　)                                                       

A　　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　　D